數(shù)據(jù)中心機房供電配電及能效管理系統(tǒng)設(shè)計
本文部分內(nèi)容引用微信公眾號:數(shù)據(jù)中心運維管理,《淺談數(shù)據(jù)中心機房供電配電系統(tǒng)設(shè)計》
摘要:現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心中都包括大量的計算機,對于這種場所的電力供應(yīng),都要求供電系統(tǒng)需要在所有的時間都有效,這就不同于一般建筑的供配電系統(tǒng),它是一個交叉的系統(tǒng),涉及到市電供電、防雷接地、防靜電、UPS不間斷供電、柴油發(fā)電機等,每個系統(tǒng)互相交叉,互有影響,這就使我們在設(shè)計時需要考慮多方面的因素。本文從數(shù)據(jù)中心的高壓供電系統(tǒng)到末端精密配電系統(tǒng)介紹數(shù)據(jù)中心供配電及能效管理系統(tǒng)的設(shè)計。
系統(tǒng)概述
現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心機房中都包括大量的計算機,對于這種場所的電力供應(yīng),都要求供電系統(tǒng)需要在所有的時間都有效,擴容容易,維護簡便,容錯力強,*重要的是性價比高。數(shù)據(jù)中心機房是現(xiàn)代信息化建設(shè)的基礎(chǔ)工程,為各個業(yè)務(wù)提供穩(wěn)定、安全的工作環(huán)境,而機房的供配電系統(tǒng)就是這基礎(chǔ)工程的心臟和大動脈,供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定,能夠保障其它系統(tǒng)發(fā)揮作用和核心業(yè)務(wù)正常運行。系統(tǒng)不同于一般建筑的供配電系統(tǒng),它是一個交叉的系統(tǒng),涉及到市電供電、防雷接地、防靜電、UPS不間斷供電、柴油發(fā)電機等,各個系統(tǒng)互相交叉,互有影響,這就使我們在設(shè)計時需要考慮多方面的因素。
設(shè)計標準
數(shù)據(jù)中心有專門的設(shè)計標準,數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)標TIA-942《數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標準》,是2005年4月由美國電信產(chǎn)業(yè)協(xié)會(TIA)、TIA技術(shù)工程委員會(TR42)和美國國家標準學會(ANSI)批準的。國內(nèi)的相關(guān)規(guī)范和標準也是綜合國外標準以及國內(nèi)數(shù)據(jù)中心建設(shè)發(fā)展情況做出的,數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范GB50174—2008《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》也于2008年l1月12日發(fā)布,2009年6月1日開始實施。
設(shè)計一個數(shù)據(jù)中心首先需要根據(jù)用戶重要性和業(yè)主對數(shù)據(jù)中心可靠性、安全性等的具體需求,確定機房等級.再按照相應(yīng)等級確定適合的供配電系統(tǒng)。國內(nèi)的數(shù)據(jù)中心首先需要滿足國內(nèi)規(guī)范的要求。GB 50174—2008中關(guān)于數(shù)據(jù)中心的分級規(guī)定如下:電子信息系統(tǒng)機房應(yīng)劃分為A、B、C三級。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)機房的使用性質(zhì)、管理要求及其在經(jīng)濟和社會中的重要性質(zhì)確定所屬級別。
設(shè)計原則
數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)執(zhí)行或參照執(zhí)行國家和行業(yè)相關(guān)標準、規(guī)范,并可參考國外相關(guān)標準、規(guī)范,結(jié)合考慮數(shù)據(jù)中心用電負荷密度高、供電可靠性要求高等特性采取適當?shù)募夹g(shù)措施。同時,應(yīng)滿足項目建設(shè)單位的企業(yè)標準、規(guī)范的要求。
數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵循分區(qū)、分級的原則,同一功能區(qū)域內(nèi)的各類設(shè)備的供電可靠性,應(yīng)能保證所有設(shè)備能夠按照該區(qū)域標準的要求運行,并將供配電系統(tǒng)局部故障的影響面控制在盡可能小的范圍。
