中心機房精密配電解決方案

關(guān)鍵詞：機柜電功率的預設定；精密配電；分支回路；熱插拔；零地電壓

0引言

新一代數據中心對供電系統的可靠性及可管理性要求越來(lái)越高。IT用戶(hù)需要對信息設

備的供電系統進(jìn)行更可靠與更靈活的配電、更精細化的管理、更準確的成本消耗等。

UPS配電系統作為新一代數據中心機房UPS配電系統結構圖。

從圖1看到，在UPS輸出和負載機柜之間，可以設置傳統的電源列頭柜（指放在一列機柜頭部用于配電的機柜，俗稱(chēng)列頭柜），為后面的負載機柜進(jìn)行供電，也可以設置精密配電柜。精密配電柜不但完成傳統的電源列頭柜的配電功能，同時(shí)還可以具有許多強大的監控管理功能，使得數據中心的管理者隨時(shí)可以了解負載機柜的加載情況、各配電分支回路的狀態(tài)、各種參數以及不同機群的電量消耗等。

圖1UPS配電系統

1機柜電功率的預設定問(wèn)題

從數據中心機房電源、空調設計的出發(fā)點(diǎn)。為此，電信規范專(zhuān)門(mén)給出表格（見(jiàn)表1），根據不同的機房，對機柜的電功率進(jìn)行預先設定，從而再去確定UPS和空調系統的容量。

表1機柜電功率預設定

從表1可以看出，不同的機柜電功率對應不同的機柜電流值，要設定的機柜電功率實(shí)際上也就是控制單機柜的電流。在沒(méi)有采用精密配電柜的場(chǎng)合，有些用戶(hù)在負載機柜上加電流表來(lái)控制單機柜的電流，這樣的控制方式很直觀(guān)，現場(chǎng)就可以讀出電流值，如圖2所示。

圖2單機柜電流表

但是這樣控制機柜電流的方式有許多解決不了的問(wèn)題。目前數據中心機房?jì)鹊呢撦d基本上都是雙電源負載，而采用機柜內安裝兩個(gè)電流表的方式，電流的控制需要將讀數進(jìn)行現場(chǎng)相加，這樣做很不方便，且幾乎不太可能實(shí)現，因為負載隨應用是不斷變化的。另外一個(gè)問(wèn)題就是負載機柜的電功率即使超出預先的設定值，系統也沒(méi)有辦法進(jìn)行報警。并且，這樣的控制方式?jīng)]有辦法納入到機房監控系統中。

從以上的介紹中，可以看到傳統配電遇到了挑戰，它沒(méi)有辦法解決數據中心電氣系統設計的思路，給配電系統賦予更強大的管理和監控功能，這時(shí)精密配電產(chǎn)品應運而生，艾默生服務(wù)器電源管理系統SPM（ServerPowerManagement）可以滿(mǎn)足這一需求。圖3是精密配電產(chǎn)品的兩種典型的系統圖，分為單母線(xiàn)系統和雙母線(xiàn)系統兩種類(lèi)型。

從圖3可以看出，精密配電柜的一個(gè)分支回路或是兩個(gè)分支回路對應一個(gè)機柜。精密配電柜可以監測每一個(gè)分支回路的額定電流、實(shí)際電流以及電流百分比，具體見(jiàn)精密配電柜的液晶監控顯示，如圖4所示。同時(shí)精密配電柜具有支路負載兩段的閾值報警功能，比如說(shuō)單機柜功率按照4kVA進(jìn)行預設定，對應的單機柜*大電流為18A，這時(shí)可以選擇25A的分支開(kāi)關(guān)，當負載電流達到分支開(kāi)關(guān)的60％時(shí)，系統報警；當負載電流達到分支開(kāi)關(guān)的80％時(shí)，系統還可以進(jìn)行報警，而且60％和80％的閾值點(diǎn)可以通過(guò)液晶監控屏幕進(jìn)行修改（見(jiàn)圖5）。

圖3兩類(lèi)母線(xiàn)系統

圖4監視的電流讀數

圖5過(guò)載報警

通過(guò)以上介紹，知道精密配電產(chǎn)品可以很好地解決機房機柜電功率預設定的問(wèn)題，而且通過(guò)后臺的機房監控系統，可以將任意的兩個(gè)支路電流進(jìn)行疊加，從而避免了機柜上安裝兩個(gè)電流表的弊病。

