技術(shù)支持-張浩彬

摘要：數(shù)據(jù)中心最主要的目標之一是確保業(yè)務連續(xù)性。數(shù)據(jù)中心的供電上從高壓電源入口到末端配電采用了很多高可靠性的設(shè)計，比如多路獨立高壓市電電源、大容量中壓柴油發(fā)電機組，UPS的冗余配置等等，這往往意味著高昂的成本，都是為了提高供配電系統(tǒng)容錯能力。配電柜(也稱列頭柜)或母線槽承擔為數(shù)據(jù)中心服務器、存儲和網(wǎng)絡(luò)等IT設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的電源的末端配電環(huán)節(jié)，其運行穩(wěn)定性也尤為重要。在這個環(huán)節(jié)，幾乎所有的數(shù)據(jù)中心都面臨著一些共性的挑戰(zhàn)，包括電源容量管理和配置、數(shù)據(jù)中心能源管理、環(huán)境管理、安全管理、計算能力需求擴張、資產(chǎn)和變更管理等等，本文通過數(shù)據(jù)中心末端配電的數(shù)字化解決方案，配合數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)來探討如何應對這些挑戰(zhàn)。

1數(shù)據(jù)中心末端配電面臨的挑戰(zhàn)

電源容量管理和配置：許多數(shù)據(jù)中心缺乏有計劃的增長擴容，工程師經(jīng)常將新設(shè)備接入看似可用的回路，而對回路可用的負荷容量知之甚少。這可能會導致回路過負荷保險絲熔斷并導致停機并導致很大的經(jīng)濟損失，服務中斷的損失是以秒來計算的。

能源管理：數(shù)據(jù)中心最主要的能效指標PUE的計算涉及到所有IT設(shè)備的耗能，而IT設(shè)備的耗能計量都集中在末端配電，所以在末端需要具備能源計量和管理。

環(huán)境管理：雖然IT設(shè)備耗能占能源成本的50%以上，但另有36%用于冷卻和循環(huán)空氣。數(shù)據(jù)中心通常會將機房溫度調(diào)到過冷以防止設(shè)備故障，但將機房溫度升高1攝氏度，最多可節(jié)省高達7%的冷卻耗能成本，所以需要在溫度控制和能耗之間找到平衡點。

安全管理：不管供配電前端在可靠性上做了多少冗余，如果忽視了末端的配電安全管理都是無用功，對末端的電源插接點接觸以及溫升情況也需要關(guān)注。 計算能力需求：在可預見的未來，一個不變的趨勢是對更多計算能力的需求，這種快速擴張將導致數(shù)據(jù)中對的電力需求越來越大。

資產(chǎn)和變更管理：對于正在擴展的數(shù)據(jù)中心，手動跟蹤資產(chǎn)可能很繁瑣且成本很高。研究指出，庫存收集、庫存核對、查找錯放資產(chǎn)、手動存儲庫更新和更換錯放資產(chǎn)的過程每年花費的人力和資金成本巨大。

2數(shù)據(jù)中心末端配電的數(shù)字化方案

需要解決這些挑戰(zhàn)，提高業(yè)務連續(xù)性、控制運營成本并滿足新的業(yè)務發(fā)展需求，數(shù)據(jù)中心將需要對末端配電環(huán)節(jié)有監(jiān)測和管理。智能化的配電柜和智慧小母線系統(tǒng)可以提供解決方案。接下來將討論如何為數(shù)據(jù)中心選擇合適的末端配電數(shù)字化解決方案，創(chuàng)建可靠且環(huán)保的數(shù)據(jù)中心。

2.1 配電柜數(shù)字化方案

配電柜是為數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備機柜提供電源的末端配電設(shè)備，一般采用雙回路供電，電源分別來自兩臺冗余的UPS，分為交流和直流供電，一般放置在機柜陣列的兩端，也稱列頭柜，如圖1所示。

安科瑞配電監(jiān)控解決方案針對配電柜監(jiān)控數(shù)字化要求，方案包括交流（AC220V）、直流（DC-48V/240V/336V）系統(tǒng)。由觸摸式液晶顯示屏、綜合信息處理主機模塊、開關(guān)狀態(tài)采集模塊、電流互感器(交流)或霍爾傳感器(直流)采集單元模塊等組成。監(jiān)測兩路主進線和A+B雙面饋線回路電量參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)、諧波含量、柜內(nèi)溫濕度等數(shù)據(jù)，可以在本地觸摸屏顯示，同時可以上傳AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)顯示和報警。產(chǎn)品方案見表1。