數(shù)據(jù)中心用電負荷密度高、總量大,其供配電系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)充分運用成熟有效的節(jié)能措施,降低供配電系統(tǒng)的損耗。
數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(tǒng)需求分析
隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及,社會各界對信息系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛,信息和數(shù)據(jù)量呈幾何級增長,由此對數(shù)據(jù)中心的需求日益增加,對數(shù)據(jù)中心的要求也不斷提高,信息設(shè)備功能越來越強,功率密度越來越高。數(shù)據(jù)中心設(shè)備機柜用電負荷由以前的2kVA/臺,提高到3kVA/臺、4kVA/臺,甚至更高。機房單位面積的平均用電負荷也由1kVA每平方,提高到1.5kVA每平方、2kVA每平方,甚至更高。
數(shù)據(jù)中心用電負荷的統(tǒng)計應(yīng)分為兩個層次,即:UPS供電系統(tǒng)負荷(輸出)和市電供電系統(tǒng)負荷。市電供電系統(tǒng)負荷(輸出)的統(tǒng)計主要包括:UPS供電系統(tǒng)(輸入)、機房精密空調(diào)系統(tǒng)、機房照明及建筑電氣設(shè)備等。UPS供電系統(tǒng)負荷(輸入)=供電負荷+充電負荷。機房精密空調(diào)系統(tǒng)負荷=N臺主用空調(diào)機組額定負荷容量×負荷率。UPS供電系統(tǒng)負荷(輸出)的統(tǒng)計主要包括:計算機設(shè)備、服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、小型機等,在負荷設(shè)備明確時,按設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計,具體負荷設(shè)備不明確時,按設(shè)備機柜平均負荷統(tǒng)計。設(shè)備機柜數(shù)量也不明確時,可按機房面積平均負荷估計。
在發(fā)熱量較大的情況下,如果柴油發(fā)電機未能及時啟動而導致精密空調(diào)失電停止工作超過3分鐘,機柜內(nèi)服務(wù)器溫度將會急劇升高而宕機,因此在可靠性要求比較高的情況下精密空調(diào)也可由UPS提供不間斷電源,在柴油發(fā)電機啟動前利用剩余冷凍水繼續(xù)保持機柜氣流循環(huán)散熱,直到發(fā)電機全部啟動。
數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(tǒng)設(shè)計
5.1 供配電系統(tǒng)的布置
數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(tǒng)主要設(shè)備有:UPS、電池、配電柜和柴油發(fā)電機等。這些設(shè)備單位占地面積、重量大,對于這些設(shè)備的擺放位置既要考慮功能上的需求,又要考慮空間和承重的需要,還要考慮對外界的危害。
數(shù)據(jù)中心機房供電系統(tǒng)應(yīng)有獨立的配電間、變配電所,UPS 電源機房應(yīng)靠近設(shè)備機房(負荷中心)布置,這樣能保證從UPS輸出到用電設(shè)備之間的壓降和損耗盡可能的小。UPS 電源主機、配電柜與蓄電池組是否需要分隔,按照數(shù)據(jù)中心等級的要求決定,另外還需要考慮到UPS屬于大型設(shè)備,重量比較大,噪聲大,需要擺放在一個承重比較好,并且不影響辦公和休息環(huán)境的地方。配電柜位置的選擇,主要考慮功能上的需求,配電柜應(yīng)在滿足功能分區(qū)的基礎(chǔ)上,盡可能靠近供電負載。發(fā)電機房宜設(shè)置在地面一層,當發(fā)電機房設(shè)置于地下層時,應(yīng)特別注意進、出風通道能否滿足要求,應(yīng)注意發(fā)電機組儲油裝置(日用油箱、儲油罐)的消防要求。
變配電所、發(fā)電機房、UPS電源機房均應(yīng)留有足夠的面積,可與設(shè)備機房同步發(fā)展,應(yīng)對設(shè)備機房面積擴展或設(shè)備機房功率密度上升引起的供電需求。于非專門設(shè)計用于數(shù)據(jù)中心的建筑,應(yīng)注意其是否滿足設(shè)備安裝和線路敷設(shè)的要求,包括樓面荷載、凈高、抗震等級、耐火等級等方面。
