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劉細(xì)鳳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要:分析當(dāng)前數(shù)據(jù)機(jī)房傳統(tǒng)列頭柜配電方式的特點(diǎn)及其存在的問(wèn)題。從提高機(jī)房末端配電性、可用性的角度出發(fā),重點(diǎn)介紹數(shù)據(jù)機(jī)房機(jī)柜配電的新模式—智能母線槽配電方案。并對(duì)智能母線方案的實(shí)現(xiàn)方式作了深入探討分析??偨Y(jié)勢(shì)及其代表的未來(lái)趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)機(jī)房;列頭柜配電;智能母線槽配電;模塊化配電;可用性;可靠性;靈活擴(kuò)展; 節(jié)能。
0引言
數(shù)據(jù)作為企業(yè)的信息樞紐,承載著關(guān)系企業(yè)核心信息的服務(wù)器,是套復(fù)雜的綜合設(shè)施,不僅僅包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和其它與之配套的設(shè)備,還包含冗余的數(shù)據(jù)通信連接、環(huán)境控制設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備以及各種裝置。配電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)比較重要的環(huán)節(jié)之,斷電或低質(zhì)量供電是造成數(shù)據(jù)服務(wù)器宕機(jī)的主要因素之。如何化數(shù)據(jù)機(jī)房配電系統(tǒng)提高可用性和性,確保服務(wù)器以及其它硬件不間斷運(yùn)行,是數(shù)據(jù)管理者面臨的重大課題之。對(duì)比傳統(tǒng)列頭柜配電方案,是否有技術(shù)更先進(jìn)、可靠性更高的供電方案是數(shù)據(jù)從業(yè)者關(guān)注的問(wèn)題。本文謹(jǐn)以筆者目前了解到的zuixin動(dòng)態(tài)作些zui粗淺的分析,拋磚引玉,目的在于讓更多同行來(lái)研究進(jìn)步。
1 傳統(tǒng)配電方案
傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)機(jī)房機(jī)柜般采用配電柜配電。業(yè)內(nèi)俗稱(chēng)列頭柜配電方案。配電柜是款針對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房能源末端,綜合分配和采集能源的智 能配電柜。為機(jī)柜中的IT / CT設(shè)備提供電能和能源 數(shù)據(jù)測(cè)量,通過(guò)顯示單元,實(shí)時(shí)掌握電能參數(shù)和質(zhì)量。通過(guò)通訊技術(shù)上傳至后臺(tái)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)??梢赃_(dá)到對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和運(yùn)行質(zhì)量的有效管理。傳統(tǒng)機(jī)房配電布局如圖 1 所示。
圖 1 傳統(tǒng)機(jī)房配電布局
傳統(tǒng)機(jī)房配電布局每列機(jī)柜的始端(左或右)放置個(gè)列頭柜,該配電柜兼具配電和智能監(jiān)控雙重功能,采用高集成、高可靠性的計(jì)算機(jī)主板,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù),比傳統(tǒng)配電柜更省空間,提高了容積率。該方案中,每個(gè)機(jī)柜的PDU配電條都需要靠線纜接入到列頭柜取電,其配電拓?fù)涫菍?duì)多的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
2 列頭柜方案存在的問(wèn)題
2.1 生命周期成本問(wèn)題