表1 安科瑞配電柜數(shù)字化方案產(chǎn)品選型

2.2 母線槽數(shù)字化方案

近年來，隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展，智能母線槽的方案運用越來越多。相比傳統(tǒng)精密配電柜，數(shù)據(jù)中心母線槽架空鋪設(shè)，具有安裝檢修方便、不占地、散熱快、易增容等優(yōu)勢。母線槽通過始端箱從前端UPS取電，以母排系統(tǒng)組成輸電結(jié)構(gòu)，采用即插即用的方式，通過插接箱給各個IT機柜內(nèi)的PDU供電。

圖2智能母線槽數(shù)據(jù)采集方案示意圖

安科瑞智能母線槽方案在始端箱和插接箱內(nèi)配置AMB100/AMB110監(jiān)測單元，測量始端箱、插接箱電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、諧波畸變、溫濕度、漏電電流等數(shù)據(jù)，可以通過有線或無線方式傳輸數(shù)據(jù)，在本地觸摸屏顯示，同時可以上傳數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)，實現(xiàn)母線槽的數(shù)據(jù)展示和異常預警。

另外由于母線槽是由銅制母排搭接而成，接頭部位可能會由于接觸不良而異常發(fā)熱，所以需要對母線槽接頭溫度進行實時監(jiān)測，安科瑞AMB200母線接頭溫度監(jiān)測裝置進行接觸式測溫，AMB300通過紅外非接觸式測溫方式監(jiān)測母線溫度，數(shù)據(jù)通過有線或無線方式傳輸本地觸摸屏顯示，同時可以上傳數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)，實現(xiàn)母線槽溫度的實時預警，設(shè)備選型如表2所示。

表2智能母線槽解決方案選型表

3AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)

AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)搭建基于高、中、低壓配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機、UPS的實時監(jiān)控和末端配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的電力監(jiān)控、PUE分析以及動環(huán)監(jiān)測，幫助數(shù)據(jù)中心管理者了解數(shù)據(jù)中心能源運行情況，并關(guān)注消防和電氣安全，及時預警異常情況，保障數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定可靠運行。除了變電站、柴油發(fā)電機和UPS運行監(jiān)控以外，特別是針對數(shù)據(jù)中心的末端配電環(huán)節(jié)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)跟蹤到每一個回路的電氣參數(shù)和開關(guān)狀態(tài)、溫濕度數(shù)據(jù)等。

3.1 電源容量管理和配置

系統(tǒng)監(jiān)測每路饋線回路的電流、功率、開關(guān)狀態(tài)和用電量，還可以配置溫度、濕度傳感器用于監(jiān)測線路接點溫度和柜內(nèi)濕度，設(shè)置參數(shù)高低越限告警，避免回路超負荷運行而導致意外斷電。

3.2 能源管理

數(shù)據(jù)中心最主要的能效指標PUE的計算涉及到所有IT設(shè)備的耗能，系統(tǒng)從高壓到末端采集數(shù)據(jù)中心用電量，并按照IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)(冷凍水機組、空調(diào)末端、新風等)、供電系統(tǒng)(變壓器、UPS、發(fā)電機、開關(guān))、照明及辦公用能進行分類，計算數(shù)據(jù)中心PUE值、制冷負載系數(shù)CLF、供電負載系數(shù)PLF等，為數(shù)據(jù)中心能效診斷提供數(shù)據(jù)支持。

3.3 環(huán)境管理

系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心不同溫度數(shù)據(jù)下計算數(shù)據(jù)中心PUE和CLF值的變化，來協(xié)助管理者尋找運行溫度，在溫度控制和能耗之間找到平衡點。同時系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)中心溫濕度、浸水、煙霧等影響數(shù)據(jù)中心正常運行的因素，并及時提供預警。

3.4 安全管理

系統(tǒng)監(jiān)測配電柜或母線槽系統(tǒng)電氣接點溫度以及漏電電流，并設(shè)置溫度、漏電越限告警，及時消除系統(tǒng)隱患。同時針對數(shù)據(jù)中心大量的UPS蓄電池內(nèi)阻、溫度、可燃氣體含量也進行實時在線監(jiān)測預警，保障數(shù)據(jù)中心運行安全。

3.5 資產(chǎn)和變更管理

系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心提供設(shè)備管理和運維管理功能，包括設(shè)備臺賬、設(shè)備保養(yǎng)、工單管理、巡檢記錄、缺陷管理、搶修記錄等功能，告別依靠手工記賬，降低人力和時間成本。

4 結(jié)束語

隨著對算力的需求增長，數(shù)據(jù)中心也將加速發(fā)展。為了保障數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定可靠運行，除了在電源和前端變配電系統(tǒng)上下功夫外，數(shù)據(jù)中心的末端配電系統(tǒng)數(shù)字化管理更為重要。安科瑞AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)配合安科瑞配電柜系統(tǒng)、智能母線槽系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心的末端配電提供負荷監(jiān)測、能效管理、安全預警和設(shè)備運維管理，為數(shù)據(jù)中心連續(xù)穩(wěn)定運行提供保駕護航。

審核編輯黃宇