数据中心机房机柜母线的布置方式探讨(上篇)

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。

*本文将分为上、下两篇

关键词：数据中心、机房、列头柜、机架母线、滑轨式、直列式、微模块、柜顶空间

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数据中心配电系统

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

依据这个结构，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）。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，采用市电一个是安全可靠、成本低，只要付电费就可以。但数据中心需要24小时全天候运行，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，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。

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。

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数据中心母线配电解决方案

1、母线的划分

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）

• 机房母线（俗称小母线）

• 其它母线（如照明、防火母线等）

* 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

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。

机房母线分类：

• 滑轨式母线（代表厂家U家、突破电气等）

• 直列式母线（代表厂家S家，W家等）

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。

直列式母线结构及插接箱安装方式：

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。

3、母线在数据中心的运用场景

• 总变配电系统：动力大母线

• 低压配电柜输电到机房配电柜

• UPS配电柜配电到机柜母线始端箱或列头柜（替代电缆）

• 终端配电系统：机房小母线

• 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）

4、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，如图下所示：

• 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 800 mm 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，如下图：

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机房母线的运用方案

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：

• 1路交流，1路直流

• 2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），如下图所示。

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：

1. AB -4路布置

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。具体情况如下图所示：

对置式布置

 I字型部置

ii.  AB -2路布置

• 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）

中置式布置

U字型部置

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。

未完待续，

敬请期待《数据中心机房机柜母线的布置方式探讨(下篇)》……