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數(shù)據(jù)中心機房母線布局與規(guī)劃設計

日期:2024-12-23 23:20
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摘要: 張娟 安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801 摘 要:機架配電母線—柔性母線正在數(shù)據(jù)中心主機房內逐步推廣。分析了適用于數(shù)據(jù)中心主機房的機架配電母線方案,并結合數(shù)據(jù)中心主機房空調方案、通信走線、消防、照明等空間需求,對主機房機架頂部垂直空間進行合理規(guī)劃和研究,提出了3種典型場景的高度需求。 關鍵詞:數(shù)據(jù)中心;主機房;機架柔性母線;布局規(guī)劃 1 引言 近年互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務在快速發(fā)展,數(shù)據(jù)中心建設在我國**開展。在建設實施中,適用于數(shù)據(jù)中心的新技術如高壓直流、柔性母線等...

張娟

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

摘 要:機架配電母線—柔性母線正在數(shù)據(jù)中心主機房內逐步推廣。分析了適用于數(shù)據(jù)中心主機房的機架配電母線方案,并結合數(shù)據(jù)中心主機房空調方案、通信走線、消防、照明等空間需求,對主機房機架頂部垂直空間進行合理規(guī)劃和研究,提出了3種典型場景的高度需求。 

關鍵詞:數(shù)據(jù)中心;主機房;機架柔性母線;布局規(guī)劃

1 引言 

       近年互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務在快速發(fā)展,數(shù)據(jù)中心建設在我國**開展。在建設實施中,適用于數(shù)據(jù)中心的新技術如高壓直流、柔性母線等正在逐步推廣和應用。這些技術的應用,對數(shù)據(jù)中心的空間環(huán)境提出了新的要求。 

       母線是數(shù)據(jù)中心末端機架配電的新型設備,用以替代精密列頭柜及其輸出電纜,可靈活調配機架用電功率,并顯著節(jié)省列頭柜占地、降低建設成本。目前已在部分數(shù)據(jù)中心應用和試點。

       柔性母線的應用,將使得主機房機柜頂上垂直空間的規(guī)劃布局較傳統(tǒng)供電方式產(chǎn)生較大變化。本文將以移動數(shù)據(jù)中心標準化方案為基礎,研究柔性母線應用時,主機房內機架頂部垂直空間的布局,包括走線架、母線槽、空調管線等空間布局,提出合理的布局方案,以作為今后柔性母線大規(guī)模應用時的參考。

2 柔性母線供電特點 

       數(shù)據(jù)中心主機房中,交流UPS供電系統(tǒng)供電場景時,通常在電力機房內設置 UPS 雙總線供電系統(tǒng)(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;柔性母線的供電方案是:利用“始端 箱+母線槽+插接箱”,代替“列頭柜+電纜”,為 IT 設備機柜供電,柔性母線系統(tǒng)(含2個始端箱、 2根母線槽及相應數(shù)量的插接箱),分別對該列通信機架內的 2個PDU設備配電。傳統(tǒng)列頭柜機架配電和柔性母線配電模式兩種不同配電模式的供電系統(tǒng)對比如圖 1 所示。

 1 傳統(tǒng)列頭柜機架配電和柔性母線配電模式對比

       機架列頭柜配電模式時,UPS輸出配電屏至列頭柜、列頭柜至機架均常用電纜連接沿走線架敷設;而柔性母線配電時,UPS輸出配電屏至始端箱采用電纜連接,沿通信機房電源用主走線架(常用800mm寬)敷設;始端箱至插接箱采用母線槽供電,插接箱至通信設備PDU采用電纜連接,其形態(tài)如圖 2 所示。

 2 柔性母線配電模式

       本文調研了市場上主流產(chǎn)品,并對多個廠家進行了產(chǎn)品調查。根據(jù)插接箱安裝方式不同,現(xiàn)將機架母線產(chǎn)品分為兩類:母線槽側接插接箱和母線槽下接插接箱。其主要產(chǎn)品形態(tài)如圖 3 所示。

(a)母線槽側接插接箱

b)母線槽下接插接箱

 3 母線產(chǎn)品形態(tài)

