机架配电母线在数据中心的应用
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摘要：机架配电母线—正在数据中心主机房内逐步推广。本文先分析配电母线槽创新点和优势，然后结合湛江数据中心302机房母线槽建设对配电母线槽和列头柜两种供电方式进行经济效益对比，最后总结推广应用建议，以期为相关工程技术人员提供参考。
关键词：机架配电母线；列头柜；数据中心
1引言
随着通信网络的快速发展，各地数据中心的建设变得越来越重要，供电优先与客户需求滞后的矛盾越来越突出。在数据中心建设之初，无法预测后期客户的确切电源要求和安装要求。数据中心完成后，频繁的客户更改也将改变电源要求和安装要求。列头柜供电方式已经无法适应数据中心的近远期建设需求，而机架配电母线的供电方式在解决客户需求变化的问题上具有很高的灵活性。
2机架配电母线技术原理及优势
2.1技术原理
虽然机架配电母线对于数据中心来说还是一个较新的概念，但是机架母线供电的概念已经在传统的电力行业中使用数十年了。它提供了一种为新机器增加动力的简便方法，母线配电的方式最近才开始在数据中心中流行起来。这个想法最初是由通用电气公司在20世纪90年代后期引入数据中心市场的。当时，通用汽车推出了一种名为Starline的铁路式母线槽系统。在过去十年中，这些产品一直在市场上脱颖而出，但市场开始慢慢接受这种数据中心的机架配电母线系统。
由于其优越的性能，母线电源系统在各种电源系统中的使用越来越广泛。相对于电缆供电而言，机架配电母线系统供电具有集肤效应小、载流量大、安装快捷简单，而且母线槽散热性能比电缆更为优良，其安全性，线路可扩展性和线路可维护性是电缆无法比拟的。同时，采用母线槽系统供电还能合并分支回路，优化电气系统，从而节约了工程造价。轨道型母线槽系统以其简练的电气布局，即插即用的供电方式将母线槽供电系统的优势发挥得淋漓尽致。
数据中心的机房中，交流UPS供电系统供电场景时，通常在电力机房内设置UPS 双总线供电系统（2N 或3N 方式），在主机房内为每列机架配置2 个列头柜，为该列每个机架内的2 个PDU设备配电。机架配电母线的供电方案是：利用“始端箱+母线槽+插接箱”，代替“列头柜+电缆”，为设备机柜供电，机架配电母线系统（含2 个始端箱、2 根母线槽及相应数量的插接箱），分别对该列通信机架内的2 个PDU 设备配电。
在数据中心的机房中，使用UPS供电场景时，通常在主机房内设置UPS 双总线，并在主机房中的每列机架配置两个列头柜，以将电源分配给列中每个机架中的两个PDU设备。而机架配电母线的供电场景时，则使用“始端箱+母线槽+插接箱”代替“列头柜+电缆”，为设备机柜供电，机架配电母线系统（包含2根母线槽、2个始端箱及相应数量的插接箱），分别对该列通信机架内的2个 PDU设备配电。
列头柜配电模式时，交流UPS 输出配电屏至列头柜、列头柜至机架均使用电缆沿电力走线架进行连接；而机架配电母线模式时，UPS 输出配电屏到始端箱使用电缆连接，沿数据机房电力走线架敷设，插接箱到通信设备PDU和始端箱到插接箱使用母线槽供电使用电缆连接。
备注：机架配电母线重要单元
（1）母线干线单元
母线干线系统的一个单元，它由母线、母线支撑件和绝缘件、外壳、某些固定件及与其他单元连接的连接件组成。
（2）始端箱
母线干线单元的進线装置，内有断路器。该装置进线端采用电力电缆与上级低压配电设备连接，出线端与母线干线单元固定连接。
（3）端接箱（分接单元）
母线干线单元的馈出装置，内有断路器。该装置进线端与母线干线单元采用插接方式连接，出线端采用航空插头及电缆与机柜内PDU连接。
（4）母线干线弯头单元
导体和外壳设计成安装时可以转换方向的一种母线干线单元。弯头包括L形弯头、T形弯头、Z形弯头和十字形弯头。
