安科瑞數(shù)據(jù)中心末端配電的數(shù)字化方案及設(shè)備選型

技術(shù)支持-張浩彬

摘要：數(shù)據(jù)中心最主要的目標(biāo)之一是確保業(yè)務(wù)連續(xù)性。數(shù)據(jù)中心的供電上從高壓電源入口到末端配電采用了很多高可靠性的設(shè)計(jì)，比如多路獨(dú)立高壓市電電源、大容量中壓柴油發(fā)電機(jī)組，UPS的冗余配置等等，這往往意味著高昂的成本，都是為了提高供配電系統(tǒng)容錯(cuò)能力。配電柜(也稱列頭柜)或母線槽承擔(dān)為數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等IT設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的電源的末端配電環(huán)節(jié)，其運(yùn)行穩(wěn)定性也尤為重要。在這個(gè)環(huán)節(jié)，幾乎所有的數(shù)據(jù)中心都面臨著一些共性的挑戰(zhàn)，包括電源容量管理和配置、數(shù)據(jù)中心能源管理、環(huán)境管理、安全管理、計(jì)算能力需求擴(kuò)張、資產(chǎn)和變更管理等等，本文通過(guò)數(shù)據(jù)中心末端配電的數(shù)字化解決方案，配合數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)來(lái)探討如何應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

1數(shù)據(jù)中心末端配電面臨的挑戰(zhàn)

電源容量管理和配置：許多數(shù)據(jù)中心缺乏有計(jì)劃的增長(zhǎng)擴(kuò)容，工程師經(jīng)常將新設(shè)備接入看似可用的回路，而對(duì)回路可用的負(fù)荷容量知之甚少。這可能會(huì)導(dǎo)致回路過(guò)負(fù)荷保險(xiǎn)絲熔斷并導(dǎo)致停機(jī)并導(dǎo)致很大的經(jīng)濟(jì)損失，服務(wù)中斷的損失是以秒來(lái)計(jì)算的。

能源管理：數(shù)據(jù)中心最主要的能效指標(biāo)PUE的計(jì)算涉及到所有IT設(shè)備的耗能，而IT設(shè)備的耗能計(jì)量都集中在末端配電，所以在末端需要具備能源計(jì)量和管理。

環(huán)境管理：雖然IT設(shè)備耗能占能源成本的50%以上，但另有36%用于冷卻和循環(huán)空氣。數(shù)據(jù)中心通常會(huì)將機(jī)房溫度調(diào)到過(guò)冷以防止設(shè)備故障，但將機(jī)房溫度升高1攝氏度，最多可節(jié)省高達(dá)7%的冷卻耗能成本，所以需要在溫度控制和能耗之間找到平衡點(diǎn)。

安全管理：不管供配電前端在可靠性上做了多少冗余，如果忽視了末端的配電安全管理都是無(wú)用功，對(duì)末端的電源插接點(diǎn)接觸以及溫升情況也需要關(guān)注。 計(jì)算能力需求：在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，一個(gè)不變的趨勢(shì)是對(duì)更多計(jì)算能力的需求，這種快速擴(kuò)張將導(dǎo)致數(shù)據(jù)中對(duì)的電力需求越來(lái)越大。

資產(chǎn)和變更管理：對(duì)于正在擴(kuò)展的數(shù)據(jù)中心，手動(dòng)跟蹤資產(chǎn)可能很繁瑣且成本很高。研究指出，庫(kù)存收集、庫(kù)存核對(duì)、查找錯(cuò)放資產(chǎn)、手動(dòng)存儲(chǔ)庫(kù)更新和更換錯(cuò)放資產(chǎn)的過(guò)程每年花費(fèi)的人力和資金成本巨大。

2數(shù)據(jù)中心末端配電的數(shù)字化方案

需要解決這些挑戰(zhàn)，提高業(yè)務(wù)連續(xù)性、控制運(yùn)營(yíng)成本并滿足新的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，數(shù)據(jù)中心將需要對(duì)末端配電環(huán)節(jié)有監(jiān)測(cè)和管理。智能化的配電柜和智慧小母線系統(tǒng)可以提供解決方案。接下來(lái)將討論如何為數(shù)據(jù)中心選擇合適的末端配電數(shù)字化解決方案，創(chuàng)建可靠且環(huán)保的數(shù)據(jù)中心。

2.1 配電柜數(shù)字化方案

配電柜是為數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備機(jī)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(lái)自兩臺(tái)冗余的UPS，分為交流和直流供電，一般放置在機(jī)柜陣列的兩端，也稱列頭柜，如圖1所示。