下圖為典型數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)示意圖,采用雙路110kV進線,配置10kV柴油發(fā)電機作為自備應(yīng)急電源,UPS采用冗余供電方式,末端精密配電柜和精密空調(diào)均采用UPS供電,提高數(shù)據(jù)中心運行穩(wěn)定性,見圖1。
圖1 數(shù)據(jù)中心典型供配電系統(tǒng)示意圖
5.2 供配電系統(tǒng)設(shè)計
5.2.1 市電動力配電系統(tǒng)設(shè)計
為了提高數(shù)據(jù)中心供電可靠性,減少電網(wǎng)故障的干擾,大型數(shù)據(jù)中心一般采用110kV甚至更高電壓等級市電電源,根據(jù)當?shù)毓╇姉l件確定。市電動力配電主要用于供給機房精密空調(diào)設(shè)備、普通照明和給排風、維修插座、一般動力、UPS設(shè)備等。市電動力配電一般由大樓總配電柜饋出的動力供配電系統(tǒng),采用50Hz交電,380/220V三相五線電源,TN-S接地方式,零線和地線分開設(shè)置且零地線之間電壓小于1V。
一般可靠性要求數(shù)據(jù)中心宜引入兩路市電電源,條件受限制時也可引入一路市電電源。引入兩路市電電源時,宜為冗余關(guān)系,也可作為供電容量擴展關(guān)系。
每一路市電電源的供電容量應(yīng)能滿足全部一、二級負荷的需求,包括UPS電源系統(tǒng)、機房精密空調(diào)、機房照明、蓄電池充電及建筑設(shè)備中的一、二級負荷。兩路市電電源的供電容量應(yīng)為全冗余,正常時應(yīng)同時供電運行,兩路電源在負荷設(shè)備輸入端自動切換。
圖2 110kV變電站或10kV開閉所保護測控裝置配置示意圖
市電動力配電柜一般采用放射式配電直接配至各用電設(shè)備或電箱,機房內(nèi)所有動力配電線纜需要設(shè)計橋架或鋼管敷設(shè),市電動力配電柜具有火警聯(lián)動保護功能,出現(xiàn)火警時可與消防系統(tǒng)聯(lián)動及時切斷電源,動力配電柜、照明箱內(nèi)的開關(guān)和主要元器件應(yīng)設(shè)置有效的防雷措施。
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應(yīng)用 |
線路保護裝置 | AM6-LD | 線路光纖縱差保護裝置 | 線路兩側(cè)(如需) | |
AM6-K | 遙測、遙信、遙控 | 本側(cè) | ||
電能質(zhì)量監(jiān)測裝置 | APView500 | 實時監(jiān)測電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諧波等電能質(zhì)量,記錄各類電能質(zhì)量事件,定位擾動源。 | 本側(cè) | |
差動保護裝置 | AM6-D2 | 主變兩側(cè)差動保護 | 主變壓器保護測控屏 | |
高、低壓側(cè)后備保護 | AM6-TB | 三段相間過流,兩段零序過流,兩段間隙過流保護、復(fù)合電壓閉鎖、兩段零序過壓保護,斷路器控制 | ||
非電量保護 | AM6-FD | 重瓦斯、輕瓦斯、超溫、過溫、壓力釋放保護和告警 | ||
測控裝置 | AM6-K | 遙測、遙信、遙控 | ||
檔位變送器 | / | 監(jiān)測和調(diào)節(jié)主變檔位 | ||
溫度變送器 | ARTM-8L | 監(jiān)測主變繞組和油溫 | ||
線路保護 | AM6-L | 35(10)kV回路的電流電壓保護、非電量保護、測量和自動控制功能。 | 10kV線路保護和測控 | |
智能儀表 | APM520 | 具有全電量測量,諧波畸變率、電壓合格率統(tǒng)計、分時電能統(tǒng)計,開關(guān)量輸入輸出,模擬量輸入輸出。 | ||
母線弧光保護 | ARB6 | 適用于開關(guān)柜弧光信號和電流信號的采集,并控制進線、母聯(lián)或母線上所有開關(guān)柜分閘 | 10kV母線保護 | |
智能操控裝置 | ASD500系列 | 35kV、10kV開關(guān)柜狀態(tài)的綜合測控以及柜內(nèi)環(huán)境溫濕度的測量與控制。 | 35kV、10kV開關(guān)柜操作控制以及柜內(nèi)環(huán)境溫濕度的測量與控制。 | |
無線測溫傳感器 | ATE400 | 監(jiān)測35kV及以下電壓等級配電系統(tǒng)母排、線纜連接點溫度和溫升預(yù)警。 | 10kV線路接點、母線測溫 |
表1 110/10kV變電站和10kV開閉所、變電所保護測控裝置選型表
圖3 0.4kV配電柜測控裝置配置示意圖
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應(yīng)用 |
