胡冠楠

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定

摘要：随着各行业信息化的建设，数据中心机房机柜电功率的预设定问题，并且介绍了如何通过精密配电产品去控制机柜的电流以及精密配电产品的功能和具体应用要点。

关键词：机柜电功率的预设定；精密配电；分支回路；热插拔；零地电压

0引言

新一代数据中心对供电系统的可靠性及可管理性要求越来越高。IT用户需要对信息设

备的供电系统进行更可靠与更灵活的配电、更精细化的管理、更准确的成本消耗等。

UPS配电系统作为新一代数据中心机房UPS配电系统结构图。

从图1看到，在UPS输出和负载机柜之间，可以设置传统的电源列头柜（指放在一列机柜头部用于配电的机柜，俗称列头柜），为后面的负载机柜进行供电，也可以设置精密配电柜。精密配电柜不但完成传统的电源列头柜的配电功能，同时还可以具有许多强大的监控管理功能，使得数据中心的管理者随时可以了解负载机柜的加载情况、各配电分支回路的状态、各种参数以及不同机群的电量消耗等。

图1UPS配电系统

1机柜电功率的预设定问题

从数据中心机房电源、空调设计的出发点。为此，电信规范专门给出表格（见表1），根据不同的机房，对机柜的电功率进行预先设定，从而再去确定UPS和空调系统的容量。

表1机柜电功率预设定

从表1可以看出，不同的机柜电功率对应不同的机柜电流值，要设定的机柜电功率实际上也就是控制单机柜的电流。在没有采用精密配电柜的场合，有些用户在负载机柜上加电流表来控制单机柜的电流，这样的控制方式很直观，现场就可以读出电流值，如图2所示。

图2单机柜电流表

但是这样控制机柜电流的方式有许多解决不了的问题。目前数据中心机房内的负载基本上都是双电源负载，而采用机柜内安装两个电流表的方式，电流的控制需要将读数进行现场相加，这样做很不方便，且几乎不太可能实现，因为负载随应用是不断变化的。另外一个问题就是负载机柜的电功率即使超出预先的设定值，系统也没有办法进行报警。并且，这样的控制方式没有办法纳入到机房监控系统中。

从以上的介绍中，可以看到传统配电遇到了挑战，它没有办法解决数据中心电气系统设计的思路，给配电系统赋予更强大的管理和监控功能，这时精密配电产品应运而生，艾默生服务器电源管理系统SPM（ServerPowerManagement）可以满足这一需求。图3是精密配电产品的两种典型的系统图，分为单母线系统和双母线系统两种类型。

从图3可以看出，精密配电柜的一个分支回路或是两个分支回路对应一个机柜。精密配电柜可以监测每一个分支回路的额定电流、实际电流以及电流百分比，具体见精密配电柜的液晶监控显示，如图4所示。同时精密配电柜具有支路负载两段的阈值报警功能，比如说单机柜功率按照4kVA进行预设定，对应的单机柜*大电流为18A，这时可以选择25A的分支开关，当负载电流达到分支开关的60％时，系统报警；当负载电流达到分支开关的80％时，系统还可以进行报警，而且60％和80％的阈值点可以通过液晶监控屏幕进行修改（见图5）。

图3两类母线系统

图4监视的电流读数

图5过载报警

通过以上介绍，知道精密配电产品可以很好地解决机房机柜电功率预设定的问题，而且通过后台的机房监控系统，可以将任意的两个支路电流进行叠加，从而避免了机柜上安装两个电流表的弊病。

2精密配电柜的强大功能

.       安全管理功能

全面的电源管理功能，将配电系统纳入机房监控系统，监测内容丰富。对配电母线可以监测三相输入电压、电流、频率、总功率、有功功率、功率因数、谐波百分比、负载百分比等。同时还可以监测所有回路（包括每一个输出支路）断路器电流、开关状态、运行负载率等，使用户对机房配电系统运行状况一目了然，也便于用户及早发现安全隐患，有效回避风险。

（2）运营成本管理功能

精密配电产品实时侦测每一服务器机架的运营成本，精确计算及测量每一服务器机柜、每一路开关的用电功率和用电量。通过后台监控系统可以分月度、季度、年度进行报表统计。

（3）记录及报警功能

精密配电产品支持历史记录功能，支持丰富的报警功能，包括主路的过压、欠压、缺相、掉电、过流、超高阈值、超低阈值、开关断开，以及系统的报警等。

（4）轻松纳入机房监控系统

精密配电产品提供RS232/485或SNMP多种智能接口通信方式，可以纳入到机房监控系统中，其所有信息通过一个接口上传，系统更加可靠，节省监控投资。液晶监控面板可以保存1000条报警信息，每个报警都有开始和结束的时间，便于故障分析。其报警类型和显示形式如图6和表2所示。

图6报警类型表2报警类型

3精密配电柜的选择与使用

随着IT用户对配电可管理性的要求越来越高，精密配电产品应用的场合越来越多。其规格一般有20kVA、40kVA、60kVA、80kVA、100kVA、120kVA等六种规格。精密配电产品根据不同的场地需求，可选用单母线系统或者双母线系统。其支路断路器可以选择固定式断路器，也可以选择热插拔可调相断路器。支路断路器容量有16A、25A、32A、63A，单极或三极可选。当分支回路选择热插拔可调相断路器时，系统不断电即可进行检修、扩容，同时不用改变后端的电缆接线就可进行三相负载的调平衡，非常灵活方便。通过图7看到，只需要将开关拔下，重新调整开关后端的拨动开关到相应的位置，再重新将开关安装到导轨上，就可

以很方便地调整机房的三相负载平衡。

为了解决机房的零地电压问题，精密配电产品还可以内置隔离变压器。在目前的机房工程投标中，招标方甚至会提出“零地电压小于1V或小于2V"的指标。降低零地电压有很多措施，这些措施都可以不同程度的降低零地电压，但在工程实践中，都不敢保证目前有些用户提出的“保障IT设备的输入零地电压差小于2V"的要求。如果要达到上面的要求，*可靠的措施就是在IT负载前端加隔离变压器，并将隔离后的中性线接地（见图8、图9）。如果采用精密配电柜做电源列头柜，可以使IT负载输入端零地电压降低到小于0.5V的水平，从而*有效地保证了IT负载的良好供电环境。

图7热插拔开关图8隔离变压器

图9隔离变压器系统图

4安科瑞AcrelEMS-IDC数据中心综合能效管理系统

4.1平台组成

安科瑞电气紧跟数据中心能效、资源利用率和可用性，提高运维效率并降低运维成本。

AcrelEMS数据中心的能源管理提供监测和控制，主要分为电力监控、动环监控、能耗统计分析（能源管理）、蓄电池监控、精密配电监控、智能母线监控、智能照明、消防相关的子系统。

4.2平台拓扑图

4.3精密配电管理系统解决方案

系统可以展示精密配电柜内进线和馈线回路电气参数，包括电流电压功率电能以及开关状态，并可以对数据进行报警设置和分级，数据取自精密配电柜测量模块。

5产品选型

6小结

UPS配电系统作为新一代数据中心电气设计及应用的重要发展方向。

7参考文献

[1]朱利伟.数据中心机房精密配电解决方案

[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版