2精密配電柜的強大功能

1. 安全管理功能

全面的電源管理功能，將配電系統完全納入機房監控系統，監測內容豐富。對配電母線(xiàn)可以監測三相輸入電壓、電流、頻率、總功率、有功功率、功率因數、諧波百分比、負載百分比等。同時(shí)還可以監測所有回路（包括每一個(gè)輸出支路）斷路器電流、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、運行負載率等，使用戶(hù)對機房配電系統運行狀況一目了然，也便于用戶(hù)及早發(fā)現安全隱患，有效回避風(fēng)險。

（2）運營(yíng)成本管理功能

精密配電產(chǎn)品實(shí)時(shí)偵測每一服務(wù)器機架的運營(yíng)成本，精確計算及測量每一服務(wù)器機柜、每一路開(kāi)關(guān)的用電功率和用電量。通過(guò)后臺監控系統可以分月度、季度、年度進(jìn)行報表統計。

（3）記錄及報警功能

精密配電產(chǎn)品支持歷史記錄功能，支持豐富的報警功能，包括主路的過(guò)壓、欠壓、缺相、掉電、過(guò)流、超高閾值、超低閾值、開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，以及系統的報警等。

（4）輕松納入機房監控系統

精密配電產(chǎn)品提供RS232/485或SNMP多種智能接口通信方式，可以納入到機房監控系統中，其所有信息通過(guò)一個(gè)接口上傳，系統更加可靠，節省監控投資。液晶監控面板可以保存1000條報警信息，每個(gè)報警都有開(kāi)始和結束的時(shí)間，便于故障分析。其報警類(lèi)型和顯示形式如圖6和表2所示。

圖6報警類(lèi)型表2報警類(lèi)型

3精密配電柜的選擇與使用

隨著(zhù)IT用戶(hù)對配電可管理性的要求越來(lái)越高，精密配電產(chǎn)品應用的場(chǎng)合越來(lái)越多。其規格一般有20kVA、40kVA、60kVA、80kVA、100kVA、120kVA等六種規格。精密配電產(chǎn)品根據不同的場(chǎng)地需求，可選用單母線(xiàn)系統或者雙母線(xiàn)系統。其支路斷路器可以選擇固定式斷路器，也可以選擇熱插拔可調相斷路器。支路斷路器容量有16A、25A、32A、63A，單極或三極可選。當分支回路選擇熱插拔可調相斷路器時(shí)，系統不斷電即可進(jìn)行檢修、擴容，同時(shí)不用改變后端的電纜接線(xiàn)就可進(jìn)行三相負載的調平衡，非常靈活方便。通過(guò)圖7看到，只需要將開(kāi)關(guān)拔下，重新調整開(kāi)關(guān)后端的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)到相應的位置，再重新將開(kāi)關(guān)安裝到導軌上，就可

以很方便地調整機房的三相負載平衡。

為了解決機房的零地電壓?jiǎn)?wèn)題，精密配電產(chǎn)品還可以?xún)戎酶綦x變壓器。在目前的機房工程投標中，招標方甚至會(huì )提出“零地電壓小于1V或小于2V”的指標。降低零地電壓有很多措施，這些措施都可以不同程度的降低零地電壓，但在工程實(shí)踐中，都不敢保證目前有些用戶(hù)提出的“保障IT設備的輸入零地電壓差小于2V”的要求。如果要達到上面的要求，*可靠的措施就是在IT負載前端加隔離變壓器，并將隔離后的中性線(xiàn)接地（見(jiàn)圖8、圖9）。如果采用精密配電柜做電源列頭柜，可以使IT負載輸入端零地電壓降低到小于0.5V的水平，從而*有效地保證了IT負載的良好供電環(huán)境。

圖7熱插拔開(kāi)關(guān)圖8隔離變壓器

圖9隔離變壓器系統圖

4安科瑞AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理系統

4.1平臺組成

安科瑞電氣緊跟數據中心能效、資源利用率和可用性，提高運維效率并降低運維成本。

AcrelEMS數據中心的能源管理提供全方位的監測和控制，主要分為電力監控、動(dòng)環(huán)監控、能耗統計分析（能源管理）、蓄電池監控、精密配電監控、智能母線(xiàn)監控、智能照明、消防相關(guān)的子系統。

4.2平臺拓撲圖

4.3精密配電管理系統解決方案

系統可以展示精密配電柜內進(jìn)線(xiàn)和饋線(xiàn)回路電氣參數，包括電流電壓功率電能以及開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并可以對數據進(jìn)行報警設置和分級，數據取自精密配電柜測量模塊。

5產(chǎn)品選型

6小結

UPS配電系統作為新一代數據中心電氣設計及應用的重要發(fā)展方向。

7參考文獻

[1]朱利偉.數據中心機房精密配電解決方案

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.5版