摘要：随着信息技术的发展袁传统的数据中心末端供电模式已经难以满足时代的发展需求遥基于此袁分析数据中心末端供电中传统列头柜供电模式的弊端袁探究智能母线的技术优势以及数据中心智能母线的具体应用袁从而助力数据中心的发展袁以期为相关工作人员提供参考。

关键词：智能；母线；数据中心

引言

数据中心作为现代电子信息技术的核心载体，担负着国家“新基建”基础设施建设的重要任务。随着大数据、云计算、人工智能等信息技术的发展，数据中心也朝着大型化、模块化、低碳节能的方向发展。但传统的数据中心末端供电采用列头柜供电模式，需要在数据中心机柜安装列头柜，存在占用大量机房空间、施工难度大、扩容灵活性差、维护检修困难等弊端，已经难以满足当前数据中心发展的需要。智能母线因其布线简单、安全可靠，可以代替列头柜供电模式，进一步节省数据中心机房的空间，以便能够增设IT设备，提高数据中心的经济效益。

1、传统数据中心末端供电存在的弊端

传统的数据中心末端供电采用列头柜供电模式，从总配电箱受电，然后通过不同的电缆回路，经电缆桥架连接到通信中心机房的各个机柜，属于放射式供配电模式。图1为列头柜供电模式流程。列头柜供电模式的特点是数据中心的各负荷设备独立受电，当某台设备发生故障时，不会影响其他回路，能够满足国家相关设计规范要求。但是，由于列头柜供电模式是早期数据中心建设时应用的供电模式，相关技术不够成熟，并未考虑到高功率密度的单机柜需求。随着时代的发展，传统的列头柜供电模式已经难以满足数据中心大型化、模块化、低碳节能的发展需要。传统列头柜供电模式存在的弊端主要包括以下4个方面。

1.1占用大量机房空间

传统的数据中心末端供电模式须安装列头柜，且需要配备相应的电缆桥架，会占用大量的机房空间。此外，A级数据中心需要两台从不同电源受电的列头柜分别给同一列机柜供电，以达到一路电源故障时仍可为所有设备正常供电的目的，但这种供电模式使本不宽裕的数据中心机房空间更加拥挤，无法安装更多机柜。

图1 列头柜供电模式流程

1.2施工难度大

列头柜供电模式需要敷设大量电缆，并且每条电缆回路都需要独立敷设。由于每条电缆需要现场制作电缆头，施工程序烦琐，要求施工人员具备较高的技术水平。另外，电缆回路多，需要配备大量的桥架，不仅需要消耗大量电缆线路和桥架金属材料，而且会大幅增加施工人员的工作量。

1.3扩容灵活性差

列头柜需要根据数据中心的设计进行独立配置，在投入使用后就无法对其进行扩容升级。同时，由于其电缆桥架较多，在进行改造时需要拆除大量部件，改造难度较大，无法重复使用电缆，扩容改造灵活性差。

1.4检修维护困难

由于列头柜的电路回路多，且电缆大多敷设在数据中心机房的地板下，或架设在桥架上，日常的检修维护困难，可操作的空间较小。如果某条电缆发生故障，需要断开整个机房供电才能进行维修。此外，列头柜使用寿命通常为10~15年，远低于数据中心的使用年限，往往要在列头柜达到使用年限后再对其供电系统进行更换，不利于数据中心的稳定运行。

2、智能母线技术的内涵

智能母线供电模式主要是利用不间断电源（uninterruptible power supply,UPS）进行持续供电。UPS是一种含有储能装置的电源，可以为部分对电源稳定性要求较高的设备提供不间断的电源。智能母线可以减少敷设电缆或配电设备，用直接串接的方式将UPS与智能母线槽连接，为数据中心机房的每台负荷设备供电，各组列机柜均可通过两条母线槽进行供电，不再架设电缆桥架，整体布局较为简单，便于管理维修。图2为智能母线供电模式。

