浅谈数据中心新型末端母线配电系统

0引言

随着云计算、大数据、人工智能领域的快速发展，我国数据中心行业也进入了快速发展阶段，而数据中心也正朝着大型化、高密度、绿色环保、模块化方向发展。为适应数据中心行业的迅猛发展，满足数据中心高效运营的需求，对数据中心末端供配电系统在经济型、持续性、灵活性、可靠性上提出了挑战。数据中心末端母线系统逐步演变为末端供配电的主流产品。能够极大地规避了强电列头柜加电缆早期数据中心末端供配电形式的不足，实现了模块化，硬连接，可重复利用保护投资、供配电设计分离的新型高安全性末端供配电目的。数据中心末端母线系统已经成为解决数据中心内供配电发展的一种新方式。

关键词：数据中心；末端母线系统；供配电；稳定性

1数据中心末端母线介绍

数据中末端母线是指0.69KV，800A以下应用于数据中心内部的末端供配电系统，应用电缆或密集型母排自上级配电柜出线测馈入供电始端单元，通过母线导体实现供电，再由配电单元馈电至机柜测用电设备。

1.1数据中心末端配电结构

传统数据中心根据负荷容量选用35KV或10KV作为进线，根据不同等级配置单路或者双路变压器及UPS，为IT设备供电，而制冷和辅助设备一般会有单独的配电回路。UPS配电后端的设备，称之为数据中心末端配电。

传统末端配电设备包括：列头柜，精密配电柜，PDU等。随着数据中心进一步发展，对大功率，高可靠，模块化的需求日益加剧，机房末端母线产品，逐渐成为一种替代列头柜的优势方案，为更多客户所接受。

机房末端母线系统方案很好地解决了传统列头柜施工困难、增容困难、寿命短等问题，特备是对于大容量、高压直流的配电方案和面对机柜使用客户需要经常变化配置的机房应用中具有更大的优势。

1.2末端母线供电模式

末端母线配电的工作形式可以分为双路热备份和一主一备的冷备份方式，目前采用的主流方案是双路热备份的配电方案。

1.2.1双路热备份

采用两路母线供电，两路母线分别来自不同的UPS和变压器。平时各占50%负荷，一旦一路失电需要一路带100%的负荷。此种方式可以在发生断电故障时候进行快速切换，是目前比较常用的一种母线配电形式。

1.2.2一主一备（冷备份）

采用两路母线供电，两路母线分别来自不同的UPS和变压器。分为主备回路，平时主回路承载100%负荷容量，备用回路不带电，主回路失电后，备用回路自动切换。此种配电形式比较直观，一路设备相对线路损耗比较少。但是主路负荷即是全部负荷，对设备要求比较高，对母线温升需要进行特殊规范，需要比双路热备份要求更低才不会由于母线温升导致对己方环境产生影响。冷备份的方案适合对供电可靠性要求比相对比较低的场景。

1.3母线部署方案

1.3.1吊杆安装

母线传统部署方式，吊杆安装，母线的安装路径需要提前设计，以避开弱电和其他管道，一般母线的部署需要在弱点和桥架之前。另外，对于层高受限，天花板不具备吊装环境的情况，则需要考虑其他方式。

1.3.2解耦合安装

微模块安装的母线方案，往往需要整体与环境解耦合，不依赖于环境部署，母线直接在机柜后上部用支架架设。这种方式可以减少纵向架设空间。解耦合方案中还有两种形式，一种是支架吊装方案，一种是托举架空方案。

1.3.3分层架设

分层架设，为了对双路母线进行维护和操作，母线可进行分层架设设计，对于一些固定安装的母线方案，由于产品的插接箱在侧面，更多采用双层架设的方案，可以减小末端母线安装的空间需求，也为弱点光纤桥架等留出了更大的部署空间。腾讯T-Block方案采用的就是这种架设方式。

2机房母线的组成

2.1始端箱

作为机房母线的进线端口，和母线智能化插接箱所有信号的收集端口。始端箱以按照客户要求上进或者侧进，可以根据客户具体需求配置塑壳断路器和浪涌保护器。对于同侧布置的始端箱，需要考虑后期如何方便维护，可以错开或者上下两层布置，也可以将始端箱柜门开在侧面方便维护。始端箱进线口需用电缆法兰进行绝缘保护，始端箱内铜排布置应满足绝缘和爬电距离要求。上进或侧进线(左进线或右进线)需要提前考虑，采用不同结构的产品。始端箱电流一般在160A-630A之间。

2.2插接箱

滑轨式母线的配电单元多采用插接箱形式，插接箱负责机房母线的出线，目前大多数标准要求可以满足100A出线，实际使用中32A居多。一般一个插接箱3路出线，分别分配到3台机柜，每个回路采用1P断路器，取自母线上A、B、C三相电源，可以保证三相配电平衡。插接箱分为单相和三相配置，具体配置和客户负载容量相关。插接箱可以配置智能表计，采用485接口，串联连接，测量整条母线所有出线的电气参量。采用集中在始端箱或者一块HMI屏幕上显示，方便后期的集中管理和操作。

2.3直线段

作为机房母线，直线段承担了输送电流的主要任务，其母排应充分考虑到母线运行温升。目前，机房母线直线段结构大多采用空气绝缘，部分采用密集型母线，少数厂家采用固体绝缘。空气绝缘母线产品支持滑轨式结构，多点位插接，更适用于机房的情况。密集型母线接近传统动力母线结构，经济实惠，但是温升较高。固体绝缘母线可以做的更加小巧，但是整体成本较高。母线的导体结构目前市面上以U型和一字型排较多。在结构设计时，滑轨式母线槽还需注意在插接箱布置时有更大的接触面积，以便控制温升。

3安科瑞智能小母线解决方案

 

图1、母线监控装置技术参数

 

图2、母线监控装置实物图片

 

图3、母线监控装置通讯组网示意图

 

图4、母线监控装置系统架构图

4结语

使用末端母线系统，很大的提高资金的回报率，分期投资，避免浪费，增加了机房的有效出租面积，快速交付，增加租金收益;减少发热，降低机房制冷量，节能效果显著。符合国际T-3，T-4机房的建设规范。但是目前机房末端母线还处于发展初期，设备厂商大多刚刚进入市场，价格还高于列头方案30%左右，所以直观上客户还是感觉投资过高。但是随着新型末端母线的出现，技术的进步，市场的不断成熟，末端母线将会逐渐成为机房末端配电的主流方案。

【参考文献】

[1]数据中心新型末端母线白皮书.开放数据中心标准推进委员会.ODCC-2019-02001

[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.5版.

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