數據機房智能母線槽技術分析

0引言

       數據中心是國家確定的“新基建"七大領域之一，數據中心在國民經濟和社會發展中起到越來越重要的作用，已經成為各行各業的關鍵基礎設施，為經濟轉型升級提供了重要支撐。政府金融、互聯網公司、運營商等行業客戶都在不斷地新建和升級數據中心，以匹配其數據業務的增長速度。并且，隨著國內數據中心的大力建設和發展，傳統的列頭柜配電模式已無法滿足日新月異的變化需求，智能小母線作為數據中心一種新型機房配電產品，通過對其合理的應用，有效地解決了傳統配電模式存在的各種問題，提高了數據中心的可用性及供配電的穩定性。

       關鍵詞：數據中心；智能小母線；精密配電柜；穩定性

1數據中心應用需求

       隨著電力業務的發展和智能電網的升級，數據中心對供電系統的可靠性和智能維護要求也越來越高。數據中心機柜端配電設計除了要滿足傳統機房的配電功能，還應滿足遠期設備擴容的需求；同時，數據中心運維者還提出要盡可能減少設備擴容對已投運設備的影響。供電系統除了滿足高可靠性外，還應該具備強大的監控功能，機房運維人員隨時可以了解機柜負載情況、各配電分支回路的電氣狀態和不同負載機群的電量消耗情況等。

       當前，機房的配電容量一般保持在一定的范圍內，通常按照服務器機柜、刀片機柜、網絡機柜、工作機柜、小型機機柜等，常規數據中心單機柜負荷一般在3kW~8kW之間。根據各類設備功率不同，電氣連接器接口標準也有所區別。這為供電基礎配套實施帶來了很大的挑戰。傳統落地式配電單元(列頭柜)已不能滿足越來越多的供電需求。

       近年來，隨著數據中心靈活性和多元化發展。一種更加靈活的機柜端設計方案逐步在電力機房中得到應用。即母線槽配電系統。目前已有大量大型數據中心采購母線槽設計方案，如Google、Facebook、阿里巴巴和騰訊等數據中心。母線槽在電力行業作為一種導線應用已經有幾十年的歷史，但是對于數據中心應用而言，則比較新穎，應用案例不多。與傳統電纜方式對比，母線槽具備更加可靠的安全性、接口電阻和溫升控制也更加優秀。

2智能母線槽的組成

       電力機房專用母線槽系統一般由三個部分組成：母線槽主體、母線槽連接模塊、監控模塊。

2.1母線槽主體

       外殼提供線槽保護，提高熱穩定性，滿足各種安裝方式，如豎直吊裝或者水平安裝，側邊可加上各種標識。導電銅排是根據載流量需求選擇不同截面，表面鍍錫，增強抗腐蝕性并減小接觸電阻的電解銅。表面的絕緣材料具備良好的可短路電流能力。

2.2母線槽連接模塊

       母線槽連接模塊用于母線槽主體與主體之間的連接，將原本3m左右的母線槽主體拼接起來，可延長至幾百米甚至幾千米。母線槽連接處也是很容易發生連接異常的地方，連接不可靠可能導致溫升、爆炸等事故，燒毀母線槽。

2.3監控模塊

       監控模塊可以分為母線槽連接處的測溫模塊和始端箱、插接箱的電參量采集模塊。監控模塊集成了常規的電力參數測量、溫度監測、開關量檢測、漏電檢測等功能，同時具備在線報警功能，可以實時檢測母線接口溫度數據。采用ModbusRTU有線通訊或Lora無線通訊的方式，可方便可靠地將監測數據上傳本地監控系統，確保母線槽的安全運行。

3智能母線槽方案優勢

3.1智能母線槽具有高度的靈活性

       傳統列頭柜方案，其配電方式為UPS出線柜之后接配電列頭柜，之后通過線纜為每臺機柜內設備供電。采用放射狀供配電結構，即每個機柜通過一根電纜與列頭配電柜線纜一對一連接，今后新增或機柜擴容變更提升功率時需要重新排放電纜。

       智能小母線擺脫了傳統列頭柜布線困難的問題，部署簡易快捷，僅需將母線槽安裝到所有的預期機柜上方即可完成部署，可以依據用戶的進駐實現即需即安裝。個別機柜增加輸出容量或者回路數量無需對母線槽做出變更，僅需增加或者變更插接箱即可，而且可以帶電插拔。

3.2智能母線槽投入快，施工周期短

       采用軌道式小母線系統安裝部署快速，如使用傳統列頭柜加線纜模式，完成一個機房典型施工工期約為40-50天涉及到配電柜就位，電纜橋架安裝，電纜裁剪鋪設，電纜對接等多個繁瑣工序。而部署母線系統只需10-15天就可以完成一個機房的交付，節約大量的施工時間和人工投入同時也節省了橋架和電纜的需求。可提前近1個月交付客戶使用。

3.3智能母線槽系統安全性更高、使用壽命更長

       由于小母線主要結構為“鋁合金外殼+B級及以上絕緣護套+銅母排"，一方面使得整個輸電干線的電氣穩定性（包括短時耐受電流、過載能力)更強:另一方面，整條母線系統的散熱性很好，有效防止因熱量堆積造成的短路隱患，較大程度提高了使用壽命。母線使用壽命在30年左右，而電纜使用壽命一般在10-15年。

3.4母線增加了機房的利用率和收益

       采用母線方式由于省去了強電列頭柜，原列頭柜的位置可增加配置1個IT機柜。一般每20個左右IT機柜配置1臺強電列頭柜，去掉列頭柜后可增加1/20左右的IT機柜數量，按一個機房1000個機柜為例，原需要50個列頭柜，采用母線后機房IT機柜可達1050個，每個機柜租賃利潤2萬/年計算，可增加年利潤100萬。

       因此，智能小母線作為數據中心機房末端配電的后期之秀，能夠逐漸對傳統的列頭柜方案形成沖擊，并能以每年20%以上的速度持續增長，正是由于以上優點做支撐。

4安科瑞智能小母線解決方案

圖1、母線監控裝置技術參數

圖2、母線監控裝置實物圖片

圖3、母線監控裝置通訊組網示意圖

圖4、母線監控裝置系統架構圖

5、結語

       綜上，無論從技術性能，全壽命周期成本，還是數據中心的后續擴容等方面考慮，都會將智能小母線系統作為數據中心后50米配電的極優選擇方案。安科瑞一直致力于改進和研發出更加先進、更加安全的智能小母線產品，為國家數據中心的建設和發展助力。

【參考文獻】

[1]一種數據中心機房新型配電技術——小母線配電系統.徐曉東.邵宏躍.張子堃.張磊.耿偉.電氣時代.2021.10.10.

[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.5版.