图2 智能母线供电模式

3、智能母线技术的优势

3.1布线简单，可靠性高

传统的列头柜供电模式是利用列头柜一对一连接到每个机柜，需要布设较多的电缆，施工难度大。而智能母线供电模式简化了数据中心机房的布线方式，只需将母线槽安装在每个机柜上方，无须架设大量电缆桥架，通过插接箱进行供电。智能母线的部署时间在7~14d，插接位置可调，机柜电源分配单元插头可直接插在智能母线插接箱中，简化了布线流程。当数据中心内部需要添加新设备、新线路时可增设插接箱，在数据中心扩容时无须变更原有的母线槽部署方案。图3为智能母线构成。

图3 智能母线构成

3.2供电方式灵活

数据中心智能母线供电模式使用了更简单的供电部署方案，可以满足数据中心技术更新、技术应用等各项需求，在保证供电安全可靠的基础上，可灵活组配供电，根据数据机房实际负载大小进行灵活供电。在安装智能母线时会预留一定的插接口，在数据中心进行扩容时只需要增加插接管，无须更换相关线路与设备。同时，智能母线供电模式采取模块化设计理念，提高了数据中心各种设备部署规划的有效性。

3.3配电监控功能更多

智能母线在应用后可建立智能监控体系监测各组插接箱，以获取各线路的实际运行数据，包括电压、电流、输出功率、温度等参数。在监控平台内设计通信接口连接各组系统，通过回传监控信息，便于管理者查看数据中心各处线路的运行状态。图4为智能母线的配电监控功能，图5为智能母线监控系统结构。

3.4节约机房空间

智能母线体积小，在数据中心中占用的空间较少，可在机柜上方安装支架或吊架，为各个机柜供电，且无须安装列头柜和电缆桥架，可以为数据中心机房节省大量空间。节省下来的机房空间可以增设更多的IT设备，不仅降低机房的建设成本，提高数据中心的经济效益和运行效率，而且为数据中心的升级改造预留更大的空间。

3.5使用寿命较长

传统列头柜供电模式的使用寿命一般为10~15年，远低于数据中心的使用年限，在其达到使用年限后需要对整个数据中心供电系统进行改造，不利于数据中心的稳定运行。而智能母线的使用寿命为40年，更加接近数据中心的使用年限，无须在数据中心运行期间更换供电设备，可解决列头柜供电不连续的问题，保障数据中心的运行稳定性。图6为智能母线模块。

图6 智能母线模块

3.6维修方便，升级改造成本低

智能母线可以提升数据中心经济效益，不仅可以降低工程建设成本，而且可以节省运行维护费用。智能母线的使用寿命较长，可以扩容升级改造，降低了机房升级改造的建设成本。同时，由于智能母线的布线较为简单，检查维护方便，可节省大量人力，大幅缩短数据中心供电系统的故障修复时间，提升数据中心的运行效率。

4、智能母线运行方案

数据中心机房不仅包含各种IT设备，还包括照明、监控、制冷、消防等子系统，各设备、系统需要成熟的供电系统来维持运行。将智能母线应用于数据中心末端供电，可以很好地满足数据中心各设备、系统的供电需求。

智能母线由母线槽体、母线接头（连接件和安装工具）、插接箱、支撑件、始端箱、末端盖等部件组成，各部件具有不同的功能。始端箱在智能母线的初始位置，用于连接UPS电源或电缆；连接件负责连接始端箱与母线槽体；支撑件用于吊装智能母线槽体；末端盖保持母线末端的封闭性，防止灰尘等进入槽体；插接箱用于小母线和列头柜的连接。

在数据中心中，UPS主要作为IT设备的电源，而制冷、监控、消防等相关系统则由市电直接进行供电。

在安装智能母线时，需要根据各个机柜的负荷情况合理地配置插接箱，以确保后续供电不会出现故障。若智能母线始端箱采用800A的UPS进行供电，母线应选用160A的规格，同时在对应机柜中安装双路电源分配单元，保障电路的正常运行。

5、安科瑞精密配电及监控系统解决方案

5.1概述

随着数据中心的迅猛发展，数据中心的能耗问题也越来越突出，有关数据中心的能源管理和供配电设计已经成为热门问题，高效可靠的数据中心配电系统方案，是提高数据中心电能使用效率，降低设备能耗的有效方式。要实现数据中心的节能，首先需要监测每个用电负载，而数据中心负载回路非常的多，传统的测量仪表无法满足成本、体积、安装、施工等多方面的要求，因此需要采用适用于数据中心集中监控要求的多回路监控装置。