安科瑞配電監(jiān)控解決方案針對(duì)配電柜監(jiān)控?cái)?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(jī)模塊、開(kāi)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(cè)兩路主進(jìn)線和A+B雙面饋線回路電量參數(shù)、開(kāi)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(shí)可以上傳AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)顯示和報(bào)警。產(chǎn)品方案見(jiàn)表1。

表1 安科瑞配電柜數(shù)字化方案產(chǎn)品選型

2.2 母線槽數(shù)字化方案

近年來(lái)，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(yùn)用越來(lái)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(shì)。母線槽通過(guò)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(guò)插接箱給各個(gè)IT機(jī)柜內(nèi)的PDU供電。

圖2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(cè)單元，測(cè)量始端箱、插接箱電壓、電流、頻率、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、有功電能、無(wú)功電能、諧波畸變、溫濕度、漏電電流等數(shù)據(jù)，可以通過(guò)有線或無(wú)線方式傳輸數(shù)據(jù)，在本地觸摸屏顯示，同時(shí)可以上傳數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)，實(shí)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(huì)由于接觸不良而異常發(fā)熱，所以需要對(duì)母線槽接頭溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，安科瑞AMB200母線接頭溫度監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行接觸式測(cè)溫，AMB300通過(guò)紅外非接觸式測(cè)溫方式監(jiān)測(cè)母線溫度，數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線方式傳輸本地觸摸屏顯示，同時(shí)可以上傳數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)母線槽溫度的實(shí)時(shí)預(yù)警，設(shè)備選型如表2所示。

表2智能母線槽解決方案選型表

3AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)

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(jī)、UPS的實(shí)時(shí)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(dòng)環(huán)監(jiān)測(cè)，幫助數(shù)據(jù)中心管理者了解數(shù)據(jù)中心能源運(yùn)行情況，并關(guān)注消防和電氣安全，及時(shí)預(yù)警異常情況，保障數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定可靠運(yùn)行。除了變電站、柴油發(fā)電機(jī)和UPS運(yùn)行監(jiān)控以外，特別是針對(duì)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(gè)回路的電氣參數(shù)和開(kāi)關(guān)狀態(tài)、溫濕度數(shù)據(jù)等。

3.1 電源容量管理和配置

系統(tǒng)監(jiān)測(cè)每路饋線回路的電流、功率、開(kāi)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(cè)線路接點(diǎn)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(fù)荷運(yùn)行而導(dǎo)致意外斷電。

3.2 能源管理

數(shù)據(jù)中心最主要的能效指標(biāo)PUE的計(jì)算涉及到所有IT設(shè)備的耗能，系統(tǒng)從高壓到末端采集數(shù)據(jù)中心用電量，并按照IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)(冷凍水機(jī)組、空調(diào)末端、新風(fēng)等)、供電系統(tǒng)(變壓器、UPS、發(fā)電機(jī)、開(kāi)關(guān))、照明及辦公用能進(jìn)行分類，計(jì)算數(shù)據(jù)中心PUE值、制冷負(fù)載系數(shù)CLF、供電負(fù)載系數(shù)PLF等，為數(shù)據(jù)中心能效診斷提供數(shù)據(jù)支持。

3.3 環(huán)境管理

系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心不同溫度數(shù)據(jù)下計(jì)算數(shù)據(jù)中心PUE和CLF值的變化，來(lái)協(xié)助管理者尋找運(yùn)行溫度，在溫度控制和能耗之間找到平衡點(diǎn)。同時(shí)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心溫濕度、浸水、煙霧等影響數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行的因素，并及時(shí)提供預(yù)警。

3.4 安全管理

系統(tǒng)監(jiān)測(cè)配電柜或母線槽系統(tǒng)電氣接點(diǎn)溫度以及漏電電流，并設(shè)置溫度、漏電越限告警，及時(shí)消除系統(tǒng)隱患。同時(shí)針對(duì)數(shù)據(jù)中心大量的UPS蓄電池內(nèi)阻、溫度、可燃?xì)怏w含量也進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警，保障數(shù)據(jù)中心運(yùn)行安全。

3.5 資產(chǎn)和變更管理

系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心提供設(shè)備管理和運(yùn)維管理功能，包括設(shè)備臺(tái)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(shí)間成本。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著對(duì)算力的需求增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心也將加速發(fā)展。為了保障數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定可靠運(yùn)行，除了在電源和前端變配電系統(tǒng)上下功夫外，數(shù)據(jù)中心的末端配電系統(tǒng)數(shù)字化管理更為重要。安科瑞AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)配合安科瑞配電柜系統(tǒng)、智能母線槽系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心的末端配電提供負(fù)荷監(jiān)測(cè)、能效管理、安全預(yù)警和設(shè)備運(yùn)維管理，為數(shù)據(jù)中心連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行提供保駕護(hù)航。

審核編輯黃宇