動態(tài)諧波無功補償系統(tǒng) | AnCos | 同時具備諧波治理、無功功率線性補償與三相電流平衡治理和穩(wěn)定電壓的功能,響應(yīng)時間快,精度高、運行穩(wěn)定,能根據(jù)系統(tǒng)的無功特性自動調(diào)整輸出,動態(tài)補償功率因數(shù); | 0.4kV電能質(zhì)量治理 | |
有源濾波裝置 | AnSin | 補償0.4kV配電系統(tǒng)2~25次諧波,降低電壓電流諧波畸變率,保障電能質(zhì)量 | ||
多功能儀表 | APM520 | 具有全電量測量,諧波畸變率、電壓合格率統(tǒng)計、電能統(tǒng)計,開關(guān)量輸入輸出,模擬量輸入輸出。 | 主要用于進線、母聯(lián)回路電氣監(jiān)測 | |
多功能電能表 | AEM96 | 三相電流、線電壓/三相相電壓、有功/無功功率、有功/無功電能、功率因數(shù)、頻率、諧波畸變率,RS485/Modbus-RTU接口。 | 饋線回路電氣監(jiān)測 | |
剩余電流探測器 | ARCM200BL | 監(jiān)測饋線回路漏電電流、線纜溫度 | 非消防饋線回路 | |
遙信遙控單元 | ARTU-KJ8 | 8路狀態(tài)量采集,8路控制輸出,導軌式安裝,485通訊,可實現(xiàn)斷路器或接觸器的遠程控制和狀態(tài)量采集。 | 狀態(tài)量采集和控制輸出 |
表2 0.4kV配電柜測控裝置選型表
5.2.2自備應(yīng)急電源系統(tǒng)設(shè)計
數(shù)據(jù)中心一般采用柴油發(fā)電機組作為自備應(yīng)急電源,對于大型、高等級數(shù)據(jù)中心也可以選擇可靠性高、輸出電源品質(zhì)好、帶非線性負載能力強、體積小、重量輕的大功率燃氣輪機發(fā)電機組。一般可靠性要求的數(shù)據(jù)中心宜配置一路自備應(yīng)急電源,供電容量應(yīng)能滿足全部一、二級負荷的需求,包括UPS電源系統(tǒng)、機房空調(diào)、機房照明、蓄電池充電及建筑設(shè)備中的一、二級負荷。當數(shù)據(jù)中心條件受限制,且市電電源具有較高可靠性時,也可以部分或全部采用移動式發(fā)電機組作為自備應(yīng)急電源。發(fā)電機組燃料儲備量應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心等級的要求,結(jié)合市電電源可靠性、供油可靠性、消防要求綜合決定,一般不宜少于發(fā)電機組滿負荷運行8小時的用油量。
圖4 10kV柴油發(fā)電機室保護測控裝置配置示意圖
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應(yīng)用 |
柴發(fā)保護裝置 | AM5-M | 柴油發(fā)電機保護測控裝置 | 10kV茶油發(fā)電機室 | |
母線弧光保護 | ARB6 | 適用于開關(guān)柜弧光信號和電流信號的采集,并控制進線、母聯(lián)或母線上所有開關(guān)柜分閘 | 10kV母線保護 | |
智能儀表 | APM520 | 具有全電量測量,諧波畸變率、電壓合格率統(tǒng)計、分時電能統(tǒng)計,開關(guān)量輸入輸出,模擬量輸入輸出。 | 柴油發(fā)電機電氣參數(shù)監(jiān)測 |
表3 10kV柴油發(fā)電機保護測控裝置選型表
5.2.3 UPS供配電系統(tǒng)設(shè)計
UPS配電主要用于計算機設(shè)備、服務(wù)器、小型機、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、保安監(jiān)控設(shè)備等。UPS 電源系統(tǒng)輸出一般采用三級配電方式:系統(tǒng)輸出配電柜-機房配電柜-機柜配電單元。
UPS電源系統(tǒng)蓄電池組容量的計算方法有以下兩種:
(1) 按負荷電流計算;
(2) 按負荷功率計算;
按負荷電流計算的結(jié)果是蓄電池組的總?cè)萘?,然后再選擇單組蓄電池的容量和組數(shù)。按負荷功率計算的結(jié)果是選定容量規(guī)格的蓄電池組數(shù)。兩種計算方法的結(jié)果可互相校驗。
對于單電源輸入設(shè)備,即使已采用雙單元冗余UPS 電源系統(tǒng),也宜將其連接在其中一個單元上。對于雙單元冗余UPS電源系統(tǒng),可將其每個單元中的部分容量視為并聯(lián)冗余性質(zhì)。對于需要雙回路供電的單電源輸入設(shè)備,宜在其輸入端設(shè)置靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)STS。靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)STS 的性能應(yīng)能滿足其要求,一般轉(zhuǎn)換時間小于5~10ms。
