中心機房精密配電解決方案

王蘭

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：隨著各行業信息化的建設，數據中心機房機柜電功率的預設定問題，并且介紹了如何通過精密配電產品去控制機柜的電流以及精密配電產品的功能和具體應用要點。

關鍵詞：機柜電功率的預設定；精密配電；分支回路；熱插拔；零地電壓

0引言

新一代數據中心對供電系統的可靠性及可管理性要求越來越高。IT用戶需要對信息設

備的供電系統進行更可靠與更靈活的配電、更精細化的管理、更準確的成本消耗等。

UPS配電系統作為新一代數據中心機房UPS配電系統結構圖。

從圖1看到，在UPS輸出和負載機柜之間，可以設置傳統的電源列頭柜（指放在一列機柜頭部用于配電的機柜，俗稱列頭柜），為后面的負載機柜進行供電，也可以設置精密配電柜。精密配電柜不但完成傳統的電源列頭柜的配電功能，同時還可以具有許多強大的監控管理功能，使得數據中心的管理者隨時可以了解負載機柜的加載情況、各配電分支回路的狀態、各種參數以及不同機群的電量消耗等。

圖1UPS配電系統

1機柜電功率的預設定問題

從數據中心機房電源、空調設計的出發點。為此，電信規范專門給出表格（見表1），根據不同的機房，對機柜的電功率進行預先設定，從而再去確定UPS和空調系統的容量。

表1機柜電功率預設定

從表1可以看出，不同的機柜電功率對應不同的機柜電流值，要設定的機柜電功率實際上也就是控制單機柜的電流。在沒有采用精密配電柜的場合，有些用戶在負載機柜上加電流表來控制單機柜的電流，這樣的控制方式很直觀，現場就可以讀出電流值，如圖2所示。

圖2單機柜電流表

但是這樣控制機柜電流的方式有許多解決不了的問題。目前數據中心機房內的負載基本上都是雙電源負載，而采用機柜內安裝兩個電流表的方式，電流的控制需要將讀數進行現場相加，這樣做很不方便，且幾乎不太可能實現，因為負載隨應用是不斷變化的。另外一個問題就是負載機柜的電功率即使超出預先的設定值，系統也沒有辦法進行報警。并且，這樣的控制方式沒有辦法納入到機房監控系統中。

從以上的介紹中，可以看到傳統配電遇到了挑戰，它沒有辦法解決數據中心電氣系統設計的思路，給配電系統賦予更強大的管理和監控功能，這時精密配電產品應運而生，艾默生服務器電源管理系統SPM（ServerPowerManagement）可以滿足這一需求。圖3是精密配電產品的兩種典型的系統圖，分為單母線系統和雙母線系統兩種類型。

從圖3可以看出，精密配電柜的一個分支回路或是兩個分支回路對應一個機柜。精密配電柜可以監測每一個分支回路的額定電流、實際電流以及電流百分比，具體見精密配電柜的液晶監控顯示，如圖4所示。同時精密配電柜具有支路負載兩段的閾值報警功能，比如說單機柜功率按照4kVA進行預設定，對應的單機柜*大電流為18A，這時可以選擇25A的分支開關，當負載電流達到分支開關的60％時，系統報警；當負載電流達到分支開關的80％時，系統還可以進行報警，而且60％和80％的閾值點可以通過液晶監控屏幕進行修改（見圖5）。

圖3兩類母線系統

圖4監視的電流讀數

圖5過載報警

通過以上介紹，知道精密配電產品可以很好地解決機房機柜電功率預設定的問題，而且通過后臺的機房監控系統，可以將任意的兩個支路電流進行疊加，從而避免了機柜上安裝兩個電流表的弊病。

2精密配電柜的強大功能

1. 安全管理功能

全面的電源管理功能，將配電系統納入機房監控系統，監測內容豐富。對配電母線可以監測三相輸入電壓、電流、頻率、總功率、有功功率、功率因數、諧波百分比、負載百分比等。同時還可以監測所有回路（包括每一個輸出支路）斷路器電流、開關狀態、運行負載率等，使用戶對機房配電系統運行狀況一目了然，也便于用戶及早發現安全隱患，有效回避風險。

（2）運營成本管理功能

精密配電產品實時偵測每一服務器機架的運營成本，精確計算及測量每一服務器機柜、每一路開關的用電功率和用電量。通過后臺監控系統可以分月度、季度、年度進行報表統計。

（3）記錄及報警功能

精密配電產品支持歷史記錄功能，支持豐富的報警功能，包括主路的過壓、欠壓、缺相、掉電、過流、超高閾值、超低閾值、開關斷開，以及系統的報警等。

（4）輕松納入機房監控系統

精密配電產品提供RS232/485或SNMP多種智能接口通信方式，可以納入到機房監控系統中，其所有信息通過一個接口上傳，系統更加可靠，節省監控投資。液晶監控面板可以保存1000條報警信息，每個報警都有開始和結束的時間，便于故障分析。其報警類型和顯示形式如圖6和表2所示。

圖6報警類型表2報警類型

3精密配電柜的選擇與使用

隨著IT用戶對配電可管理性的要求越來越高，精密配電產品應用的場合越來越多。其規格一般有20kVA、40kVA、60kVA、80kVA、100kVA、120kVA等六種規格。精密配電產品根據不同的場地需求，可選用單母線系統或者雙母線系統。其支路斷路器可以選擇固定式斷路器，也可以選擇熱插拔可調相斷路器。支路斷路器容量有16A、25A、32A、63A，單極或三極可選。當分支回路選擇熱插拔可調相斷路器時，系統不斷電即可進行檢修、擴容，同時不用改變后端的電纜接線就可進行三相負載的調平衡，非常靈活方便。通過圖7看到，只需要將開關拔下，重新調整開關后端的撥動開關到相應的位置，再重新將開關安裝到導軌上，就可

以很方便地調整機房的三相負載平衡。

為了解決機房的零地電壓問題，精密配電產品還可以內置隔離變壓器。在目前的機房工程投標中，招標方甚至會提出“零地電壓小于1V或小于2V"的指標。降低零地電壓有很多措施，這些措施都可以不同程度的降低零地電壓，但在工程實踐中，都不敢保證目前有些用戶提出的“保障IT設備的輸入零地電壓差小于2V"的要求。如果要達到上面的要求，*可靠的措施就是在IT負載前端加隔離變壓器，并將隔離后的中性線接地（見圖8、圖9）。如果采用精密配電柜做電源列頭柜，可以使IT負載輸入端零地電壓降低到小于0.5V的水平，從而*有效地保證了IT負載的良好供電環境。

圖7熱插拔開關圖8隔離變壓器

圖9隔離變壓器系統圖

4安科瑞AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理系統

4.1平臺組成

安科瑞電氣緊跟數據中心能效、資源利用率和可用性，提高運維效率并降低運維成本。

AcrelEMS數據中心的能源管理提供各方位的監測和控制，主要分為電力監控、動環監控、能耗統計分析（能源管理）、蓄電池監控、精密配電監控、智能母線監控、智能照明、消防相關的子系統。

4.2平臺拓撲圖

4.3精密配電管理系統解決方案

系統可以展示精密配電柜內進線和饋線回路電氣參數，包括電流電壓功率電能以及開關狀態，并可以對數據進行報警設置和分級，數據取自精密配電柜測量模塊。

5產品選型

6小結

UPS配電系統作為新一代數據中心電氣設計及應用的重要發展方向。

7參考文獻

[1]朱利偉.數據中心機房精密配電解決方案

[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5版