5.2应用场所

适用于运营商、金融、互联网、企业等数据中心

5.3系统结构

5.3.1交流

5.3.2直流

5.4系统功能

5.4.1主页

开机进入主页，包含进线参数、开关状态、出线参数、报警查询等功能，按按钮可进入各功能界面查看。

5.4.2进线参数监测

监测主路的三相电压、电流、系统频率；各项及总的有功功率，无功功率，视在功率，功率因数，有功电能、无功电能；电流、电压不平衡度；电流、电压谐波含量；*大需量。

5.4.3出线参数监测 

分支回路的电压、电流、有功功率、有功电能、功率因数额定电流设置、各相电流值；负载百分比；*大需量。

5.4.4开关状态

左侧一列为主路开关状态，主路跳闸SD状态、主路防雷开关状态、主路防雷故障点状态，默认为无源检测点，分闸为绿色，合闸为红色。主路右侧的皆为支路开关状态；默认为有源检测点，合闸为红色，分闸为绿色。

5.4.5报警查询

当前报警界面可查看实时报警和历史报警；开关量动作告警；任意数据的定时存储；进线过电流2段阀值越限告警，可任意设定告警值；进线过压、欠压、缺相、过频率、低频率越限告警；声光告警功能。

5.5系统硬件配置

6、安科瑞智能母线监控解决方案

6.1概述

数据中心IT服务器配电传统采用精密配电柜，占用空间较大，配电线缆多，新增设备不便，为了节省面积，智能小母线方案由于不占用机房面积、可按需灵活插拔，受到很多数据中心的青睐，被越来越多的应用。

安科瑞智能母线监控产品分为交流和直流母线监控两类，包括始端箱监测模块、插接箱监测模块以及触摸屏，另外还可以搭配母线槽连接器红外测温模块用于监测母线槽的运行温度，确保母线槽配电安全。通过标准网线手拉手简单组网，可以实现任意插接箱检修或更换时不影响其他在线运行的插接箱的数据上传通讯。

6.2应用场所

适用于运营商、金融、互联网、企业等数据中心

6.3系统结构

6.4系统功能

6.4.1实时监测

在主页点击数据采集按钮后，进入系统图界面：此界面显示了每个箱子的电压。

6.4.2基本参数界面

显示电压、电流、功率、电能等电参数数据，在设备地址旁边的输入框输入本箱子对应的仪表地址，即可实现对箱子中仪表数据的采集。

6.4.3谐波数据

通过点击“箭头”来左右切换2-63次谐波数据。

6.4.4*大需量

显示电压、电流、功率的*大需量的数值及发生时间。

6.4.5电能查询

电能情况可以查询上12月份的每个月用电量、上一年总用电量、本年已用电量、根据选择不同时间查询电能值。

6.5系统硬件配置

7、结语

数据中心末端供电系统作为机房中一个重要的子系统，其稳定性是保障IT设备正常运转的重要因素。传统的列头柜供电模式已经不能适应数据中心发展的需要，而采用智能母线供电模式，不仅可以提高数据中心空间利用效率，在运维阶段，也可大幅提高数据中心的可用性，维持配电系统的持续性和供电的稳定性。同时，智能母线供电模式大幅简化了机房布线方式，维护检修更加方便，同时预留较大的机房升级空间，使数据中心扩容更加灵活。

参考文献

[1] 宋伟男，邵安，朱述振，等.小母线配电模式在数据中心的应用研究[J].科技创新与应用，2022，12（3）：172-174.

[2] 盖琪彦.数据中心供配电设计简析[J].建筑电气，2021，40（12）：42-48.

[3] 陈洪鹏.智能母线在数据中心的运用分析.

[4] AcrelEMS-IDC数据中心综合能效管理解决方案-样本

[5] 数据中心解决方案样本2022.04版

作者介绍

魏健辉，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要从事数据中心相关产品的研发及应用。手机：13681652469（微信同号）