當負荷設(shè)備對零-地電壓要求較高時,可在機房配電柜設(shè)置隔離變壓器。有時候為保證UPS故障旁路后輸出高質(zhì)量電源,往往在UPS旁路輸出端設(shè)置隔離變壓器。
數(shù)據(jù)中心UPS供配電系統(tǒng)一般采用冗余方式供電,很少采用單機供電。冗余方式供電能在一臺UPS設(shè)備故障時,仍然能夠滿足機房內(nèi)重要設(shè)備的用電需求,這是單機供電所不能達到的。從冗余式配置方案來看,常用的有以下幾種方式:
熱備份式冗余UPS供電方式
主機帶負載,備機空載或帶非重要負載,備機接入主機的BYPASS(旁路)輸入端。這種方式布置比較靈活,不需要兩臺UPS同品牌,而且不要增加額外輔助電路,不增加購置成本。如果UPS主機發(fā)生了故障,那么UPS備機需要接替全部負載,這也就意味著設(shè)計時需要計算好UPS主機故障時,UPS備機所需承擔的總負載。此方式的缺陷在于UPS備機得具有階躍性負載承載能力,無法對電源系統(tǒng)進行擴容,兩臺容量不同的UPS相聯(lián),只能按*小的UPS容量輸出。
直接并機冗余UPS供電方式
為克服熱備份式冗余供電系統(tǒng)的弱點,隨著UPS控制技術(shù)的進步,具有相同額定輸出功率的UPS可直接并聯(lián)而形成冗余供電系統(tǒng),為保證高質(zhì)量的并機系統(tǒng),各電源間需要保持同頻、同相、且各機均流。此供電方式瞬間過載能力強,能夠自動均分功率,系統(tǒng)互為主備,提高供電可靠性,電源系統(tǒng)擴容方便。但是存在著環(huán)流,增加無功損耗,降低系統(tǒng)可靠性,需增加額外輔助電路,隨之而來是增加成本,增加故障點。設(shè)計時,如2臺互備,每臺按照50%帶載能力考慮,并聯(lián)的主機越多,單臺主機的帶載能力就越低。
雙總線冗余供電方式
雙總線供電方式是采用兩條總線對后端設(shè)備進行供電,每條總線上具有相同的一套UPS供電方式,消除可能出現(xiàn)在UPS輸出端與*終用戶負載端之間的“單點瓶頸"故障隱患,以提高輸出電源供電系統(tǒng)的“容錯"功能。此供電方式能夠在線維護,在線擴容,在線升級,改善了重要總線的可用性,滿足了雙電源用電設(shè)備的需求,真正實現(xiàn)了7×24×365運行的目標。但是雙總線冗余供電方式相當于搭建了兩套前述供電方式的回路,需要增加2倍以上的成本。同時,為滿足單電源設(shè)備的供電需求,可在輸出端安裝STS,來保證供電輸出的可靠性?! ?/p>
UPS供電系統(tǒng)是滿足數(shù)據(jù)中心供電可靠性的核心部分,而蓄電池又是整個系統(tǒng)中*重要的組成之一,是整個供電系統(tǒng)的“*后一道屏障"。當組串中的一只電池因過充、過放等原因造成電池性能下降,電池內(nèi)阻增大,會導致電池出現(xiàn)發(fā)熱、鼓包等現(xiàn)象,將造成供電系統(tǒng)安全性的整體下降,同時增加蓄電池充放電的損耗。
圖5 數(shù)據(jù)中心UPS和蓄電池監(jiān)測配置示意圖
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應(yīng)用 |
數(shù)據(jù)采集器 | ABAT100-HS | *大可監(jiān)測蓄電池數(shù)為120節(jié),組壓過充/放,單壓過充/放,電流過充/放,單體內(nèi)阻過高,通信異常等,帶過壓、短路保護,RS485/Modbus-RTU接口 | 蓄電池監(jiān)測模塊數(shù)據(jù)采集 | |
電池監(jiān)測模塊 | ABAT100-S | 對每節(jié)后備電池的電壓、內(nèi)阻與電池負極溫度的在線監(jiān)測 | 蓄電池監(jiān)測模塊 | |
電池組監(jiān)測模塊 | ABAT100-C | 監(jiān)測一組電池的充放電電流與環(huán)境溫度 | 蓄電池組監(jiān)測模塊 | |
霍爾傳感器 | AHKC-EKC | 測量DC0~(500-1500)A電流,輸出±5V。 | 直流電流監(jiān)測 | |
智能網(wǎng)關(guān) | ANet-2E4SM | 邊緣計算網(wǎng)關(guān),嵌入式linux系統(tǒng),提供AES加密及MD5身份認證等安全需求,支持斷點續(xù)傳,支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議 | 數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換和邏輯判斷 |