般情況下,用戶(hù)在設(shè)計(jì)之初會(huì)適當(dāng)考慮未來(lái)的業(yè)務(wù)發(fā)展所帶來(lái)的用電功率增加, 所以通常在早期方案設(shè)計(jì)時(shí)就把冗余量做的比較大。但從實(shí)際的用戶(hù)應(yīng)用調(diào)查發(fā)現(xiàn),用戶(hù)方案設(shè)計(jì)容量、用戶(hù)設(shè)備的預(yù)計(jì)負(fù)載量以及用電設(shè)備的實(shí)際負(fù)載量之間存在著很大差異。平均來(lái)看,目前不少建成的數(shù)據(jù)機(jī)房5年后的實(shí)際負(fù)載率還不到當(dāng)初設(shè)計(jì)容量的50%。也就是說(shuō),有接近50%的容量在很長(zhǎng)段時(shí)間基本都處于“浪費(fèi)” 狀態(tài)。不少用戶(hù)提出,是否有種“邊成長(zhǎng)邊投資”的方案以實(shí)現(xiàn)資源利用效率較大化。
2.2 空間利用率問(wèn)題
不少大型的數(shù)據(jù)集中在城市的核心商務(wù)區(qū),租金昂貴,空間資源極其寶貴。對(duì)于在此類(lèi)地區(qū)面臨新建或改造數(shù)據(jù)的用戶(hù)來(lái)說(shuō),如何提高設(shè)備的空間利用率是個(gè)非常現(xiàn)實(shí)且棘手的問(wèn)題?,F(xiàn)代IT 服務(wù)器有小型化的趨勢(shì)如果物理基礎(chǔ)設(shè)施仍然保持原來(lái)的臃腫體積無(wú)疑將會(huì)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)效率的提高產(chǎn)生影響。用戶(hù)的zhongji希望是基礎(chǔ)物理設(shè)施占用的空間盡可能小,甚至不占用地板面積。然而對(duì)于列頭柜配電方案而言這很難做到。
2.3 靈活性問(wèn)題
對(duì)于市場(chǎng)瞬息萬(wàn)變的互聯(lián)網(wǎng)行業(yè),很多業(yè)務(wù)可能不到1年內(nèi)就爆發(fā),如果還是采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)模式,可能建好之后就已錯(cuò)過(guò)時(shí)機(jī),因此時(shí)間某種程度決定業(yè)務(wù)成敗,2~3年的數(shù)據(jù)建設(shè)周期是不能被接受的。用戶(hù)的長(zhǎng)期效益包括如何高效給服務(wù)器等設(shè)備供電和如何更快速地設(shè)計(jì)和建造數(shù)據(jù),兩者同樣重要。目前內(nèi)數(shù)據(jù)建設(shè)周期因系統(tǒng)的進(jìn)度及可用性要求的不同,實(shí)際建設(shè)的時(shí)間般要3~18個(gè)月不等
數(shù)據(jù)IT設(shè)備的革新基本每3~4年就要發(fā)生次,而對(duì)于個(gè)要維持15年甚至20年的數(shù)據(jù)而言,經(jīng)歷4~5次IT設(shè)備更替后總體成本是非常高的。而經(jīng)歷多次IT設(shè)備的更替升級(jí)換代,必然面臨個(gè)問(wèn)題:IT負(fù)載功率的不可預(yù)測(cè)性。5年前,臺(tái)普通的 IT 機(jī)柜容量大概是 2 kW 左右,而如今普遍增大到4kW以上,有些高密機(jī)柜容量甚至達(dá)到10kW以上。功率密度不斷增大是必然趨勢(shì),且這種趨勢(shì)無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)見(jiàn),隨之而來(lái)就帶來(lái)了兩個(gè)問(wèn)題:① 機(jī)房功率密度不均衡導(dǎo)致局部溫升過(guò)高;② 對(duì)機(jī)房配電方案提出了挑戰(zhàn)。目前來(lái)看,傳統(tǒng)列頭柜配電方案顯然還滿(mǎn)足不了功率密度靈活變化的需求
讓數(shù)據(jù)隨需而建的理念跟前面所提及的“邊成長(zhǎng)邊投資”有異曲同工之處。數(shù)據(jù)建設(shè)初期,往往預(yù)測(cè)不到未來(lái) 2~3年業(yè)務(wù)爆炸式的增長(zhǎng),tengxunwei信就是個(gè)很好的例子。這個(gè)社交軟件從發(fā)布之初,僅用了2年時(shí)間,用戶(hù)數(shù)量就突破了3億,隨之帶來(lái)的是海量的數(shù)據(jù),需要后臺(tái)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)來(lái)支撐業(yè)務(wù)的持續(xù)運(yùn)營(yíng)。要做到隨需而建,對(duì)數(shù)據(jù)物理基礎(chǔ)設(shè)施提出了很高的要求,如具備快速擴(kuò)展,標(biāo)準(zhǔn)化,模塊化的功能等。是否影響原系統(tǒng)的可靠可用性指標(biāo)?是否需要中斷現(xiàn)有業(yè)務(wù)?擴(kuò)容是否影響原有系統(tǒng)的兼容性等都是應(yīng)該考慮的問(wèn)題
