数据机房智能母线槽技术分析

程瑜

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

0引言

      数据中心是国家确定的“新基建”七大领域之一，数据中心在国民经济和社会发展中起到越来越重要的作用，已经成为各行各业的关键基础设施，为经济转型升级提供了重要支撑。政府金融、互联网公司、运营商等行业客户都在不断地新建和升级数据中心，以匹配其数据业务的增长速度。并且，随着国内数据中心的大力建设和发展，传统的列头柜配电模式已无法满足日新月异的变化需求，智能小母线作为数据中心一种新型机房配电产品，通过对其合理的应用，有效地解决了传统配电模式存在的各种问题，提高了数据中心的可用性及供配电的稳定性。

关键词：数据中心；智能小母线；精密配电柜；稳定性

1数据中心应用需求

      随着电力业务的发展和智能电网的升级，数据中心对供电系统的可靠性和智能维护要求也越来越高。数据中心机柜端配电设计除了要满足传统机房的配电功能，还应满足远期设备扩容的需求；同时，数据中心运维者还提出要尽可能减少设备扩容对已投运设备的影响。供电系统除了满足高可靠性外，还应该具备强大的监控功能，机房运维人员随时可以了解机柜负载情况、各配电分支回路的电气状态和不同负载机群的电量消耗情况等。

      当前，机房的配电容量一般保持在一定的范围内，通常按照服务器机柜、刀片机柜、网络机柜、工作机柜、小型机机柜等，常规数据中心单机柜负荷一般在3kW~8kW之间。根据各类设备功率不同，电气连接器接口标准也有所区别。这为供电基础配套实施带来了极大的挑战。传统落地式配电单元(列头柜)已不能满足越来越多的供电需求。

      近年来，随着数据中心灵活性和多元化发展。一种更加灵活的机柜端设计方案逐步在电力机房中得到应用。即母线槽配电系统。目前已有大量大型数据中心采购母线槽设计方案，如Google、Facebook、阿里巴巴和腾讯等数据中心。母线槽在电力行业作为一种导线应用已经有几十年的历史，但是对于数据中心应用而言，则比较新颖，应用案例不多。与传统电缆方式对比，母线槽具备更加可靠的安全性、接口电阻和温升控制也更加优秀。

2智能母线槽的组成

      电力机房专用母线槽系统一般由三个部分组成：母线槽主体、母线槽连接模块、监控模块。

2.1母线槽主体

      外壳提供线槽保护，提高热稳定性，满足各种安装方式，如竖直吊装或者水平安装，侧边可加上各种标识。导电铜排是根据载流量需求选择不同截面，表面镀锡，增强抗腐蚀性并减小接触电阻的电解铜。表面的绝缘材料具备良好的可短路电流能力。

2.2母线槽连接模块

      母线槽连接模块用于母线槽主体与主体之间的连接，将原本3m左右的母线槽主体拼接起来，可延长至几百米甚至几千米。母线槽连接处也是极容易发生连接异常的地方，连接不可靠可能导致温升、爆炸等事故，烧毁母线槽。

2.3监控模块

      监控模块可以分为母线槽连接处的测温模块和始端箱、插接箱的电参量采集模块。监控模块集成了常规的电力参数测量、温度监测、开关量检测、漏电检测等功能，同时具备在线报警功能，可以实时检测母线接口温度数据。采用ModbusRTU有线通讯或Lora无线通讯的方式，可方便可靠地将监测数据上传本地监控系统，确保母线槽的安全运行。

3智能母线槽方案优势

3.1智能母线槽具有高度的灵活性

      传统列头柜方案，其配电方式为UPS出线柜之后接配电列头柜，之后通过线缆为每台机柜内设备供电。采用放射状供配电结构，即每个机柜通过一根电缆与列头配电柜线缆一对一连接，今后新增或机柜扩容变更提升功率时需要重新排放电缆。

      智能小母线摆脱了传统列头柜布线困难的问题，部署简易快捷，仅需将母线槽安装到所有的预期机柜上方即可完成部署，可以依据用户的进驻实现即需即安装。个别机柜增加输出容量或者回路数量无需对母线槽做出变更，仅需增加或者变更插接箱即可，而且可以带电插拔。

3.2智能母线槽投入快，施工周期短

      采用轨道式小母线系统安装部署快速，如使用传统列头柜加线缆模式，完成一个机房典型施工工期约为40-50天涉及到配电柜就位，电缆桥架安装，电缆裁剪铺设，电缆对接等多个繁琐工序。而部署母线系统只需10-15天就可以完成一个机房的交付，节约大量的施工时间和人工投入同时也节省了桥架和电缆的需求。可提前近1个月交付客户使用。

3.3智能母线槽系统安全性更高、使用寿命更长

      由于小母线主要结构为“铝合金外壳+B级及以上绝缘护套+铜母排”，一方面使得整个输电干线的电气稳定性（包括短时耐受电流、过载能力)更强:另一方面，整条母线系统的散热性，有效防止因热量堆积造成的短路隐患，较大程度提高了使用寿命。母线使用寿命在30年左右，而电缆使用寿命一般在10-15年。

3.4母线增加了机房的利用率和收益

      采用母线方式由于省去了强电列头柜，原列头柜的位置可增加配置1个IT机柜。一般每20个左右IT机柜配置1台强电列头柜，去掉列头柜后可增加1/20左右的IT机柜数量，按一个机房1000个机柜为例，原需要50个列头柜，采用母线后机房IT机柜可达1050个，每个机柜租赁利润2万/年计算，可增加年利润100万。

      因此，智能小母线作为数据中心机房末端配电的后期之秀，能够逐渐对传统的列头柜方案形成冲击，并能以每年20%以上的速度持续增长，正是由于以上优点做支撑。

4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

5、结语

      综上，无论从技术性能，全寿命周期成本，还是数据中心的后续扩容等方面考虑，都会将智能小母线系统作为数据中心后50米配电的极优选择方案。安科瑞一直致力于改进和研发出更加先进、更加安全的智能小母线产品，为国家数据中心的建设和发展助力。

【参考文献】

[1] 一种数据中心机房新型配电技术——小母线配电系统.***.邵宏跃.张子堃.张磊.耿伟. 电气时代.2021.10.10.

[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.5版.

作者简介：程瑜，现任职于安科瑞微电网研究院，主要从事数据中心相关产品的研发及应用。

审核编辑 黄宇