表4 數(shù)據(jù)中心蓄電池監(jiān)測選型表
5.3 末端配電系統(tǒng)
機房UPS、精密空調(diào)電源系統(tǒng)輸入應(yīng)設(shè)置專用的輸入配電柜。電源系統(tǒng)輸入配電柜應(yīng)引接兩路電源、自動切換。UPS 電源主機的主電源和旁路電源應(yīng)分別引入,并宜由不同的輸入配電柜引接。UPS電源系統(tǒng)輸出應(yīng)采用放射式、雙回路配電方式。UPS 電源系統(tǒng)輸出應(yīng)采用三相配電,末端分相,以利三相平衡。
機房配電柜、UPS電源柜落地安裝,動力配電箱、照明配電箱底邊距地1.4m墻上暗裝,配電柜及其他電氣裝置的底座應(yīng)與建筑樓地面牢靠固定,并接地,機房內(nèi)應(yīng)分別設(shè)置維修和測試用插座,且有明顯區(qū)別標志,測試用電源插座應(yīng)由UPS供電,維修插座由市電供電。所有線路的敷設(shè)是要以設(shè)備布局和設(shè)計圖紙為基礎(chǔ)進行,設(shè)計時考慮供電距離盡量短,機房內(nèi)的電源線、信號線和通信線應(yīng)分別鋪設(shè),不能共走同一線槽,UPS電源配電箱(柜)引出的配電線路,穿鍍鋅鋼管,沿機房活動地板下敷設(shè)至各排網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器機柜,使用插座或工業(yè)連接器為機柜供電。
5.3.1 精密配電柜
精密配電柜是為數(shù)據(jù)中心的設(shè)備機柜提供電源的末端配電設(shè)備,一般采用雙回路供電,電源分別來自兩臺冗余的UPS,分為交流和直流供電,一般放置在機柜陣列的兩端,也稱列頭柜,如圖6所示。
圖6 ANDPF精密配電柜
安科瑞精密配電監(jiān)控解決方案針對精密配電柜監(jiān)控數(shù)字化要求,方案包括交流(AC220V)、直流(DC-48V/240V/336V)系統(tǒng)。由觸摸式液晶顯示屏、綜合信息處理主機模塊、開關(guān)狀態(tài)采集模塊、電流互感器(交流)或霍爾傳感器(直流)采集單元模塊等組成。監(jiān)測兩路主進線和A+B雙面饋線回路電量參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)、諧波含量、柜內(nèi)溫濕度等數(shù)據(jù),可以在本地觸摸屏顯示,同時可以上傳AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)顯示和報警。產(chǎn)品方案見表5。
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應(yīng)用 |
交流方案 AC220V | AMC100-ZA | 監(jiān)測A+B雙路三相交流進線回路的全電量參數(shù)、8路開關(guān)量狀態(tài)輸入、4路開關(guān)量狀態(tài)輸出、2路漏電監(jiān)測、1路溫濕度檢測、2-63次諧波測量、3路RS485通訊。 | 交流精密配電柜 2路進線 | |
AMC100-FAK30/48 | 監(jiān)測 A+B 雙面交流出線共30/48分路的全電量參數(shù)和開關(guān)量狀態(tài)、總電流諧波、1路 RS485 通訊。 | 交流精密配電柜 多路饋線 | ||
AKH-0.66-EMS | 交流電流互感器,外形同微型斷路器,導軌安裝。 | 配套電流互感器 | ||
AKH-0.66W | 用于63A及以下多回路配電系統(tǒng),交流電流信號采集傳感器,導軌固定安裝。 | 配套電流互感器 | ||
直流方案 -48V 240V 336V | AMC100-ZD | 監(jiān)測A+B雙路直流進線回路的全電參量參數(shù)、8路開關(guān)量狀態(tài)輸入、4路開關(guān)量狀態(tài)輸出、1路溫濕度檢測、3路 RS485 通訊。 | 直流精密配電柜 2路進線 | |
AMC100-FDK30/48 | 監(jiān)測A+B雙面直流出線共30/48分路的全電量參數(shù)和開關(guān)量狀態(tài)、1 路RS485通訊。 | 直流精密配電柜 多路饋線 | ||
AMC100-KA30/48 | 監(jiān)測 30/48分路的開關(guān)量狀態(tài)(有源)、1路 RS485 通訊。 | |||
AMC100-KD30/48 | 監(jiān)測 30/48分路的開關(guān)量狀態(tài)(無源)、1路 RS485 通訊。 | |||
AHKC-BS-N | 霍爾傳感器,用于測量直流電流 | 配套霍爾傳感器 | ||
