淮亞利
安科瑞電氣股份有限公司 上海 嘉定 201801
引言
數(shù)據(jù)中心是一個聚集了大量服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及配套UPS、精密空調(diào)等設(shè)備的IT設(shè)備場所，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的集中處理、存儲、傳輸、交換和集中管理等業(yè)務(wù)的服務(wù)平臺。從物理層次看，數(shù)據(jù)中心主要由IT設(shè)備、配電系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)三部分組成。IT設(shè)備用于數(shù)據(jù)處理(服務(wù)器)、數(shù)據(jù)存儲(存儲設(shè)備)以及通訊(網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心功能的核心部分；配電系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)是實現(xiàn)IT設(shè)備系統(tǒng)的正常運行的保障。配電系統(tǒng)用于提供穩(wěn)定的供電電源，實現(xiàn)直流一交流轉(zhuǎn)換，并確保為IT設(shè)備提供可靠、高質(zhì)量的電源；供電電源質(zhì)量的好壞直接會影響到IT設(shè)備的安全運行，空調(diào)系統(tǒng)確保IT設(shè)備在正常的溫度和濕度下工作。
1 數(shù)據(jù)中心用電規(guī)模及特點
近年來，國內(nèi)各行業(yè)業(yè)務(wù)處理對信息技術(shù)的依賴不斷增加，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心市場逐漸擴大，投資規(guī)模快速增長，對用電的需求也逐年增加，通過對數(shù)據(jù)中心用電情況的分析，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心用電主要呈現(xiàn)以下幾個特點：
1.1 數(shù)據(jù)中心用電可靠性是數(shù)據(jù)中心核心要求，需要完備的故障處理機制保證其可靠穩(wěn)定的運行。所以在數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)中，除了正常的配電系統(tǒng)中采取的雙回路獨立電源供電之外，還在數(shù)據(jù)中心配備事故備用柴油機發(fā)電機、大容量UPS等，同時在數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)故障處理機制方面，會考慮到供電電源失電、母線故障、開關(guān)跳閘和開關(guān)柜動等一系列非正常情況下如何zui大限度地滿足設(shè)備用電可靠性的要求。
1.2 數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)較一般建筑配電系統(tǒng)更加復(fù)雜，正是由于以上用電可靠性的特點，所以在與一般建筑配電系統(tǒng)相比，數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)增加了柴油發(fā)電機、大容量UPS等，使得其結(jié)構(gòu)上也更加復(fù)雜。
1.3 數(shù)據(jù)中心用電呈現(xiàn)大規(guī)模、高密度的趨勢，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為新的“電老虎”，根據(jù)美國環(huán)保署報告，2011年美國的數(shù)據(jù)中心全年累計耗電1000億kwh，占全美當年總耗電量的1.5%，電費約74億美元，數(shù)據(jù)中心耗電量同樣驚人，據(jù)IDC報告，2005年數(shù)據(jù)中心的耗電量是用電量的0.8%，同時單個已經(jīng)上升到萬千瓦級別，數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模發(fā)展、高密度的發(fā)展，這樣就會增加數(shù)據(jù)中心配電柜要求。
2 數(shù)據(jù)中心用電管理解決方案
根據(jù)以上數(shù)據(jù)中心的用電規(guī)模及特點，數(shù)據(jù)中心用電管理顯的尤為重要，一套合理的解決方案不僅可以保障數(shù)據(jù)中心用電安全，還可以大大提高數(shù)據(jù)中心用電能效，下圖為常見數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)圖，大致可分為電源自動控制系統(tǒng)、精密配電監(jiān)測系統(tǒng)和精密配電柜監(jiān)測系統(tǒng)，每個系統(tǒng)都會呈現(xiàn)不同的用電特點。針對不同控制系統(tǒng)，我們將采取不同解決方案。
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圖1數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)圖
2.1 電源自動控制系統(tǒng)
