經常在一些與客戶的技術交流過程中,遇到關于機柜母線如何部署的問題。本文將結合數據中心機房機架頂部布設、空調方案、通信走線、消防、照明等空間需求,針對母線設計思路、部署方式等問題進行探討。

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數據中心配電系統

在開始討論母線方案之前,我們先了解下數據中心的配電系統結構。 (1)數據中心配電產品結構 依據圖1結構,我們可以將數據中心的供配電系統劃分為三個層次:

①第一層:接入層配電 總變配電系統:高低壓配電柜變壓器柴油發電機組成數據中心總配電系統。 ②第二層:機房配電 機房配電系統:低壓配電柜和UPS,UPS配電柜和精密空調柜等組成。 ③第三層:機柜配電 末端配電系統:列頭柜或機房專用母線系統(交流方案、交直流方案),電源分配單元(下簡稱PDU)、工業連接器及服務器自鎖電源線。 (2)數據中心的電力冗余安全性配置 根據美國標準TIA-942《數據中心的通信基礎設施標準》,考量基礎設施的“可用性”、“穩定性”和“安全性”,將IDC分為四個等級(Tier1,Tier2,Tier3及Tier4)。見表1。其中,T4標準是第三方機房里最高級別,其最大特色在于可提供容災服務。

T4:容錯級。提供多個系統同時工作,也就是常說的2N或者2(N+1)系統。安全冗余配置一般采用市電和柴油發電機組供電,采用市電安全可靠、成本低,只要付電費就可以。但數據中心需要24h全天候運行,所以一旦市電出現線纜檢修停電等情況就需求采用發電機供電。 在數據中心供電的問題上,如果數據中心可以接入兩路不同的電網,如圖2所示?？梢栽谝宦窓z修的情況下,利用另外一路供電,但假如只有一路市電,那都會備發電機,在停電情況下進行供電。若N代表市電,N+1是一路市電加一路發電機,2N是兩路市電,通常還會有2N+1,兩路市電,外加發電機做后備。

(3)數據中心的機柜母線配置 機房末端配電系統中母線輸電配置也是采用AB路2N方案來設置供電系統方案,同時向服務器關鍵設備提供雙路電源,保障供電的穩定性、可用性、安全性。

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數據中心母線配電解決方案

(1)母線的劃分(見表2)

根據母線的容量、運用環境及主要功能,將母線區分為:動力母線(俗稱大母線)和機房母線(俗稱小母線)以及其它母線(如照明、防火母線等)。

一般定義800A電流等級為機房母線和動力母線分界點。 (2)機房母線系統 ①機房母線設計要求 低溫升、智能化、易維護、多插孔、交直流通用。 ②機房母線分類 滑軌式母線; 直列式母線 (3)滑軌式母線結構及插接箱安裝方式滑軌式母線的銅排導體采用環繞式布置,中間形成一個連續的空間通道,底部連續開槽具有密集布置插孔或全程全點位接入分支回路的特點,如圖3所示。

(4)直列式母線結構及插接箱安裝方式(圖4)直列式母線的銅排導體采用并列上下平行布置,母線左右兩側可間隔或密集布置插孔接入分支回路的特點。

(5)母線在數據中心的運用場景(圖5)

①總變配電系統:動力大母線; ②低壓配電柜輸電到機房配電柜; ③UPS配電柜配電到機柜母線始端箱或列頭柜(替代電纜); ④終端配電系統:機房小母線; ⑤配電到機柜和其他關鍵負載在內的終端配電方案。 (*列頭柜方案經電纜輸配電到機柜和其他關鍵負載本文不詳述) (6)機房母線供電特點 數據中心主機房中,交流UPS供電系統供電場景,通常在電力機房內設置UPS雙總線供電系統(2N或3N方式)。 ①在主機房內為每列機架配置1個列頭柜,為該列每個機架內的2條PDU設備供電; ②母線供電方案: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。母線系統(含2個始端箱、2根母線槽及相應數量的插接箱),分別對該列通信機架內的2條PDU設備配電。 傳統列頭柜和機房母線兩種不同配電模式的供電系統對比如圖6所示。

傳統列頭柜配電模式,UPS設備至列頭柜、列頭柜至機架,均常采用電纜連接、沿走線架敷設的方式; 機房母線配電,UPS設備至始端箱采用電纜連接(也可使用大母線配電到始端箱),沿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PDU采用電纜連接。 列頭柜及機房母線方案優劣勢對比如圖7所示。

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機房母線的運用方案

(1)母線布置方案的類型 ①柜頂布置(適用于機房層高靜空間大于3.2M,含500mm地板)特點:直觀，簡單，不占用空間，散熱好，運維簡單。 ②柜底布置(適用于機房有防靜電地板,僅直列式母線結構) 特點:占用地板下空間影響散熱,插接箱向上安裝,運維困難、不宜觀察,適用于老機房改造項目,下送風冷卻方式。 *本文暫僅對柜頂布置進行詳細討論,其簡單方便的特點決定機房一般都采用柜頂布置方式。 (2)母線供電模式 數據中心基于供電冗余的考慮,都是采用2N冗余的供配電方式。因此機柜供電均采用AB路母線2N冗余供電,服務器通常都有兩路電力輸入端口,AB路電源同時接入,目前供電方案中有如下配置方式: ①1路交流,1路直流; ②2路交流,包括雙路熱備(各50%供電負荷,同時供電);一主一備(100%負荷單路供電,ATS切換回路供電),如圖8所示。

(3)母線機柜頂端的布置方式 按母線供電回路劃分,機房母線布置方式分為兩種: ①AB-4路布置(圖9)

如:I字型部署4路母線供電,此種方式采用雙路電源4路母線架設在兩排微模塊機柜后上方,直接為下方PDU配電。簡單,清晰,多數采用此部署方案。具體情況如圖9所示。 ②AB-2路布置(圖10)

中置式部署。2路母線單獨供電,此種方式減少了始端箱數量及供電電纜根數,母線整體性更強。但是單路母線負荷更高。另外,母線需要跨過冷通道天窗,需要單獨設計。(不推薦) U字型部署。2路母線環線供電,在單列機柜末端環繞布置形成單列機柜雙路模式,雙列機柜假四路供電模式,此種方式減少了始端箱數量及供電電纜根數,母線整體性更強。(推薦) 以上兩種布置方案,對比AB雙列四路母線方案從成本角度講無太大區別;母線根數雖減少一倍,但電流等級增大一倍,實際上從成本角度可互相抵消。而在運維及使用方便性上,推薦采用I字型部署四路母線布置方案，更簡單、可靠、方便運維。