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母线在大型电子信息系统机房的运用

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摘要:结合某电子信息系统机房配电设计,对比放射式列头柜布线方式与树干式插接母线配电。得出结论:在大型电子信息系统机房内采用树干式插接母线能够提供更多的服务器机柜空间,且施工工艺简单,可靠性高。

关键词:电子信息系统机房;配电干线;放射式;树干式;电源列头柜;施工工艺;经济性;可靠性

0引言

我国早期的电子信息系统机房,为成行排列的机柜提供电源配线管理的设备(一般位于一列机柜的端头)都少不了一个列头柜,电源管理占据一个机柜位置,减少了安装服务器设备的机柜数量。为合理利用机房,提供更多的服务器安装空间,母线的应用逐渐得到关注。母线采用树干式供电方式、积木式安装、智能化管理,在大型电子信息系统机房中有着独特优势。

1两种供电方式的对比分析

1.1放射式列头柜布线方式

传统放射式电缆供电方式的特点是每个负荷由一单独线路供电,中间无连接点,理论上可靠性高,但由于工艺要求高、施工时间长、施工难度大,系统可靠性很大程度上与施工人员的素质和工艺水平相关,所以供电安全性存在一定的不可控因素。典型的放射式电缆接线常用于小型机房点对点连接,其中电缆两端连接点都是现场施工连接,与电缆材质和开关型号以及压接扭矩息息相关。常见的由于施工人员施工不规范导致的故障包括接头松动、标识标牌脱落、标识顺序与现场不匹配等。

1.2树干式插接母线配电新型

树干式母线供电方式由主干母线、插接箱、机柜端母线始端箱及测量单元、分支母线、机柜末端插接箱及多功能表采集智能终端组成,其特点是各段母线之间有多个连接点,理论上可靠性比整条电缆的可靠性低,但由于其对母线的温升、电流、电压、功率等参数进行监控,可实现主动式配电智能管理。

1.3经济性

对比载流量和介质相同,母线比电缆价格要高。以1000A母线为例,当电缆载流量要达到1000A,需要采用两组相同4+1模式、截面积240mm2电缆并联使用,电缆截面积越大,搬运越困难,施工进度越缓慢;线槽受电缆敷设拉力影响,容易引起变形,在大型电子信息系统机房中,敷设距离最远处大于100m也是常态。同时由于摩擦容易刮伤电缆外皮防护层,施工成本远高于母线安装成本,人力投入也高。

2工程案例分析

以某商业银行B级机房为例,如图1所示。主机房净面积293.36m2。原设计为96个机柜,6个配电电源列头柜,每个电源列头柜由配电室A、B两路各引入一条WDZA-4×120+1×70mm2电缆:a.电源列头柜JAP-A1和JAP-B1分别引出90个回路,其中16个备用回路,分支回路电缆WDZA-3×6mm2分别连接I、J、K列机柜内两个智能PDU插座,共37个机柜。b.JAP-A2和JAP-B2电源列头柜分别引出80个回路,其中14个回路作为备用,分支引出电缆WDZA-3×6mm2分别连接E、F、G、H列机柜内的两个智能PDU插座,共33个机柜。c.JAP-A3和JAP-B3列头柜分别引出70个回路,其中16个回路作为备用,分支引出电缆WDZA-3×6mm2分别连接A、B、C、D列PDU插座,共26个机柜。从电缆敷设原则来看,先敷设大电缆,后敷设小电缆;先敷设长电缆,后敷设短电缆等。以往机房建设中一般采用开放式桥架,有利于电缆散热,因此要求敷设水准高:既要避免交叉,又要整齐划一;既要横平竖直,又要符合拐弯半径,这在实际工作当中很难实现。大电缆敷设,人力物力投入多,施工工艺繁琐、复杂,当建筑物有风管和框架结构梁等阻碍时,桥架还要上升或下降。大电缆也要根据桥架起伏紧贴绑扎,电源列头柜输出分支回路较多,接线工艺同样复杂,既要统一排序,又要有标识标牌,即使很熟练的老工人,也很难做到排线一致有序。

