“东数西算”下的能源革命：小母线监控系统如何扛起新型数据中心“高效低碳”大旗？-电子发烧友网

安科瑞程瑜 187 0211 2087

【摘要】数据中心供配电系统与小母线配电系统的特点和优劣势进行比对，从系统组成以及扩展性、节能性等各方面分析，并结合实际案例，论证了小母线系统技术的可行性和经济实用性。

【关键词】小母线；数据中心；供配电；母线槽

中图分类号：TU852 文献标识码：A 文章编号：2097-2253 (2023)03-0066-04

Application of Small Bus Distribution System in a Data Center

He Xin

(Hunan Architectural Design Institute,Changsha 41001,China)

Abstract:The uncertainty of cabinet density at the initial stage of data center room construction makes itdifficult to estimate the power supply and distribution of data center.In order to deal with this situation,flexible small bus power distribution system can be adopted.Based on the analysis and comparison of thecharacteristics,advantages and disadvantages of the traditional data center power supply and distributionsystem and small bus power distribution system,this paper analyzes the system composition andexpansibility,and demonstrates the feasibility and economic practicability of small bus system technologycombined with the application of practical cases.

Keywords:small bus bar;data center;power supply and distribution;busbar

0、引言

当前云计算、大数据、人工智能领域技术快速发展，我国数据中心运营的安全性和可用性。

伴随IT技术的发展，机房租赁等商业模式的兴起，机房建设初期对机柜密度不确定大为增加，数据中心末端供配电系统在经济型、持续性、灵活性、可靠性上提出新的要求和挑战。

传统的列头柜加电缆的末端配电方式因其局限性而难以适应当今技术的发展。使用灵活的小母线来替代列头柜及电缆的配电方式，成为解决数据中心内供配电发展的一种新方式。

1、传统配电方案

如图1所示，机房传统配电方式一般采用两回10kV市电接入至大楼配电房，经过变压器、低压配电柜后输入2路双回路市电进入机房双电源切换箱，双电源切换箱再引出电缆至UPS电源设备，再经过UPS输出柜连接至各列机柜配电列头柜，列头柜再敷设电缆至机柜内PDU。传统配电方式技术成熟可靠，单点故障率低。但配电列头柜占用机柜空间、电缆传输损耗大、施工复杂、可扩展性和灵活性不大。

2、智能小母线配电方案

智能小母线配电系统是一种取代传统电缆的数据中心末端配电解决方案，它由始端模块、功能模块、末端母线干线、干线连接模块、分接配电模块、干线防护模块、干线端封等组成，它具备模块外侧接线、线路保护或控制通断，浪涌保护、干线电气参数监测和保护控制模块的状态监测，承载电能的主体，实现电能传输等功能。如图2和图3所示。

(1)始端模块：负责UPS配电柜与小母线的连接，包含电缆进线模块、塑壳断路器和600mm母线直线段，电缆在始端模块中通过塑壳断路器后接入对应的母线端子排上。通过实现模块外侧接线、线路保护或控制通断功能，其规格包括160/250/320/400/500/630/800A等。

(2)功能模块：集成了浪涌保护、干线电气参数监测和保护控制模块的状态监测等功能。

(3)末端母线干线：承载电能的主体，实现电能传输，内部基本结构为4根铜排(L1、L2、L3、

N)或5根铜排(L1、L2、L3、N、PE),其规格包括160/250/320/400/500/630/800A等。

(4)干线连接：包括可实现干线扩展的连接件和用于改变母线走向的各种弯头等。

(5)分接配电模块：双触点取电，采用微型断路器作为保护元件，是插于母线槽主体上的小型配电模块，用于为每一个用电设备提供精准的电力，电流为6~100A。

(6)干线保护模块：防护盖板可以提高干线的防护等级并有效地防止人员接触带电导体。

(7)干线端封：保护干线末端的封盖，提高防护等级。

(8)配电方式为：从前端UPS配电柜引出电缆连接至母线槽最前端的始端模块，通过母线槽进行电力传输，再根据每个机柜的功率密度选择相应规格的分接配电模块，与机柜内PDU连接后即完成对一个机柜配电工作。

3、两种配电方式的比较

列头柜+电缆与智能小母线配电方式的对比如表1所示。

4、某数据中心配电方案介绍

本项目为某数据第4.3.8条相关要求。

机房共规划8列设备，组成4个封闭冷通道，不设置配电列头柜，在每列机柜后门上方水平布置双列母线，每条小母线分别来自不同UPS输出回路，用于该列机柜AB路供电，本次设计采用单列母线长度为2.4m、1.8m、1.2m三种规格的单条母线槽和长度为815mm的始端模块(进线箱215mm+母线槽600mm)拼接而成，设计母线长度的原则优先选择多条2.4m拼接，余量选用1.8m或1.2m。

