趙娜
(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(yùn)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(yùn)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(diǎn)
近年來,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,內(nèi)數(shù)據(jù)中心市場逐漸擴(kuò)大,投資規(guī)??焖僭鲩L,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(diǎn):
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(jī)制保證其可靠穩(wěn)定的運(yùn)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(dú)立電源供電之外,還在數(shù)據(jù)中心配備事故備用柴油機(jī)發(fā)電機(jī)、大容量UPS等,同時在數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)故障處理機(jī)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)較般建筑配電系統(tǒng)加復(fù)雜,正是由于以上用電可靠性的特點(diǎn),所以在與般建筑配電系統(tǒng)相比,數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)增加了柴油發(fā)電機(jī)、大容量UPS等,使得其結(jié)構(gòu)上也加復(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)美環(huán)保署報告,2011年美的數(shù)據(jù)中心全年累計耗電1000億kwh,占全美當(dāng)年總耗電量的1.5%,電費(fèi)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(diǎn),數(shù)據(jù)中心用電管理顯的尤為重要,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(diǎn)。針對不同控制系統(tǒng),我們將采取不同解決方案。
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(hù)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(jìn)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(jī)保護(hù)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(dá)200條的SOT事件記錄。AM5系列微機(jī)保護(hù)裝置對供配電系統(tǒng)提供不間斷保護(hù),旦有故障發(fā)生、裝置能在40ms內(nèi)斷開故障回路,保護(hù)次設(shè)備和非故障回路正常運(yùn)行,避免事故擴(kuò)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(jìn)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(jìn)行防錯處理;
4.通過硬件電路對輸入/輸出回路進(jìn)行保護(hù)。
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(hù)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(hù)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(diǎn),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(jìn)線的母線電壓+1路三相進(jìn)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。通過安裝于面板上的顯示終端可查看進(jìn)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(jìn)行化調(diào)節(jié),達(dá)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(jìn)線回路電流般都比較大,能夠達(dá)到幾百安培,出線回路電流都比較小,般都在63安培以下,且負(fù)載路數(shù)比較多等用電特點(diǎn),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(xì)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(jìn)線、多路出線的電參量測量監(jiān)控、進(jìn)出線電壓電流諧波測量、開關(guān)狀態(tài)指示、對進(jìn)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(kuò)展性強(qiáng),可監(jiān)測2路進(jìn)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(jī)接口實現(xiàn)界面化操作,方便用戶使用;
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(jī)保護(hù)裝置 | 安科瑞 AM5-T | 四段相間定時限過流保護(hù)、IO1過流、IO2過流、控制回路斷線告警、低電壓保護(hù)、PT斷線告警、三相次重合閘、相/序反時限過流保護(hù)、過電壓報警、過電壓跳閘、序過壓、非電量保護(hù)、過負(fù)荷啟動冷風(fēng)/閉鎖輸出 |
2 | 微機(jī)保護(hù)裝置 | 安科瑞 AM5-F | 差動速斷保護(hù)、比率差動保護(hù)、四段相間定時限過流保護(hù)、IO1過流、IO2過流、控制回路斷線告警、低電壓保護(hù)、PT斷線告警、三相次重合閘、相/序反時限過流保護(hù)、低周減載、合閘后加速、頻率保護(hù) |
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(jìn)線的母線電壓+1路三相進(jìn)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(jìn)線的母線電壓+2路三相進(jìn)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(hù)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(jìn)線、出線回路電參數(shù)檢測、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測、負(fù)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(hù)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(hù)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(hù)型電流互感器。zui大可測電流為100A,變比為100A/20mA |
3 總結(jié)
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(yùn)行過程中的效果,為多的數(shù)據(jù)中心設(shè)計理念在中廣大數(shù)據(jù)中心的落實提供實際運(yùn)行數(shù)據(jù)和依據(jù)。希望通過的采用,讓內(nèi)數(shù)據(jù)中心加穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。
[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(jī)保護(hù)裝置二次電路圖冊 2013.09
作者簡介:
趙娜,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,: 8 :8