從 “集中分配” 到 “就近供電”：智能小母線與列頭柜配電模式的核心差異

安科瑞 宣依依

　　摘要：對比了傳統列頭柜和智能小母線配電模式的優缺點，并結合典型數據中心機房案例，定量分析了兩種模式下可安裝機架數量、建設成本及經濟效益等，得出了有益的結論。

　　關鍵詞：IDC基礎設施 智能小母線 列頭柜模塊化 UPS

　　1背景及意義

　　中共*央3月4日召開會議，研究當前疫情防控和穩定經濟社會運行*點工作，該會議將數據中心提升到“新基建"的戰略基礎設施層面，將為數據*心行業的快速發展注入了強大動力。數據*心是ICT技術的核心載體，現代數據*心正朝著大型化、高密度、綠色環保、模塊化方向發展；隨著IT技術的發展，出租機房等商業模式的興起，機房建設之初機柜密度不確定性大為增加，對機房內末端供配電系統在經濟性、持續性、靈活性、可靠性上提出了新的挑戰。列頭柜加電纜的傳統末端配電方式因其局限性而難以適應當今技術的發展。使用1000A以下的智能小母線來替代列頭柜及電纜的配電方式，成為解決數據*心內機房供配電發展的一種新方式。

　　本文對比了傳統列頭柜方式和智能小母線方式的優缺點，并結合典型數據*心機房案例，定量分析了兩種模式下可安裝機架數量、建設成本及經濟效益等，得出了有益的結論。

　　2兩種配電模式介紹

　　2.1傳統列頭柜配電

　　列頭柜形式的配電系統是典型的放射式供配電系統,總配電柜直接供電給列頭柜和負載，如圖1所示。

圖1傳統列頭柜配電方案

　　列頭柜模式的主要優點是各負荷獨立受電,一旦發生故障只局限于本身而不影響其他回路,充分滿足現行規范對重要用電負荷的技術要求。缺點是線路較多、金屬導體消耗量大、施工復雜；系統靈活性差:變更能力較差、分期實施困難、不可重復利用系統靈活性差。另外,在列頭柜形式的供配電系統中,列頭柜占用了寶貴的機房空間資源。

　　2.2智能小母線配電

　　智能小母線配電系統是典型的樹干式供配電系統,總配電柜至各機柜之間采用一條干線連接的配電方式,中間不需要配置列頭柜，如圖2所示。

圖2智能小母線配電方案

　　（1）智能小母線的主要優點如下。

　　①提高配電的可靠性：即插即用的小母線系統替代了傳統的電纜,可避免電纜所帶來的諸如電纜接頭容易氧化、松動和接觸不良等問題，提高了機房的可靠性和安全性。

　　②增強配電的靈活性：在機柜容量難以準確預測的時候，更適合采用這種母線，配電容量可隨時調整。母線槽和接插箱可根據實際情況分期部署，即針對現在數據*心里出現的白空間及測試機房，靈活母線槽可做到供配電分離，在機柜的容量和位置不確定的時候先期部署母線槽主體，之后等機柜一旦確定容量和位置，即可選擇接插箱進行配電。

　　③小母線系統可帶電熱插拔：在數據*心正常運行情況下，靈活母線可在帶電的情況下隨時加載或卸載，即可隨時增加或減少機柜數量或容量而不影響其他設備的運行。機柜容量可從16A到63A，單相、三相任意選擇，有的放矢地為用電設備提供準確的電力供給。

　　④安裝方式靈活：支持多種安裝方式，可在機柜頂部安裝，地板下安裝，嵌入天花板安裝等。母線槽式樣和接插箱單元可以按照客戶的需求定制，例如，采用2N系統、單獨接地或者專用接地，選擇不同的插座或懸垂電纜。

　　⑤隨業務發展的可擴展性：整體架構既能支持初始電力需求，又可在使用過程中根據需求的變化快速擴展，達到一種“隨需而建"的效果。

　　⑥降低運行維護成本：采用靈活母線方式規避了傳統方式所帶來的后期運維工作量大、運維周期不可控及人為干預帶來的安全性降低等問題，同時靈活母線方式可任意插拔、拼接，可實現多次重復使用，提高資金效率3倍以上。母線槽方式可隨時根據客戶需要調整配置，隨時遷移、復用，減少重復投資。

　　⑦增加數據*心營運收入：采用靈活母線可省掉列頭柜，為機房騰出更多的空間放置機柜，對于機柜出租業主來說將是一筆不小的收入。

　　（2）智能小母線配電模式目前也存在一些不足。

　　①從配電結構上分析，傳統列頭柜+電纜的方式采用放射式配電到每個機柜，而小母線采用樹干式配電方式到每個機柜，樹干式配電比放射式配電可靠性低，主干小母線若出現故障，則干線上全部配電單元均會出現故障掉電的情況，故障影響范圍較大。

　　②傳統的列頭配電柜，一般均采用貼著機架布置在列頭位置，運維人員現場可通過設置在列頭柜面板上的智能儀表顯示屏查看各種監測參數。智能小母線安裝在機柜上方，小母線底部距離地板高度約2.5m以上，因此智能小母線一般均采用對每個機柜各種電參數分散監測、監控終端設置集中顯示的方式，運維人員無法方便地現場查看監測參數。為了解決方便現場查看的問題，需要在機房內設置一套監控系統并配置主機、顯示屏，增加投資及相應占用空間。