本系統(tǒng)主要實現(xiàn)按照不同設(shè)計要求，在不同場景下實現(xiàn)電源之間的切換控制功能，為數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供電電源，我們采用電力監(jiān)控系統(tǒng)Acrel-2000，該系統(tǒng)可實現(xiàn)對中低壓柜上的保護測控裝置、多功能電力儀表、溫控儀、直流屏以及其他各種能通過通訊接口或者脈沖、模擬量等方式接入監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備進行數(shù)據(jù)監(jiān)控，本系統(tǒng)中，主要采用的是電能質(zhì)量分析儀表APMD系列和AM5微機保護裝置作為測控裝置，APMD系列集成了全部電力參數(shù)的測量，同時它具有多種外圍接口功能可供用戶選擇，帶有RS485通訊接口，采用MODBUS-RTU協(xié)議可滿足通訊聯(lián)網(wǎng)管理的需要，帶開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實現(xiàn)斷路器開關(guān)的“遙信”和“遙控”的功能，非常適合于實時電力監(jiān)控系統(tǒng)，還可選配大容量的SD卡用于保存各種故障信息和多達200條的SOT事件記錄。AM5系列微機保護裝置對供配電系統(tǒng)提供不間斷保護，一旦有故障發(fā)生、裝置能在40ms內(nèi)斷開故障回路，保護一次設(shè)備和非故障回路正常運行，避免事故擴大。針對除邏輯滿足設(shè)計需求之外，系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠是該級系統(tǒng)的核心要求，為滿足系統(tǒng)控制高穩(wěn)定可靠性，我們還可通過控制實現(xiàn)的硬件和軟件方面通過一系列措施提高系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，主要包括：
硬件措施：
1.改進安裝環(huán)境；
2.提升電源質(zhì)量，系統(tǒng)可靠接地；
3.通過硬件電路對輸入/輸出信號進行防錯處理；
4.通過硬件電路對輸入/輸出回路進行保護。
軟件措施：
1.增加互鎖邏輯，防止誤操作；
2.利用計時器，過濾偽輸入信號和干擾信號；
3.跟蹤現(xiàn)場設(shè)備的動作時間，保護設(shè)備安全；
4.增加鎖定邏輯，提高系統(tǒng)對設(shè)備故障的判斷能力；
5.設(shè)置停電記憶功能，保護數(shù)據(jù)安全。
2.2 精密配電監(jiān)測系統(tǒng)
精密配電監(jiān)測系統(tǒng)包含低壓配電柜和UPS，根據(jù)低壓配電柜特點，我們公司推出了以AMC16Z為主體模塊的數(shù)據(jù)中心電源管理系統(tǒng)軟件，該模塊可監(jiān)測測量三相總進線的母線電壓+1路三相進線的電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能+21路單相出線（7路三相）的電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能+1路開關(guān)量輸出+1路RS485通訊+21路有源開關(guān)量輸入（AC220V）+1路無源開關(guān)量輸入。通過安裝于前面板上的顯示終端可查看進出線的測量數(shù)據(jù)和開關(guān)狀態(tài)，并可設(shè)定設(shè)備的參數(shù)及整定值等，所有的數(shù)據(jù)可通過RS485口連接到后臺配電管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了對精密配電的集中監(jiān)測。再配合能效管理軟件，可對配電進行優(yōu)化調(diào)節(jié)，達到節(jié)能降耗的目的。
2.3 精密配電柜監(jiān)測系統(tǒng)
考慮到精密配電柜中其進線回路電流一般都比較大，能夠達到幾百安培，出線回路電流都比較小，一般都在63安培以下，且負載路數(shù)比較多等用電特點，我們公司推出了數(shù)據(jù)中心電源管理系統(tǒng)軟件，本系統(tǒng)軟件通過安裝于列頭柜中的AMC16M系列產(chǎn)品實現(xiàn)對服務(wù)器末端的IT設(shè)備精細化管理，該管理系統(tǒng)包括了對數(shù)據(jù)中心服務(wù)器電源的全方面的管理，可實現(xiàn)對兩路進線、多路出線的電參量測量監(jiān)控、進出線電壓電流諧波測量、開關(guān)狀態(tài)指示、對進線過電流、欠電流2段閥值越限告警、過壓、欠壓、缺相、過頻、低頻率越限告警功能，可對故障起到預(yù)防作用，便于預(yù)先采取措施等實現(xiàn)全面的監(jiān)測，精密配電柜監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：
1.高集成監(jiān)測設(shè)備，單套儀表可完成數(shù)十臺傳統(tǒng)儀表完成的功能；
2.可擴展性強，可監(jiān)測2路進線和36路電參數(shù)狀態(tài)；
3.監(jiān)測配電開關(guān)的開閉狀態(tài)；
4.通過人機接口實現(xiàn)界面化操作，方便用戶使用；
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圖2 數(shù)據(jù)中心用電管理解決方案系統(tǒng)圖
數(shù)據(jù)中心用電管理解決方案設(shè)備清單 |