觸摸屏 | ATP007kt | 7寸觸摸屏,安裝在精密配電柜上,用于顯示本柜配電回路數(shù)據(jù)及開關(guān)狀態(tài)、異常告警等等,數(shù)據(jù)可上傳數(shù)據(jù)中心平臺。 | 精密配電柜配電柜 | |
精密配電柜 | ANDPF | 用于數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備電源分配、保護與進出線回路監(jiān)控功能。精密配電柜將進出線回路的電參量、開關(guān)量等數(shù)據(jù)集中采集后上傳至后臺系統(tǒng)進行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控。通過精密配電可獲取IT設(shè)備用電數(shù)據(jù)。 | 整柜集成方案 |
表5 精密配電柜數(shù)字化方案產(chǎn)品選型
5.3.2 智慧母線槽
近年來隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展,智能母線槽的方案運用越來越多。相比傳統(tǒng)精密配電柜,數(shù)據(jù)中心母線槽架空鋪設(shè),具有安裝檢修方便、不占地、散熱快、易增容等優(yōu)勢。母線槽通過始端箱從前端UPS取電,以母排系統(tǒng)組成輸電結(jié)構(gòu),采用即插即用的方式,通過插接箱給各個IT機柜內(nèi)的PDU供電。
圖7 智能母線槽數(shù)據(jù)采集方案示意圖
安科瑞智能母線槽方案在始端箱和插接箱內(nèi)配置AMB100/AMB110監(jiān)測單元,測量始端箱、插接箱電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、諧波畸變、溫濕度、漏電電流等數(shù)據(jù),可以通過有線或無線方式傳輸數(shù)據(jù),在本地觸摸屏顯示,同時可以上傳數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng),實現(xiàn)母線槽的數(shù)據(jù)展示和異常預(yù)警。
另外由于母線槽是由銅制母排搭接而成,接頭部位可能會由于接觸不良而異常發(fā)熱,所以需要對母線槽接頭溫度進行實時監(jiān)測,安科瑞AMB200母線接頭溫度監(jiān)測裝置進行接觸式測溫,AMB300通過紅外非接觸式測溫方式監(jiān)測母線溫度,數(shù)據(jù)通過有線或無線方式傳輸本地觸摸屏顯示,同時可以上傳數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng),實現(xiàn)母線槽溫度的實時預(yù)警,設(shè)備選型如表6所示。
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應(yīng)用 |
交流母線槽方案 AC220V | AMB100-A-P1 AMB100-A/W-P1 | 采集始端箱三相電氣參數(shù)、2-63次諧波、8路溫度、1路濕度、漏電電流,2路開關(guān)量采集,2路繼電器輸出,可選擇RS485有線接口或LORA無線通訊。 | 始端箱 | |
AMB110-A-P1 AMB110-A/W-P1 | 采集始端箱三相電氣參數(shù)、2-63次諧波、8路溫度、1路濕度、漏電電流,2路開關(guān)量采集,2路繼電器輸出,可選擇RS485有線接口或LORA無線通訊。 | 插接箱 | ||
AKH-0.66W-xNY | 適用于5~600A交流電流信號采集 | 配套電流互感器 | ||
直流母線槽方案 -48V 240V 336V | AMB100-D-P1 AMB100-D/W-P1 | 采集始端箱直流電氣參數(shù)、4路溫度、1路濕度、1路漏電電流,4路開關(guān)量采集,2路繼電器輸出,可選擇RS485有線接口或LORA無線通訊。 | 始端箱 | |
AMB110-D-P1 AMB110-D/W-P1 | 采集插接箱直流電氣參數(shù)、4路溫度、1路濕度、3路漏電電流,4路開關(guān)量采集,2路繼電器輸出,可選擇RS485有線接口或LORA無線通訊。 | 插接箱 | ||
AHKC-BS | 霍爾傳感器,用于測量直流電流 | 配套霍爾傳感器 | ||
母線測溫 裝置 | AMB200-C AMB200-LR | 接觸式母排溫度,可實時在線監(jiān)測4/8路溫度、1路濕度,具備紅外通訊、RS485通訊、LORA通訊方式。 | 母線接觸式測溫 | |
AMB300-Z AMB300-D | 紅外測溫,監(jiān)測單個大范圍陣列溫度或多個小范圍單點溫度,可增加NTC測溫接入、濕度監(jiān)測。 | 母線紅外測溫 | ||
觸摸屏 | ATP010kt | 10寸觸摸屏,安裝在精密配電柜上,用于顯示本柜配電回路數(shù)據(jù)及開關(guān)狀態(tài)、異常告警等等,數(shù)據(jù)可上傳數(shù)據(jù)中心平臺。 | 精密配電柜配電柜 |