另外,傳統(tǒng)列頭柜配電方案難以應(yīng)對(duì)未來(lái)的規(guī)模擴(kuò)容和變更需求,方案很難作進(jìn)步調(diào)整及化。因?yàn)椋孩?列頭柜到每個(gè)機(jī)柜的線纜長(zhǎng)度已經(jīng)裁剪成固定長(zhǎng)度,如果要進(jìn)行布局調(diào)整,線纜無(wú)法重新利用。② 線纜由于絕緣老化、使用壽命較短,通常機(jī)房改造都會(huì)將電纜遺棄。 ③ 利舊線纜時(shí)由于標(biāo)識(shí)丟失后無(wú)法準(zhǔn)確辨別線纜的對(duì)應(yīng)關(guān)系,給線纜重新布置和運(yùn)維帶來(lái)困難,易產(chǎn)生人為因素而導(dǎo)致的維護(hù)故障。因此在機(jī)房升級(jí)、擴(kuò)容時(shí),只能重新設(shè)計(jì)配電、布線方案,增設(shè)電纜橋架,占用體積空間較大,影響散熱
3 新型配電方案
3.1 母線槽配電方案
據(jù)筆者了解到,數(shù)據(jù)智能母線槽配電在歐美地區(qū)是非常流行且成熟的套方案 ,如 Google、 Facebook、 Microsoft 等科技企業(yè)在數(shù)據(jù)的建設(shè)過(guò)程中都傾向采用此方案。該方案在外的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟,在內(nèi)也有成功應(yīng)用案例,智能母線槽配電方案示意如圖 2 所示
圖 2 母線槽配電示意
目前,數(shù)據(jù)智能母線槽配電方案又細(xì)分為兩種類(lèi)型:軌道滑觸式母線槽配電方案和固定式母線槽配電方案兩者zui大區(qū)別在于軌道式母線槽內(nèi)置滑觸導(dǎo)軌,其插接箱可以直接在母線上滑動(dòng),以靈活適應(yīng)機(jī)柜的位置擺放需求。固定式母線槽配電方案,母線槽直身段標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)密集插接口,基本能滿(mǎn)足高密度多變化的機(jī)柜擺放需求。因此,這兩種方案在配電形式上孰孰劣也見(jiàn)仁見(jiàn)智,技術(shù)上更細(xì)的些差異筆者在這就不再贅述
3.2 方案要點(diǎn)
筆者以某實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)用智能母線槽配電解決方案為例,介紹探討母線槽配電方案的實(shí)現(xiàn)方法。 按照母線容量及重要性將機(jī)房中配電分為以下 3 類(lèi),機(jī)房各級(jí)配電示意如圖 3 所示:
圖 3 機(jī)房各級(jí)配電示意圖
a.主配電區(qū):采用高電流母線作為配 電載體為IT機(jī)房非關(guān)鍵負(fù)載配電,電流等級(jí)般介于 1600~ 3200A;
b.干線配電區(qū):對(duì)于大型數(shù)據(jù),從 UPS輸出柜到各個(gè)次級(jí)配電柜,采用高電流母線作為配電干線,電流等級(jí)般介于800~2000A;
c.終端配電區(qū):從UPS 輸出柜或次級(jí)配電柜到各個(gè)機(jī)柜,采用中電流母線配電,電流等級(jí)般介于100~800 A
智能母線槽配電方案可采用 2N 的雙母線配電架構(gòu), 每個(gè)機(jī)柜可分別由兩條獨(dú)立母線上的插接箱供電,從干線至終端 IT 設(shè)備則通過(guò)內(nèi)置于插接箱內(nèi)部的微型斷路器實(shí)現(xiàn)有效的全選擇性保護(hù),可增加電量測(cè)量、監(jiān)控功能,組成完善的電源管理系統(tǒng)。智能母線槽配電方案實(shí)景示意如圖 4 所示。
圖 4 母線槽配電示意圖
3.3 安裝方式
母線槽安裝方便快捷,無(wú)需特殊的工藝,自帶工業(yè)連接器的插接箱即插即用。對(duì)于地板下方安裝方案,般預(yù)留500mm左右高度,對(duì)于機(jī)柜上方安裝方案,預(yù)留1000 mm 左右高度空間即可滿(mǎn)足母線安裝要求。母線固定在安裝支架上,母線與數(shù)據(jù)電纜的距離亦無(wú)特殊要求,如圖5所示。
圖 5 母線槽安裝示意
3.4 能效管理系統(tǒng)
數(shù)據(jù)智能母線槽配電方案實(shí)現(xiàn)的功能不僅包含以母線槽干線為載體的配電環(huán)節(jié),還包括電能的動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理,并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警與控制功能。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流如圖 6 所示。
