機架配電母線在數據中心的應用

趙森

摘要：機架配電母線—正在數據中心主機房內逐步推廣。本文先分析配電母線槽創新點和優勢，然后結合湛江數據中心302機房母線槽建設對配電母線槽和列頭柜兩種供電方式進行經濟效益對比，最后總結推廣應用建議，以期為相關工程技術人員提供參考。

關鍵詞：機架配電母線;列頭柜;數據中心

1.引言

隨著通信網絡的快速發展，各地數據中心的建設變得越來越重要，供電優先與客戶需求滯后的矛盾越來越突出。在數據中心建設之初，無法預測后期客戶的確切電源要求和安裝要求。數據中心完成后，頻繁的客戶更改也將改變電源要求和安裝要求。列頭柜供電方式已經無法適應數據中心的近遠期建設需求，而機架配電母線的供電方式在解決客戶需求變化的問題上具有很高的靈活性。

2.機架配電母線技術原理及優勢

2.1技術原理

雖然機架配電母線對于數據中心來說還是一個較新的概念，但是機架母線供電的概念已經在傳統的電力行業中使用數十年了。它提供了一種為新機器增加動力的簡便方法，母線配電的方式最近才開始在數據中心中流行起來。這個想法最初是由通用電氣公司在20世紀90年代后期引入數據中心市場的。當時，通用汽車推出了一種名為Starline的鐵路式母線槽系統。在過去十年中，這些產品一直在市場上脫穎而出，但市場開始慢慢接受這種數據中心的機架配電母線系統。

由于其優越的性能，母線電源系統在各種電源系統中的使用越來越廣泛。相對于電纜供電而言，機架配電母線系統供電具有集膚效應小、載流量大、安裝快捷簡單，而且母線槽散熱性能比電纜更為優良，其安全性，線路可擴展性和線路可維護性是電纜無法比擬的。同時，采用母線槽系統供電還能合并分支回路，優化電氣系統，從而節約了工程造價。軌道型母線槽系統以其簡練的電氣布局，即插即用的供電方式將母線槽供電系統的優勢發揮得淋漓盡致。

數據中心的機房中，交流UPS供電系統供電場景時，通常在電力機房內設置UPS 雙總線供電系統（2N 或3N 方式），在主機房內為每列機架配置2 個列頭柜，為該列每個機架內的2 個PDU設備配電。機架配電母線的供電方案是：利用“始端箱+母線槽+插接箱”，代替“列頭柜+電纜”，為設備機柜供電，機架配電母線系統（含2 個始端箱、2 根母線槽及相應數量的插接箱），分別對該列通信機架內的2 個PDU 設備配電。

在數據中心的機房中，使用UPS供電場景時，通常在主機房內設置UPS 雙總線，并在主機房中的每列機架配置兩個列頭柜，以將電源分配給列中每個機架中的兩個PDU設備。而機架配電母線的供電場景時，則使用“始端箱+母線槽+插接箱”代替“列頭柜+電纜”，為設備機柜供電，機架配電母線系統（包含2根母線槽、2個始端箱及相應數量的插接箱），分別對該列通信機架內的2個 PDU設備配電。

列頭柜配電模式時，交流UPS 輸出配電屏至列頭柜、列頭柜至機架均使用電纜沿電力走線架進行連接;而機架配電母線模式時，UPS 輸出配電屏到始端箱使用電纜連接，沿數據機房電力走線架敷設，插接箱到通信設備PDU和始端箱到插接箱使用母線槽供電使用電纜連接。