表6 智能母線槽解決方案選型表
5.4 數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)設(shè)計
AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)搭建基于高、中、低壓配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機、UPS的實時監(jiān)控和末端配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的電力監(jiān)控、PUE分析以及動環(huán)監(jiān)測,幫助數(shù)據(jù)中心管理者全面了解數(shù)據(jù)中心能源運行情況,并關(guān)注消防和電氣安全,及時預(yù)警異常情況,保障數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定可靠運行。除了變電站、柴油發(fā)電機和UPS運行監(jiān)控以外,特別是針對數(shù)據(jù)中心的末端配電環(huán)節(jié),系統(tǒng)數(shù)據(jù)跟蹤到每一個回路的電氣參數(shù)和開關(guān)狀態(tài)、溫濕度數(shù)據(jù)等。
圖8 數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)架構(gòu)圖
5.4.1 電力監(jiān)控
監(jiān)控110kV變電站、10kV開閉所、10/0.4kV低壓變配電室配電系統(tǒng)運行情況,實現(xiàn)遙測、遙信、越限報警、故障分析、電能質(zhì)量分析、運行報表等功能。
5.4.2 設(shè)備監(jiān)控
監(jiān)測柴油發(fā)電機、變壓器、UPS、蓄電池組、精密配電柜、精密空調(diào)的狀態(tài)以及運行參數(shù),并提供異常預(yù)警、運行報表等功能。
5.4.3 能耗分析
統(tǒng)計數(shù)據(jù)中心總能耗、IT設(shè)備能耗、制冷系統(tǒng)能耗、供電系統(tǒng)能耗、照明及辦公能耗等分項用能,并計算CLF/PLF/PUE等能耗指標。
5.4.4 環(huán)境監(jiān)測
監(jiān)測數(shù)據(jù)中心溫濕度、水浸,蓄電池內(nèi)阻、溫度、電壓、蓄電池間氫氣濃度等數(shù)據(jù)并提供越限告警和聯(lián)動控制。
5.4.5 精密配電柜或小母線運行監(jiān)測
系統(tǒng)監(jiān)測精密配電柜或母線槽系統(tǒng)電氣接點溫度以及漏電電流,并設(shè)置溫度、漏電越限告警,及時消除系統(tǒng)隱患。系統(tǒng)監(jiān)測每路饋線回路的電流、功率、開關(guān)狀態(tài)和用電量,還可以配置溫度、濕度傳感器用于監(jiān)測線路接點溫度和柜內(nèi)濕度,設(shè)置參數(shù)高低越限告警,避免回路超負荷運行而導致意外斷電。
5.4.6 故障預(yù)警
系統(tǒng)對數(shù)據(jù)中心的故障類型進行分級分類處理,可以通過語音、文字彈窗、短信等方式提供故障預(yù)警信號,并對故障進行分類展示。
5.4.7 運維管理
系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心提供設(shè)備管理和運維管理功能,包括設(shè)備臺賬、設(shè)備保養(yǎng)、工單管理、巡檢記錄、缺陷管理、搶修記錄等功能,告別依靠手工記賬,降低人力和時間成本。
結(jié)束語
不同用途或等級的數(shù)據(jù)中心對可靠性的要求不同,直接關(guān)系到數(shù)據(jù)中心的建設(shè)投資和運營成本。數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心*重要的基礎(chǔ)設(shè)施,應(yīng)在數(shù)據(jù)中心建設(shè)初期予以統(tǒng)籌考慮和全面規(guī)劃,并根據(jù)數(shù)據(jù)中心對供電可靠性的要求,在供電電源選擇、供配電系統(tǒng)布置、供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和形式等方面采取相應(yīng)的技術(shù)措施。同時,還應(yīng)充分運用成熟有效的節(jié)能措施和能效管理系統(tǒng),降低供配電系統(tǒng)的損耗,減少運營成本。
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