3 機架頂部垂直空間布局要素 

       數(shù)據(jù)中心主機房層高的組成,一般由建筑結構面層、機房制冷空調回風空間、氣滅空間、電力走線架、通信走線架、機架及下送風地板空間組成,各部分主要影響因素荷載及建筑結構形式、機架功率密度和消防要求、機架高度及走線架高度及機架功率密度和氣流組織方式,如圖 4 所示。

 4 數(shù)據(jù)中心主機房空間剖面

        本文研究空間為走線架空間(含電力電纜走線架、通信線纜走線架及光纖槽道,通常為兩層)、機房制冷空調回風空間、消防管道等管線的布局空間。

(1)通信線纜 

       通信線纜走線架及管線槽道,通常布放 IT 設備所需的數(shù)據(jù)線纜、室內光纜等,列通信走線架尺寸一般為600 mm寬,其上方操作空間預留約300mm高。通常還需設置光纖槽道,高度100 mm。

(2)機柜供電線纜 

       電力電纜走線架通常布放IT設備所需的電力電纜,列電力電纜走線架尺寸一般為600mm寬,其上方操作空間預留約 300mm 高。如采用柔性母線配電時,根據(jù)調研,母線+插接箱(250 A)高度一般在300~370mm

(3)空調系統(tǒng)管線 

       空調管線空間,根據(jù)主機房空調末端不同有不同的需求。目前常用的空調末端形式有:冷凍水型機房專用空調(上送風或下送風)、列間空調、水冷冷門、熱管冷門4種方式。

       冷凍水型機房專用空調(下送風方式)、列間空調、水冷冷門等方式應用時,在機架列頂部無管線安裝需求,但是為提高氣流組織效率,采用冷凍水型機房專用空調、列間空調的 主機房內通常封閉冷通道,其典型場景的空間布局如圖 5、圖6及圖7所示。封閉的冷通道上,一般不安裝需要經(jīng)常維護的電力、通信等走線架、管線等。

 5 冷凍水型機房專用空調(下送風方式時)時主機房空間布局剖面

 6 列間空調方案時主機房空間布局剖面

 7 水冷冷門方案時主機房空間布局剖面

       熱管背板空調末端方式時,空調的冷媒走線架及走線架上冷媒氣管占用空間約350 mm(寬)× 150mm(高),冷媒走線架需布置在機柜上方300~400 mm空間以上區(qū)域,同時冷媒走線架盡量靠近熱管背板上方布置,其典型場景的空間布局如圖 8 所示

 8 熱管背板方案時主機房空間布局剖面

       部分老機房采用空調風管上送風、下回風氣流組織形式,單獨設置空調區(qū)放置空調,風管布置在機架間通道上方,典型情況下風管尺寸約800mm×320 mm,風管在頂部氣滅管道區(qū)域以下200mm處布置,其典型場景的空間布局如圖 9 所示。

 9 冷凍水型機房專用空調(上送風方式)時主機房空間布局剖面

(4)消防系統(tǒng)管線 

       機房內需要設置自動消防系統(tǒng),消防系統(tǒng)主要采用有管網(wǎng)氣體滅火系統(tǒng),機房頂部需布置氣滅噴頭和氣滅管路,結構主梁下方需要占用 200mm高空間用于布置管路。 

(5)空調系統(tǒng)配電線纜及動環(huán)監(jiān)控線纜 

       隨著列間空調和機柜級空調系統(tǒng)規(guī)模應用,機柜列內需要配置空調系統(tǒng)配電線纜及其 線槽。動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心維護的重要基礎,該系統(tǒng)也需要機柜列內設置線纜。綜合考慮這兩類線纜系統(tǒng)需求,根據(jù)大量工程實踐統(tǒng)計,其線槽合計尺寸可以按150mm(寬)×100 mm(高)考慮。

(6)線槽燈具 

       為便于維護每個機柜列通道內,都需要設置線槽燈。線槽燈帶需要的空間按100mm(寬)× 100mm(高)考慮。

       根據(jù)上述分析,常規(guī)情況下機架頂部各類管線的凈高度(未含管線間距要求)見表 1。在設計中,還需要考慮其維護間距隔離間距等要求(如走線架與機架間距200mm、母線槽與走線架間距50~100mm、氣滅管線與其他管線間距等),垂直高度需求更大。因此合理規(guī)劃機架頂部垂直空間,優(yōu)化管線布局,能有效降低生產(chǎn)凈高要求。