　　③智能小母線為密集型母線，且電流等級一般在160A/200A/250A/400A這幾種規格，部分品牌產品只有250A/400A這幾種規格，因此采用智能小母線的造價會比采用傳統列頭柜配電柜+電纜的造價高；當機柜功率密度較低的時候，差異會進一步加大。

　　④智能小母線的安裝對機房梁下凈高的要求較高，需綜合考慮智能小母線自身的高度、插接箱的高度，以及插接箱安裝、更換所需的空間，因此相對于傳統列頭柜+電纜的方式，安裝智能小母線對機房梁下凈高的要求會較高，部分機房梁下凈高較小的老舊機房，難以滿足安裝智能小母線的凈高條件。對于雙路電源/雙路母線供電的機房，為了降低對機房凈高的要求，雙路母線一般平行安裝在機柜上方，對于設置封閉冷通道的機房，靠近封閉冷通道側的智能小母線的維護工作將變得比較困難。智能小母線采用分段拼接的方式，容易因安裝質量不符合使用要求，母線出現彎曲、接頭接觸不良的情況。

　　2.3兩種配電模式對比（如表1所示）

　　表1兩種配電模式對比

3典型案例對比分析

　　我們選擇某數據*心的兩個面積均約為600平方米（約30*20）的典型機房進行對比分析。

　　3.1傳統列頭柜方案

　　機房共規劃安裝11列設備，每列設1個列頭柜，組成6個封閉冷通道，共可安裝205個IT機柜，如圖3所示。

圖3采用列頭柜的機房布局方案

　　IT機柜設備按雙回路供電方案進行設計,列頭柜輸入來自UPS的A、B兩路電源，分A/B路通過走線槽分別布放電纜至每臺IT機柜。

　　3.2智能小母線方案

　　機房共規劃安裝11列設備，組成6個封閉冷通道，不設列頭柜，共可安裝216個IT機柜，如圖4所示。

圖4采用智能小母線的機房布局方案

　　在每列機柜頂部鋪設2條與機柜等長的軌道式小母線。來自UPS輸出的A路與B路。各IT機柜配電通過其安裝在其頂部的A/B段母線的插接箱分別引電至機柜內的A/B路PDU完成機柜雙路取電。

　　3.3造價及經濟效益對比分析

　　根據上述典型機房模型，采用列頭柜方案將比小母線方案減少11個機柜。相關建設成本估算如表2、3、4所示。

　　兩種方案造價對比：智能小母線方案造價較傳統列頭柜方案總造價約高33.5%；單機柜平均造價約高29.9%。

　　按每個IT機架每月租金6000元，單機架月耗電3000元估算（不計帶寬租金），本案例采用小母線方案時可增加11個機架，則每年可增加租金：11*(6000-3

　　000)*12=396000元，投資回收期約為2.06年，如表5所示。

　　表5投資回收期分析

4安科瑞智能母線監控解決方案

　　4.1概述

　　數據*心IT服務器配電傳統采用*密配電柜，占用空間較大，配電線纜多，新增設備不便，為了節省面積，智能小母線方案由于不占用機房面積、可按需靈活插拔，受到很多數據*心的青睞，被越來越多的應用。

　　安科瑞智能母線監控產品分為交流和直流母線監控兩類，包括始端箱監測模塊、插接箱監測模塊以及觸摸屏，另外還可以搭配母線槽連接器紅外測溫模塊用于監測母線槽的運行溫度，確保母線槽配電安全。通過標準網線手拉手簡單組網，可以實現任意插接箱檢修或更換時不影響其他在線運行的插接箱的數據上傳通訊。

　　4.2應用場所

　　適用于運營商、金融、互聯網、企業等數據*心

　　4.3系統結構

4.4系統功能

　　實時監測

　　在主頁點擊數據采集按鈕后，進入系統圖界面：此界面顯示了每個箱子的電壓。

基本參數界面

　　顯示電壓、電流、功率、電能等電參數數據，在設備地址旁邊的輸入框輸入本箱子對應的儀表地址，即可實現對箱子中儀表數據的采集。

諧波數據

　　通過點擊“箭頭"來左右切換2-63次諧波數據。

zui大需量

　　顯示電壓、電流、功率的*大需量的數值及發生時間。

電能查詢

　　電能情況可以查詢上12月份的每個月用電量、上一年總用電量、本年已用電量、根據選擇不同時間查詢電能值。

4.5系統硬件配置

　　5結論

　　綜上，數據*心配電采用智能小母線供配電系統具有更高的靈活性，同時其具有施工周期短、使用壽命長、可重復利用等特點，增加了機房的利用率和收益，投資回收期較短，因此隨著今后技術逐步成熟、成本進一步降低，可考慮逐步推廣使用。

　　6參考文獻

　　霍毅.羅秋菊.劉宇.程勁暉.智能小母線與列頭柜配電模式比較

　　數據中心解決方案樣本2022.04版