数据中心机房配电监控产品选型

1、引言进入 21 世纪，国内也兴起了数据中心建设的热潮，尤其是近几年来，数据中心机房的数量、 规模都有大幅增长，从几千平米到上万平方不等，尤以电信、金融、保险以及政府行业为最，由于数 据中心机房所在的特殊应用领域， 其设计与传统民用建筑有诸多不同之处， 数据中心机房是容纳计算 机房极其支持区域的一幢建筑物或建筑物的某个部分，主要放置进行数据处理和数据交换的计算机、 网络设备、电子设备。数据中心是每个单位的核心单元、安全可靠的电气系统对机房设备的稳定、可 靠运行至关重要。根据数据中心电气设计相关标准，数据中心机房的等级可分为A级、B级、C级一A级为容错型（系统A+系统B）; B级为冗余型；C级为基

2、本型，A级等级最高，对用电源要求最为严格，本文 就以某A级数据中心机房为例，对该数据中心的电气系统设计进行详细介绍。1 数据中心机房概况改数据中心机房为6层建筑，面积约为8400就，是当地规模最大、级别最高的数据中心及相 应研发配套的公共服务设施。改数据机房建成后将以银行、保险、通信、软件、服务外包企业为服务重点，集办公、机房服 务为一体， 是具有良好基础设施条件、网络环境、技术支撑平台和管理服务体系的高标准综合服务外 包基地，根据 GB 50174-2008电子信息系统机房设计规范的相关规定，该数据中心机房划定为A级：容错级。2 供配电系统数据中心机房内的机柜按一级负荷中的特别重要负荷供电，

3、 机房内的专用空调系统， 环境和设 备监控系统，消防设备及应急照明、安防系统用电、电梯等按一级负荷供电，数据中心机房供配电系 统图如图 1 所示。数据中心供配电系统采用 2+2冗余，分别为两路10kv高压+UPS蓄电池组+柴油发电机。3路互 为热备+1路冷备（柴油发电机），两路 10kv电源采用分段单母线同时供电互为备用，当一路故障， 另一路能保证该工程一级负荷中特别重要负荷及一级负荷用电； 自备柴油发电机组为一级负荷中特别 重要负荷的第三电源，数据中心设UPS额定输出功率按不小于各设备额定功率总和的1.2倍选择，蓄电池组容量按 15min 配置，柴油电动机作为后备电源。变压器装机台数为7台，

4、总容量为8750kvA，其中数据机房部分 6用1备，6台专用变压器中 任何一台故障，备用的一台自动投入，柴油发电机房内设7台1250kw的柴油发电机，数据机房部分6 台发电机和 6台变压器做一对一的备份，一台冗余。从高压出线到变压器，再到每层机房，数据机 房部分采用“超级”放射式布线。数据中心机房供配电系统远高于GB50174-2008要求的A级（两路互为热备）标准。珂銅 I熬诧忙峙穴帼如帼叽廉削TI帧机“厲-S（贵釦I如:飜严图1数据中心机房供配电系统图3数据中心机房配电解决方案在数据中心机房供配电系统图中，我们根据高低压配电特别区别为高压供配电系统和低压配电系统，针对不同配电系统，我们将采

5、取不同解决方案，下面我们将详细讲解针对不同的配电系统对应配备相应的应用方案。3.1高压配电系统解决方案根据对计算机系统主机停止运行的统计数据，近一半计算机系统主机停运是由电源停止供电造成的，电源包括市电电源、变配电装置、变电所到机房的线路、UPS等，因此，电源及其供配电系统设计对提高数据中心机房供电可靠性起到十分重要的作用。在本系统中，上文我们介绍了采用的是 2+2冗余，分别为两路高压+UPS蓄电池组+柴油发电机, 3路互为热备+1路冷备（柴油发电机），两路10kv电源采用分段单母线同时供电互为备用，可为数据中心系统提供稳定可靠的供电电源，在具体应用方案中我们采用的是电力监控系统Acrel-2

6、000，该系统可实现对中低压柜上的保护测控装置、多功能电力仪表、温控仪、直流屏以及其他各种能通过通讯接口或者脉冲、 模拟量等方式接入监控系统的设备进行数据监控，在本系统中，主要采用的是电能质量分析仪表APMD系列和AM5微机保护装置作为测控装置，APMD系列集成了全部电力参数的测量， 同时它具有多种外围接口功能可供用户选择，带有RS485通讯接口，采用 MODBUS-RT协议可满足通讯联网管理的需要，带开关量输入和继电器输岀可实现断路器开关的“遥信”和“遥控”的功能，还 可选配大容量的SD卡用于保存各种故障信息和多达200条的SOT事件记录。AM5系列微机保护装置对供配电系统提供不间断保护，一