2.2技术优势
机架配电母线机架配电母线具备以下技术特征：节省列头柜占地，提高装机率；便于调整分路及容量，柔性配电，避免容量浪费；安装便捷，母线槽整体吊挂，较敷设电缆显著节省人工；即插即用插接箱，灵活满足用户需求变化。
3机架配电母线建设方案
本次数据中心机架母线在广东移动湛江数据中心进行试点应用，试点应用机房位于3楼302机房，机房5列设备共60架4.4kW数据中心机柜。
机房内每列机柜上方设立两条机架配电母线，每台机柜分别从对应的两条母线取电实现双路供电。
机房内每列机柜上方设立两条机架配电母线，每台机柜分别从对应的两条母线取电实现双路供电。5列机柜配置10根250A母线槽，即每列机柜配置2根母线槽（1主1备）。
母线槽始端箱容量380V/250A，母线槽插接箱容量为63A*3路，每个插接箱对应三个机柜，并配置3个工业连接器。
母线槽靠近机柜后门处安装，母线槽底部距离机柜顶部约80CM，背靠背安装，接插箱采用滑轨式安装，即插即用，便于维护。
各始端箱和各接插箱上配置电量采集装置，可监控电量、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、三相电压、三相电流、频率，电压电流谐波百分比、负载百分比等电量参数。始端箱和接插箱监控单元带LCD显示屏可直接显示回路基本参数。
主控箱和各始端箱、接插箱采用Modbus通讯连接，可对始端箱和接插箱所采集的电参数信息进行集中显示和处理，并将所有监控数据上传至动环平台。
4经济效益分析
主要从建设成本上对“始端箱+母线槽+终端箱”和“列头柜+电缆”两种供电方式做出经济评估对比分析。
1、列头柜+电缆，建设成本为15.4万元（其中列头柜5台13.1万，电力电缆132米1.5万，走线架及安装费0.8万元）。
2、始端箱+母线槽+终端箱，建设成本为31.7万元（其中端接箱60台16.1万，母线槽73米共5.6万，主控箱5台4.1万，始端箱10台5.9万）。
3、以湛江数据中心302机房建设成本来对比：以302机房5列设备共60个机架为例，列头柜的建设方式由于有占地面积，需计算基建建设成本16.5万，列头柜配套投资为31.9万，而机架配电母线的投资为31.7万。
我们可以从建设成本对比看出两者相差不大，机架配电母线并不增加建设成本，但是数据中心302机房能腾出五个位置新建机柜，按照一个机柜租金为5000元/月，数据中心302机房一年可增加30万的租金收入。如果湛江数据中心一期全部机房都以机架配电母线代替列头柜的方式，预计可多建100个机柜，每年可增加超过600万的收入，经济效益是非常可观的。
5结束语
本文机架配电母线在湛江数据中心302机房的建设试用，可使我们对其产品性能和使用特点有更深入的了解，通过对工程实际使用性能和经济技术指标分析，验证机架配电母线供电方式在数据中心使用的可行性和必要性。相信随着机架配电母线大面积推广，数据中心能节省更多机房空间来增加装机量，增加公司的市场运营收入。
参考文献
[1]孙丽玫、王改红、姜宇光、赵黎明 《数据中心主机房柔性母线布局规划》 电信科学 2018年
[2] 豆丁网 《母线槽系统安装手册》互联网文档资源（http：//www.docin.com）
[3] 广东移动 《数据中心机架母线技术规范书》2017年05月
[4]丁学英 《企业数据中心建设探讨》 电力信息化 2007年09期
[5]黄锴 《数据中心规划设计的最佳实践》智能建筑 2008年09期
[6]郭维真 《探讨数据中心的建设技巧》智能建筑 2008年09期
[7]谢斌鑫 《太阳照进数据中心》信息方略 2008年05期
（作者单位：中国移动通信集团广东有限公司湛江分公司）
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