備注：機架配電母線重要單元

（1）母線干線單元

母線干線系統的一個單元，它由母線、母線支撐件和絕緣件、外殼、某些固定件及與其他單元連接的連接件組成。

（2）始端箱

母線干線單元的進線裝置，內有斷路器。該裝置進線端采用電力電纜與上級低壓配電設備連接，出線端與母線干線單元固定連接。

（3）端接箱（分接單元）

母線干線單元的饋出裝置，內有斷路器。該裝置進線端與母線干線單元采用插接方式連接，出線端采用航空插頭及電纜與機柜內PDU連接。

（4）母線干線彎頭單元

導體和外殼設計成安裝時可以轉換方向的一種母線干線單元。彎頭包括L形彎頭、T形彎頭、Z形彎頭和十字形彎頭。

2.2技術優勢

機架配電母線機架配電母線具備以下技術特征：節省列頭柜占地，提高裝機率;便于調整分路及容量，柔性配電，避免容量浪費;安裝便捷，母線槽整體吊掛，較敷設電纜顯著節省人工;即插即用插接箱，靈活滿足用戶需求變化。

3.機架配電母線建設方案

本次數據中心機架母線在廣東移動湛江數據中心進行試點應用，試點應用機房位于3樓302機房，機房5列設備共60架4.4kW數據中心機柜。

機房內每列機柜上方設立兩條機架配電母線，每臺機柜分別從對應的兩條母線取電實現雙路供電。

機房內每列機柜上方設立兩條機架配電母線，每臺機柜分別從對應的兩條母線取電實現雙路供電。5列機柜配置10根250A母線槽，即每列機柜配置2根母線槽（1主1備）。

母線槽始端箱容量380V/250A，母線槽插接箱容量為63A*3路，每個插接箱對應三個機柜，并配置3個工業連接器。

母線槽靠近機柜后門處安裝，母線槽底部距離機柜頂部約80CM，背靠背安裝，接插箱采用滑軌式安裝，即插即用，便于維護。

各始端箱和各接插箱上配置電量采集裝置，可監控電量、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、三相電壓、三相電流、頻率，電壓電流諧波百分比、負載百分比等電量參數。始端箱和接插箱監控單元帶LCD顯示屏可直接顯示回路基本參數。

主控箱和各始端箱、接插箱采用Modbus通訊連接，可對始端箱和接插箱所采集的電參數信息進行集中顯示和處理，并將所有監控數據上傳至動環平臺。

4.經濟效益分析

主要從建設成本上對“始端箱+母線槽+終端箱”和“列頭柜+電纜”兩種供電方式做出經濟評估對比分析。

1、列頭柜+電纜，建設成本為15.4萬元（其中列頭柜5臺13.1萬，電力電纜132米1.5萬，走線架及安裝費0.8萬元）。

2、始端箱+母線槽+終端箱，建設成本為31.7萬元（其中端接箱60臺16.1萬，母線槽73米共5.6萬，主控箱5臺4.1萬，始端箱10臺5.9萬）。

3、以湛江數據中心302機房建設成本來對比：以302機房5列設備共60個機架為例，列頭柜的建設方式由于有占地面積，需計算基建建設成本16.5萬，列頭柜配套投資為31.9萬，而機架配電母線的投資為31.7萬。

我們可以從建設成本對比看出兩者相差不大，機架配電母線并不增加建設成本，但是數據中心302機房能騰出五個位置新建機柜，按照一個機柜租金為5000元/月，數據中心302機房一年可增加30萬的租金收入。如果湛江數據中心一期全部機房都以機架配電母線代替列頭柜的方式，預計可多建100個機柜，每年可增加超過600萬的收入，經濟效益是非常可觀的。

5.結束語

本文機架配電母線在湛江數據中心302機房的建設試用，可使我們對其產品性能和使用特點有更深入的了解，通過對工程實際使用性能和經濟技術指標分析，驗證機架配電母線供電方式在數據中心使用的可行性和必要性。相信隨著機架配電母線大面積推廣，數據中心能節省更多機房空間來增加裝機量，增加公司的市場運營收入。

參考文獻：

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[4] 丁學英 《企業數據中心建設探討》 電力信息化 2007年09期

[5] 黃鍇 《數據中心規劃設計的最佳實踐》智能建筑 2008年09期

[6] 郭維真 《探討數據中心的建設技巧》智能建筑 2008年09期

[7] 謝斌鑫 《太陽照進數據中心》信息方略 2008年05期

（作者單位：中國移動通信集團廣東有限公司湛江分公司 ?廣東湛江）