7、旦有故障发生、装置能在40ms内断开故障回路，保护一次设备和非故障回路正常运行，避免事故扩大。图2高压配电系统解决方案图高压配电系统解决方案设备清单序号名称型号计量单位1微机保护装置安科瑞AM5-T四段相间定时限过流保护、I01过流、I02过流、控制回路 断线告警、低电压保护、PT断线告警、三相一次重合闸、相/零序反时限过流保护、过电压报警、过电压跳闸、零序 过压、非电量保护、过负荷启动冷风/闭锁输出2微机保护装置安科瑞AM5-F差动速断保护、比率差动保护、四段相间定时限过流保护、IO1过流、IO2过流、控制回路断线告警、低电压保护、PT断线告警、三相一次重合闸、相 /零序反时限过流保护、低

8、周减载、合闸后加速、频率保护3电能质量分析仪表安科瑞APMD700测量三相电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、视在功率、有功电能、无功电能、电网频率、1路有功电能脉冲、RS485 4DI/2D0、总谐波含量、LCD大屏幕彩屏显示4电力监控系统Acrel-2000可根据用电设备分布等多方面的信息采用最合适客户的组 网方式，可实现对中低压柜上的保护测控装置、多功能电 力仪表、温控仪、直流屏以及其他各种能通过通讯接口或 者脉冲、模拟量等方式接入监控系统的设备的数据监控系 统。5电流互感器安科瑞AKH-0.66-50II150/5与AM5配套使用的保护型电流互感器，最大可测量150A，变比为15

9、0A/5A3.2低压配电系统解决方案uro市电电源】1叫、咎线市电电源21叫“吗叢兰gg由数据中心机房供配电系统图中可见，我们采用的为放射式供电与树干式供电相结合的配电方 式，对于重要负荷：如机房、消防监控中心等设备采用放射式供电；对于一般负荷采用树干式与放射 式相结合的供电方式，一级负荷用电均采用双路电源供电，消防相关设备用电末端互投，特别重要的负荷除双路供电外，还应设柴油发电机组作为备用，后备柴油发电机的容量应包括不间断电源系统， 机房用空调和制冷设备的基本容量及应急照明和消防等关系到生命安全等需要的负荷容量。根据低压配电柜特点，在实施具体方案中，我们公司推出了低压配电系统Acrel-20

10、00 （该系统可同时实现对高低压同时监控） ，低压配电系统主要采用的是 ACR网络电力仪表，其主要是针对电力 系统、工矿企业、公共设施、智能大夏的电力监控需求而设计，它能测量所有的常用电力参数，如三相电流、电压、有功、无功功率、电度、谐波等。由于该电力仪表还具备完善的通信联网功能，非常 适合于实时电力监控系统，该表具有很高的性能价格比，可以直接取代常规电力变送器及测量仪表。图3低压配电系统解决方案系统图低压配电系统解决方案设备清单序号名称型号计量单位1网络电力仪表安科瑞ACR330ELH三相 1、U、kW、kvar、kVA、kWh、Kvarh、Hz、cos；四象 限电能计量； 最大需量；THD

11、u,THD、HRUn/HRIn（2-31次各次 谐波分量）；CF（电压波峰系数）、THFF（电话波形因子）、KF （电流K系数）、£ 1电压不平衡度）、£电流不平衡度） 计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；RS485/Modbus、大屏幕点阵式 LCD图形显示、全中文菜单2网络电力仪表安科瑞ACR220ELH三相 1、U、kW、Kvar、kVA、kWh、Kvarh、Hz、cos；THDu、THDi、2-31次各次谐波分量；四象限电能、RS485/Modbus、LCD显示3电力监控系统Acrel-2000可根据用电设备分布等多方面的信息采用最合适客户的组网

12、方式，可实现对中低压柜上的保护测控装置、多功能电力仪 表、温控仪、直流屏以及其他各种能通过通讯接口或者脉冲、 模拟量等方式接入监控系统的设备的数据监控系统。3.3精密配电柜系统解决方案考虑到精密配电柜其进线回路电流一般都比较大，能够达到几百安培，岀线回路电流都比较小，一般都在63安培以下，且负载路数比较多等用电特点，配备了准备针对精密配电柜开发的多回路监 控装置AMC16M作为主体模块的数据中心电源管理系统，本系统可通过实现对服务器末端的IT设备精细化管理，包括了对数据中心服务器电源的全方面的管理，可实现对三相总进线的母线电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能；84路出线