       如果考慮合理維護間距,表 1 中高度應調整到 1900mm及以上。

表 1 主機房內各類常用管線高度典型值

4 柔性母線空間布局方案 

       在常規(guī)情況下,主機房內通信線纜走線架與電力電纜走線架上下對齊吊掛設置。當采用柔性母線方案時,主機房內原電力電纜走線架空間則將調整為母線及其接插箱的空間。因母線及其接插箱空間可以與通信線纜走線架分離設置,此時機架頂部垂直空間需要良好規(guī)劃,以適應不同方案的需求。 

       本文通過調研在用的柔性母線機房情況,并結合中國移動數(shù)據(jù)中心標準化成果,研究分析了 5 種空調末端形式、兩類母線產(chǎn)品應用的組合場景,得出如下 3 種常用的主機房空間布局方案。

5.1精密配電管理解決方案

5.1.1交流系統(tǒng)

       1)功能要求:

       遙測:輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度;輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度;

       遙信:輸入分路的過壓/欠壓,缺相,過流,輸入分路和輸出分路的開關狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計,實現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限報警功能。

       2)配置方案-示意圖

 

 配置方案 

                           多功能儀表       PZ72L-E4

                                              電流互感器       AKH-0.66-30I-XXA/5A

5.1.2直流系統(tǒng)

       1) 功能要求

       遙測:輸入分路的電壓、電流、功率、電度;

       遙信:輸入分路的過壓/欠壓,輸入分路的熔絲狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計,實現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限功能。

       2)配置方案-示意圖

配置方案

                              多功能儀表          PZ72L-DE

                                           霍爾傳感器          AHKC-F-  XXA/5V

                                          開關電源             SBD-30  (48V)

  

5.2產(chǎn)品規(guī)格

說明:■為標配功能。

5.3配套附件

6安科瑞母線槽監(jiān)測產(chǎn)品介紹

6.1概述
       數(shù)據(jù)中心小母線系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來,隨著數(shù)據(jù)中心建設的快速發(fā)展和更高需求,智能小母線系統(tǒng)逐漸被應用于機房的末端配電中,具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點,即插式插接箱給各個機柜內的PDU分配電。始端箱和插接箱內可設置監(jiān)測模塊,將數(shù)據(jù)上傳至動環(huán)監(jiān)控中心。

6.2 AMB智能小母線管理系統(tǒng)
       1)交流系統(tǒng)功能:
       遙測:三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、電纜溫度,系統(tǒng)頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率;
       遙信:過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、過頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警,開關狀態(tài)、開關跳閘; 
       2)直流系統(tǒng)功能:
       遙測:電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態(tài)、電流/功率;
       遙信:過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、溫/濕度告警,開關狀態(tài)、開關跳閘;

6.3產(chǎn)品介紹

說明:■為標配功能。

7 結束語 
       本文通過對柔性母線的實地案例多次調研,結合數(shù)據(jù)中心主機房空調末端方案、柔性母線方案及通信走線、消防、照明等管線對空間的需求,對IT主機房內柔性母線水平布局和機架頂部垂直空間進行合理規(guī)劃和研究。本文提出 3 種典型場景下的應用方案,確定了機柜頂至梁下的凈空間要求,為今后機房內配電母線空間布局提供參考。相信隨著柔性母線應用的普及,本文的研究將推動數(shù)據(jù)中心機房建設的深化和優(yōu)化,為機房管線合理布局提供基礎,為數(shù)據(jù)中心主機房的標準化設計安裝提供參考。

參考文獻: 
【1】張廣明.數(shù)據(jù)中心基礎設施設計與建設[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2012
【2】孫麗玫、王改紅、李舒濤、姜宇光、趙黎明.數(shù)據(jù)中心主機房柔性母線布局規(guī)劃.
【3】安科瑞數(shù)據(jù)中心IDC配電監(jiān)控解決方案.2020.03版

作者簡介:張娟,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電,Email: 2885050128@qq.com  QQ:2885050128  

滬公網(wǎng)安備 31011402005091號

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