圖 6 數(shù)據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流程
通過(guò)在母線智能插接箱內(nèi)裝設(shè)斷路器實(shí)現(xiàn)保護(hù)。同時(shí)增加電能監(jiān)測(cè)元件,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流, 電壓,功率和電量,實(shí)時(shí)顯示每個(gè)機(jī)柜 PDU 的運(yùn)行狀態(tài),實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)柜的監(jiān)控和能效管理??蓪?shí)現(xiàn)故障報(bào)警,實(shí)時(shí)監(jiān)控電能質(zhì)量,包括負(fù)載系數(shù),諧波含量等。所有監(jiān)測(cè)參數(shù)將zui終匯集到PLC,通過(guò) PLC開(kāi)放通訊協(xié)議接口可與 BMS 無(wú)縫連接,通過(guò)BMS可實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)機(jī)房運(yùn)營(yíng)狀況,任何監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)故障,均可在系統(tǒng)顯示界面找到其對(duì)應(yīng)編號(hào),以便維護(hù)人員迅速作出響應(yīng),大大減少檢修工作量。
3.5 方案技術(shù)勢(shì)
a.智能母線槽配電方案降低了生命周期成本和空間占用率。該方案減少對(duì)風(fēng)道的占用,可降低 10% 以上冷卻能耗,與電纜相比,可降低20 %以上線路損耗。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電能,輔以高效UPS和空調(diào),可化 PUE 至 1.5 以?xún)?nèi),實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效。
b.從容應(yīng)對(duì)靈活擴(kuò)容、功率密度變化的需求。可隨機(jī)柜數(shù)量及位置的變化靈活地延伸母線的長(zhǎng)度或改變走向,母線插接箱可帶電熱插拔,即插即用。實(shí)時(shí)故障監(jiān)測(cè)降低系統(tǒng)維護(hù)和檢修工作量,安裝維護(hù)工時(shí)縮短半以上。方案各個(gè)功能單元均為模塊定制,組合配置靈活,可隨需擴(kuò)容、調(diào)相 (三相不衡時(shí))只需調(diào)整對(duì)應(yīng)的插接箱內(nèi)部接線,而無(wú)需對(duì)線路做任何調(diào)整。系統(tǒng)支持部件級(jí)在線熱插拔擴(kuò)展,真正實(shí)現(xiàn)“邊成長(zhǎng)邊投資”。
c.智能母線槽配電省略了配電列頭柜,并且不占用任何地面面積, 節(jié)省的地板空間可用于擺放 IT機(jī)柜,可降低機(jī)柜容積比,提升機(jī)房?jī)?nèi)部地面空間利用率。表 1 是內(nèi)外部分?jǐn)?shù)據(jù)的機(jī)房?jī)?nèi)部空間利用效率對(duì)比數(shù)據(jù)。
表 1 內(nèi)外部分?jǐn)?shù)據(jù)的機(jī)房?jī)?nèi)部空間利用效率對(duì)比
d.智能母線槽配電不需要敷設(shè)線纜橋架及搭接線纜,可自由選擇在地板下方或機(jī)柜上方走線。這種供電架構(gòu)清晰明朗,提高機(jī)房整潔度的同時(shí),還方便擴(kuò)充機(jī)柜和帶電檢修維護(hù),后續(xù)運(yùn)營(yíng)也非常簡(jiǎn)便。得益于簡(jiǎn)單靈活的配電架構(gòu),客戶(hù)可以根據(jù)機(jī)柜功率和用電可靠性的不同靈活調(diào)整插接箱配置以滿(mǎn)足不同設(shè)備的供電需求
e.數(shù)據(jù)內(nèi)部靈活配置按需模塊化建設(shè)。通過(guò)預(yù)先架設(shè)于機(jī)柜頂部或地板下方的母線槽, 再根據(jù)機(jī)柜的部署進(jìn)度按需安裝母線插接箱,沒(méi)有復(fù)雜的線纜采購(gòu)和施工,過(guò)程中也大大減少線纜及配電施工質(zhì)量問(wèn)題,把傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的機(jī)電工程安裝,變成了簡(jiǎn)單的工廠預(yù)制產(chǎn)品拼接,大大縮減了項(xiàng)目建設(shè)時(shí)間,模塊化數(shù)據(jù)搭建時(shí)間要比傳統(tǒng)工程化數(shù)據(jù)省半時(shí)間。
