数据中心母线布置方式
经常在一些与客户的技术交流过程中,遇到关于机柜母线如何部署的问题。本文将结合数据中心机房机架顶部布设、空调方案、通信走线、消防、照明等空间需求,针对母线设计思路、部署方式等问题进行探讨。
在开始讨论母线方案之前,我们先了解下数据中心的配电系统结构。
(1)数据中心配电产品结构
依据图1结构,我们可以将数据中心的供配电系统划分为三个层次:
①第一层:接入层配电
总变配电系统:高低压配电柜变压器柴油发电机组成数据中心总配电系统。
②第二层:机房配电
机房配电系统:低压配电柜和UPS,UPS配电柜和精密空调柜等组成。
③第三层:机柜配电
末端配电系统:列头柜或机房专用母线系统(交流方案、交直流方案),电源分配单元(下简称PDU)、工业连接器及服务器自锁电源线。
(2)数据中心的电力冗余安全性配置
根据美国标准TIA-942《数据中心的通信基础设施标准》,考量基础设施的“可用性”、“稳定性”和“安全性”,将IDC分为四个等级(Tier1,Tier2,Tier3及Tier4)。见表1。其中,T4标准是第三方机房里最高级别,其最大特色在于可提供容灾服务。
T4:容错级。提供多个系统同时工作,也就是常说的2N或者2(N+1)系统。安全冗余配置一般采用市电和柴油发电机组供电,采用市电安全可靠、成本低,只要付电费就可以。但数据中心需要24h全天候运行,所以一旦市电出现线缆检修停电等情况就需求采用发电机供电。
在数据中心供电的问题上,如果数据中心可以接入两路不同的电网,如图2所示。可以在一路检修的情况下,利用另外一路供电,但假如只有一路市电,那都会备发电机,在停电情况下进行供电。若N代表市电,N+1是一路市电加一路发电机,2N是两路市电,通常还会有2N+1,两路市电,外加发电机做后备。
(3)数据中心的机柜母线配置
机房末端配电系统中母线输电配置也是采用AB路2N方案来设置供电系统方案,同时向服务器关键设备提供双路电源,保障供电的稳定性、可用性、安全性。
(1)母线的划分(见表2)
根据母线的容量、运用环境及主要功能,将母线区分为:动力母线(俗称大母线)和机房母线(俗称小母线)以及其它母线(如照明、防火母线等)。
一般定义800A电流等级为机房母线和动力母线分界点。
(2)机房母线系统
①机房母线设计要求
低温升、智能化、易维护、多插孔、交直流通用。
②机房母线分类
·滑轨式母线;
·直列式母线
(3)滑轨式母线结构及插接箱安装方式滑轨式母线的铜排导体采用环绕式布置,中间形成一个连续的空间通道,底部连续开槽具有密集布置插孔或全程全点位接入分支回路的特点,如图3所示。
(4)直列式母线结构及插接箱安装方式(图4)直列式母线的铜排导体采用并列上下平行布置,母线左右两侧可间隔或密集布置插孔接入分支回路的特点。
(5)母线在数据中心的运用场景(图5)
①总变配电系统:动力大母线;
②低压配电柜输电到机房配电柜;
③UPS配电柜配电到机柜母线始端箱或列头柜(替代电缆);
④终端配电系统:机房小母线;
⑤配电到机柜和其他关键负载在内的终端配电方案。
(*列头柜方案经电缆输配电到机柜和其他关键负载本文不详述)
(6)机房母线供电特点
数据中心主机房中,交流UPS供电系统供电场景,通常在电力机房内设置UPS双总线供电系统(2N或3N方式)。
①在主机房内为每列机架配置1个列头柜,为该列每个机架内的2条PDU设备供电;
②母线供电方案:利用“始端箱+母线槽+插接箱”,代替“列头柜+电缆”为IT设备机柜供电。母线系统(含2个始端箱、2根母线槽及相应数量的插接箱),分别对该列通信机架内的2条PDU设备配电。
传统列头柜和机房母线两种不同配电模式的供电系统对比如图6所示。
·传统列头柜配电模式,UPS设备至列头柜、列头柜至机架,均常采用电缆连接、沿走线架敷设的方式;
·机房母线配电,UPS设备至始端箱采用电缆连接(也可使用大母线配电到始端箱),沿机房电源用主走线架(常用800mm宽)敷设;始端箱至插接箱采用母线槽供电,插接箱至PDU采用电缆连接。
列头柜及机房母线方案优劣势对比如图7所示。
(1)母线布置方案的类型
①柜顶布置(适用于机房层高静空间大于3.2M,含500mm地板)特点:直观，简单，不占用空间，散热好，运维简单。
②柜底布置(适用于机房有防静电地板,仅直列式母线结构)
特点:占用地板下空间影响散热,插接箱向上安装,运维困难、不宜观察,适用于老机房改造项目,下送风冷却方式。
*本文暂仅对柜顶布置进行详细讨论,其简单方便的特点决定机房一般都采用柜顶布置方式。
(2)母线供电模式
数据中心基于供电冗余的考虑,都是采用2N冗余的供配电方式。因此机柜供电均采用AB路母线2N冗余供电,服务器通常都有两路电力输入端口,AB路电源同时接入,目前供电方案中有如下配置方式:
①1路交流,1路直流;
②2路交流,包括双路热备(各50%供电负荷,同时供电);一主一备(100%负荷单路供电,ATS切换回路供电),如图8所示。
(3)母线机柜顶端的布置方式
按母线供电回路划分,机房母线布置方式分为两种:
①AB-4路布置(图9)
如:I字型部署4路母线供电,此种方式采用双路电源4路母线架设在两排微模块机柜后上方,直接为下方PDU配电。简单,清晰,多数采用此部署方案。具体情况如图9所示。
②AB-2路布置(图10)
·中置式部署。2路母线单独供电,此种方式减少了始端箱数量及供电电缆根数,母线整体性更强。但是单路母线负荷更高。另外,母线需要跨过冷通道天窗,需要单独设计。(不推荐)
·U字型部署。2路母线环线供电,在单列机柜末端环绕布置形成单列机柜双路模式,双列机柜假四路供电模式,此种方式减少了始端箱数量及供电电缆根数,母线整体性更强。(推荐)
以上两种布置方案,对比AB双列四路母线方案从成本角度讲无太大区别;母线根数虽减少一倍,但电流等级增大一倍,实际上从成本角度可互相抵消。而在运维及使用方便性上,推荐采用I字型部署四路母线布置方案，更简单、可靠、方便运维。
（来源：《数据中心建设+》杂志）