单列母线槽的长度不超过该列机柜总长度的最大长度，本机房每列机柜为12m,母线槽的长度=0.815+2.4×4+1.2=11.615m。每列机柜16台，按每台功率4kW计算，单列机柜总功率为64kW,选择160A母线槽与160A始端模块。本次机柜设备考虑单相供电，选用单相插接箱，选择32A插接箱，插接箱的数量根据16台机柜计算为6个(每3口配电模块为1个)。

通过智能小母线方案配电设计，每列省去1个配电列头柜空间，更多地为IT设备的扩展预留条件。配电通过插接箱实现，支持在线热插拔，用电需求可以随时随需增减，而不涉及大的工程改动，在不影响其他正在运行的机柜设备的前提下，可在同一条母线槽上实现单相、三相转换。正因为这些优点，随着大规模数据中心机房建设。

图4 智能小母线供电方案平面图

5、结束语

近些年，智能小母线配电方案还没得到大规模的普及和应用，但是随着目前IDC大型数据国家“十四五”规划中碳达峰、碳中和的战略定位也是一致的。笔者相信在不久的将来，智能小母线配电方式会得到大规模的应用，也会随着设计的不断完善成为一种主流。

6、安科瑞智能小母线解决方案

安科瑞智能母线监控产品分为交流和直流母线监控两类，包括始端箱监测模块、插接箱监测模块以及触摸屏，另外还可以搭配母线槽连接器红外测温模块用于监测母线槽的运行温度，确保母线槽配电安全。

6.1、系统结构

6.2、系统功能

6.2.1主菜单

用户登录进入主菜单页面，主菜单上显示有数据采集、报警查询、参数设置和帮助四个板块，点击任意板块可进入对应界面进行数据查看及参数、功能编辑。

6.2.2实时监测

在主页点击数据采集按钮后，进入系统图界面，系统实时显示每一路的三相总电压及各个插接箱、始端箱的电压情况。

6.2.3 基本参数界面

显示电压、电流、功率、电能等电参数数据，在设备地址旁边的输入框输入本箱子对应的仪表地址，即可实现对箱子中仪表数据的采集。

6.2.4 谐波数据

系统通过智能小母线监控系统，采集谐波参数，分析各回路是否存在谐波，并分析谐波次数，通过点击“箭头”可以左右切换各个插接箱、始端箱的2-63次谐波数据；

6.2.5 需量阈值

显示电压、电流、功率的需量阈值及发生时间，根据数据分析，调整数据中心机房的用电负荷，根据实际用电情况调整变压器容量，或者通过人为干预，降低需量阈值，保障供电连续性和稳定性。

7.2.6 电能查询

电能情况可以查询上12月份的每个月用电量、上一年总用电量、本年已用电量、根据选择不同时间查询电能值。通过时间对比，区域对比，分析出合适的用电方案，节能降耗，降低PUE值。

7.3 配置方案

名称	图片	型号	功能
智能母线管理软件		ACREL-AMB1000	智能母线管理系统软件，刷入配套使用的触摸屏，可实现对母线系统的智能化管理，包括电参量的显示，各种报警功能的实现、事件记录，数据的采集处理和转发等。
智能网关		ANet-2E8S1	2路网口，8路RS485，上行以太网通讯，支持断点续传功能。
数据采集器		AMB310	二总线通讯、RS485通讯至监控系统或触摸屏，至多可连接200台采集监控模块。
始端箱监控模块		AMB100-A（D）-P1	实时监测始端箱电压电流用电量等电参量以及插脚处温度、箱内环境湿度等。
插接箱监控模块		AMB110-A（D）-P1	实时监测插接箱电压电流用电量等电参量以及插脚处温度、箱内环境湿度等。
低压母线测温装置		AMB200-LR	实时监测4/8路温度、红外通讯、预警及报警功能、显示功能，LORA通讯。
红外母线测温装置		AMB300-Z	实时在线监测单个大范围阵列温度，二总线通讯。
显示头		AMB10	前置网口AMB10(F)、后置网口AMB10，可自动循环显示电压、电流参数。
触摸显示屏		ATP010kt	实时采集并显示母线槽电参量、开关状态等数据并上传后台。可设置报警的阈值以及记录报警事件。