序號 | 名稱 | 型號 | 計量單位 |
1 | 微機保護裝置 | 安科瑞 AM5-T | 四段相間定時限過流保護、IO1過流、IO2過流、控制回路斷線告警、低電壓保護、PT斷線告警、三相一次重合閘、相/零序反時限過流保護、過電壓報警、過電壓跳閘、零序過壓、非電量保護、過負荷啟動冷風/閉鎖輸出 |
2 | 微機保護裝置 | 安科瑞 AM5-F | 差動速斷保護、比率差動保護、四段相間定時限過流保護、IO1過流、IO2過流、控制回路斷線告警、低電壓保護、PT斷線告警、三相一次重合閘、相/零序反時限過流保護、低周減載、合閘后加速、頻率保護 |
3 | 電能質(zhì)量分析儀表 | 安科瑞 APMD700 | 測量三相電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、視在功率、有功電能、無功電能、電網(wǎng)頻率、1路有功電能脈沖、RS485、4DI/2DO、總諧波含量、LCD大屏幕彩屏顯示 |
4 | 多功能電表 | 安科瑞AMC16-E4A | 測量三相電壓、電流、平均電流、平均電壓、有功功率、無功功率、總無功功率、視在功率、功率因數(shù)、計量四象限電能、2DI/1DO、RS485、專設(shè)防雷電路、防雷能力5KA |
5 | 數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置 | 安科瑞 AMC16Z | 測量三相總進線的母線電壓+1路三相進線的電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能+21路單相出線（7路三相出線）的電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、1DO、RS485、21DI（有源）、IDI（無源） |
6 | 數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置 | 安科瑞 AMC16MA | 測量三相總進線的母線電壓+2路三相進線的電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能+36路單相出線（12路三相）的電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能+1路開關(guān)量輸出+1路RS485通訊 |
7 | 開關(guān)量模塊 | 安科瑞 ARTU-K32 | 32路開關(guān)量采集、RS485/Modbus協(xié)議，SOE事件記錄 |
8 | 觸摸屏 | 安科瑞TPC7062KX | 數(shù)據(jù)采集、顯示、儲存、查詢、轉(zhuǎn)發(fā) |
9 | 電力監(jiān)控系統(tǒng) | Acrel-2000 | 分層分布式設(shè)計，可分為站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場設(shè)備層三層，根據(jù)用戶用電規(guī)模、可根據(jù)用電設(shè)備分布和占地面積等多方面的信息采用zui合適的組網(wǎng)方式，可實現(xiàn)對中低壓柜上的保護測控裝置、多功能電力儀表、溫控儀、直流屏以及其他各種能通過通訊接口或者脈沖、模擬量等方式接入監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)控。 |
10 | 數(shù)據(jù)中心電源管理系統(tǒng)軟件 | 數(shù)據(jù)中心電源管理系統(tǒng)軟件 | 進線、出線回路電參數(shù)檢測、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測、負荷百分比檢測；三相電壓、三相電流不平衡度檢測；越限告警、事件記錄、數(shù)據(jù)上傳 |
11 | 電流互感器 | 安科瑞 AKH-0.66-50II150/5 | 與AM5配套使用的保護型電流互感器，zui大可測量150A，變比為150A/ |
安科瑞 AKH-0.66I | 與AMC16-E4A配套使用，zui大變比3000A/ |
安科瑞 AKH-0.66 30I 200/5 | 與AMC16MA配套使用的保護型電流互感器，zui大可測量200A，變比為200A/ |
安科瑞 AKH-0.66W | 與AMC16M監(jiān)測產(chǎn)品配套使用的保護型電流互感器。zui大可測電流為100A，變比為100A/20mA |
3 總結(jié)
更注重在使用過程中安全穩(wěn)定地滿足用戶要求，驗證了數(shù)據(jù)中心的設(shè)計理念在數(shù)據(jù)中心實際運行過程中的效果，為更多的數(shù)據(jù)中心設(shè)計理念在中國廣大數(shù)據(jù)中心的落實提供實際運行數(shù)據(jù)和依據(jù)。希望通過的采用，讓國內(nèi)數(shù)據(jù)中心更加穩(wěn)定可靠地運行。
參考文獻
[1].：徐斌/古雄文/劉巖
[2]安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品選型手冊2013.08版
[3]20kV及以下變電所微機保護裝置二次電路圖冊 2013.09
作者簡介：
淮亞利，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為數(shù)據(jù)中心配電柜設(shè)計，: 50 :50