4安科瑞列頭柜介紹
傳輸設(shè)備用電源分配列頭柜(以下簡(jiǎn)稱(chēng)配電列頭柜)是專(zhuān)門(mén)為傳輸設(shè)備提供電力分配,綜合監(jiān)測(cè)并采集能源數(shù)據(jù)的列柜。
4.1執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
GB 4208-2008 外殼防護(hù)等級(jí)(IP代碼)
GB/T 3859.2-1993 半導(dǎo)體變流器 應(yīng)用導(dǎo)則
GB 7251.1-2013 低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分:總則
YD/T 282-2000 通信設(shè)備可靠性通用試驗(yàn)方法
YD/T 585-2010 通信用配電設(shè)備
YD/T 939-2014 傳輸設(shè)備用配電列柜
YD/T 944-2007 通信電源設(shè)備防雷的技術(shù)要求和測(cè)試方法
YD/T 1363(全部)-2005 通信局(站)電源、空調(diào)機(jī)環(huán)境集中監(jiān)控管理系統(tǒng)
4.2電氣原理
4.2柜體結(jié)構(gòu)
配電列柜的外形尺寸,取決于通信設(shè)備的外形尺寸和輸出容量大小,選外形尺寸見(jiàn)表1
4.3技術(shù)參數(shù)
產(chǎn)品分類(lèi)
A、按輸入電流類(lèi)型可分為交流和直流兩種。
B、按輸入路數(shù)可分為單路和雙路兩種。為確保傳輸?shù)模诉x獨(dú)立雙路。
容量
A、直流配電列柜
直流電壓標(biāo)稱(chēng)值為-48V、240V。
直流電流額定值包括:
輸入電流(A):63、80、100、200、250、300、350、400、500、630、800、1000;
分路電流(A):6、10、16、20、25、32、40、50、63、80、100、125。
B、交流配電列柜
交流電壓標(biāo)稱(chēng)值包括:
b)三相五線制:380V。
交流電流額定值包括:
a)輸入電流(A):63、80、100、125、160、200、250、300、400、500、630;
b)分路電流(A):6、10、16、20、25、32、40、50、63。
頻率額定值為50Hz。
5安科瑞數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)儀表
5.1產(chǎn)品規(guī)格
說(shuō)明:■為標(biāo)配功能。
5.2配套附件
6安科瑞母線槽監(jiān)測(cè)模塊
7 結(jié)語(yǔ)
伴隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨,海量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生,數(shù)據(jù)的規(guī)模會(huì)越來(lái)越大,中型和大型的數(shù)據(jù)市場(chǎng)未來(lái)會(huì)有非常大的增長(zhǎng)。面積更大、密度更高、等級(jí)更高的數(shù)據(jù)會(huì)不斷涌現(xiàn),對(duì)配電系統(tǒng)的要求也會(huì)越來(lái)越高,除了滿(mǎn)足基本供電外,還要求對(duì)機(jī)房運(yùn)營(yíng)狀況包括能耗,預(yù)警,潛在風(fēng)險(xiǎn)分析等有更高級(jí)別的把握。傳統(tǒng)配電方案在滿(mǎn)足不斷變化的客戶(hù)需求的過(guò)程中顯得有點(diǎn)力不從心,數(shù)據(jù)末端配電需要種更高可用性、更高性和靈活的配電架構(gòu)。
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【2】劉智山.朱佳喜.張琪.數(shù)據(jù)機(jī)房機(jī)柜配電新模式探討【J】
【3】安科瑞數(shù)據(jù)IDC配電監(jiān)控解決方案.2020.03版
作者簡(jiǎn)介:
劉細(xì)鳳,女,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要從事數(shù)據(jù)智能小母線監(jiān)控的研發(fā)及應(yīng)用。