3树干式母线配电技术的应用发展

随着科学技术的发展进步,新技术、新工艺、新产品不断地创新,放射式电缆敷设,虽然供电可靠性比树干式高,但存在工艺要求高、施工难度大、不易扩展等诸多弊端。通过电气科研人员不断对树干式母线系统配电安全的研究,无论是搭接还是插接方式,母线接头的稳定性都有很大的提高,结合定期维护保养和仪器设备对母线接头温升、电流进行监控,可以尽可能减小事故发生的概率。

4工程案例的应用

将放射式电源列头柜布线改为树干式插接母线配电,如图2所示,由两条主动脉水平配电干线母线从配电房UPS系统引来。每列机柜端头母线设插接端口,由插接箱(如图3所示)引出WDZA-YJVR-4×50+1×25mm2电缆,连接始端箱,之后由始端箱引至空心小母线(主要原因是空心母线有利于做大插接端面,保持良好的接触面)。在空心小母线上,采用末端机柜插接箱引出至机柜PDU智能插座,在始端箱设备和末端机柜插接箱都设智能电量仪监测;同样还在末端机柜插接箱里设三级SPD。SPD的选择,根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》第4.3.8条第4款要求:在低压电源线路引入的总配电箱、配电柜处应装设I级试验电涌保护器(测试波形为10/350μs,相关参数要求冲击电流Iimp≥12.5kA;试验电涌保护器电压保护水平Up≤2.5kV);同时根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》第6.4.6条及第6.4.7条,通过相关公式计算出电梯机房、网络机房、消防控制室等弱电机房配电箱要求安装试验电涌保护器电压保护水平Up≤1.25kV。这样设计的目标,就是为了省去电源列头柜,以利于服务器的扩展,更好地利用电子信息系统机房的资源,如精密空调、动环监控等。经修正,可以减少6个电源列头柜,与之相反能增加6个机柜。

5母线配电技术的发展趋势

随着城市化进程的加快,土地出让金和建筑成本逐年提高,从而导致机房建设成本水涨船高。据文献记载,目前全球90%以上电子信息系统机房采用电缆作为最后50m配电线[2]。由于电缆连接的一些局限性:不易扩展、施工难度大等,虽然早期投资比母线较便宜,但随着IT技术的快速发展,摩尔定律不断突破,大规模电子信息系统机房和超大规模电子信息系统机房不断地更新换代,电缆连接供电难以适合新的需求。母线可扩展性、重复利用性、全生命周期长、防电磁干扰、积木式搭接方式等优点,适合大规模电子信息系统机房和超大规模电子信息系统机房建设,更加合理地省去电源列头柜,为电子信息系统机房的信息拓展提供了强有力的保障。

6结语

树干式插接母线配电虽然还未大范围普及,但在大规模电子信息系统机房和超大规模电子信息系统机房建设中,其应用开始逐年增加,也是发展趋势所需。大规模电子信息系统机房和超大规模电子信息系统机房如采用传统放射式列头柜布线方式,会更加复杂,不利于工程管理和运行维护。随着电子信息系统机房的发展及母线设计的不断完善,笔者认为,未来母线配电方式在大型电子信息系统机房的应用将会成为一种主流。

参考文献:

[1]中国电子工程设计院.GB50174-2008电子信息系统机房设计规范[S].北京:中国计划出版社,2009.

[2]杨萌蕾.中低压母线槽在数据中心机房的应用研究[J].电子制作,2015(3):23-24.

[3]机械工业部设计研究院.GB50057-2010建筑物防雷设计规范[S].北京:中国计划出版社,2011.

[4]中国建筑东北设计研究院.JGJ16-2008民用建筑电气设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[5]杨占元.母线槽的行业现状及发展[J].电气工业,2003(4):8-11.

[6]中国电力工程顾问集团西南电力设计院.GB50217-2007电力工程电缆设计规范[S].北京:中国计划出版社,2008.

[7]东北电力设计院.DL/T5222-2005导体和电器选择设计技术规定[S].北京:中国电力出版社,2005.

[8]中国航空规划设计研究总院有限公司.工业与民用供配电设计手册[M].4版.北京:中国电力出版社,2016.

[9]张广明.数据中心UPS供电系统的设计与应用[M].北京:人民邮电出版社,2008.

作者:1.段卫文;2.赵旋宇;3.李家琪 单位:1.深圳市达特照明股份有限公司,2.中国南方电网电力调度控制中心,3.国网江西省电力公司永新县供电分公司

母线在大型电子信息系统机房的运用责任编辑:张雨    阅读:人次