13、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能；可显示累积的有功电能和增量电能、零地电压、漏电流和零序电流等 电参量的实时监控，并可通过RS485通讯连接到显示终端和后台配电管理系统进行远程管理。1 A J蚪輛書±<M精密配电柜系统解决方案设备清单序号名称型号计量单位1数据监控装置安科瑞AMC16MH测量3相进线的母线电压+2路三相进线及84路单相出线（28 路三相）的电流、有功功率、无功功率、有功电能、无功电 能、最大需量、215分次及总谐波+2路开关量输出+2路 RS485通讯+2路温度检测+4路DI输入+零地电压检测+零序 电流检测+漏电流检测。2开关量监控装置安

14、科瑞AMC16K38路有源开关量输入（AC220V） +4路无源开关量输入+路开关量输出+1路RS485通讯3触摸屏安科瑞TPC7062KX数据采集、显示、存储、查询、转发4精密配电管理系统软件精密配电管理系统软件进线、岀线回路电参量监测、开关状态监测、负荷百分比检 测；三相电压、三相电流不平衡度监测；越限告警，事件记 录，数据上传5电流互感器AMC16MH-CT互感器排与AMC16MH监测产品配套使用的保护型电流互感器，含21路互感器，可测电流为 50A，变比为50A/20mA安科瑞AKH-0.66 30I 200/5与AMC16MH配套使用的测量型电流互感器，最大可测量200A，变比为 2

15、00A/5A3.4实时在线监控电力监控系统为了对整个数据中心的电流分布和功率分布进行全面的实时管理。精密配电单元采用了 AMC16M多回路监控装置，它既可以测量进线侧三相电流、电压、有功功率、无功功率、视在 功率、功率因数、频率，还可同时检测出线多达84路的电流、有功功率、功率因数，同时，可显示累积的有功电能和增量电能。这样有效地对整个配电单元的电气参数进行实时监控和记录，尤其对其电力消耗有实时的了解。可以满足用户对于电能计量的要求，为全面的能耗管理提供了硬件基础， AMC16M多回路监控装置还具有 2路RS-485接口，多回路计量监测装置通过RS-485标准Modbus协议传输数据。通过AM

16、C16MI多回路监控装置，精密配电装置采集了输入和输出的各种电气参数，从而 实现对整个电气系统的监测和管理，以满足数据中心负载水平实时变化条件下的高可靠性。同时。提供对于输岀电流的报警，可有效防止由于过负载所导致的断电发生。3.5精密配电管理系统软件为了达到远程管理的目的，在精密配电监测方案中，我司为其专门开发了精密配电管理系统软件，有了这套管理软件，用户可以通过数据中心后台管理系统对两者进行远程访问，实现电参数值、开关状态、零地电压和漏电流等数据实时监控；还可实现越限告警、事件记录、数据上传等功能。为 了方便客户操作和浏览，我们特意安装了彩色触摸屏。用户可以在柜前直接在触摸屏上进行操作。图3

17、 AMC16M1H示主界面图4 AMC16MH开关状态指示界面3.6多回路可灵活扩展为了适应适应IT设备和IT技术快速升级的需要。数据中心精密配电单元中使用了模块化互感 器排，每个AMC16MI装置最多可测量84路单相出线回路各相参数，对应可配备4个互感器排，每个互感器排可连接21路单相岀线回路，针对不同IT设备，可随意减少或添加互感器排，以适应不同客户需求。3.7零地电压监控中性线与PE线之间的点位差称为“零点电压”，当零点电压高于电子信息设备的允许值时， 将引起硬件故障、烧毁设备，弓I发控制信号的误动作，影响通信质量，延误或阻止通信的正常进行， 因此，当零地电压不满足负载的使用要求时（一般

18、零地电压应小于2V）,应采取措施，降低零地电压，以AMC16M多回路监控装置为监控主体的精密配电柜电能质量管理方案中，带有零点电压测量功能，能将监测的零地电压值实时传送到安全监管平台服务器中，并在界面上以直观的数据表现岀来， 一旦零地电压值越限， 系统将自动弹岀报警框并触发报警，提示管理员进行及时进行线路检查，保护精密配电柜安全性能。3.8零序电流监控当系统岀现故障时，三相变得不对称了，这时就能分解岀有幅值的零序分量了，因此通过检测 这零序电流分量，就可以知道系统岀了故障（特别是单相接地时的零序分量）。所以该值的监测对系 统用电的安全性有着不可忽视的主要性，以AMC16M为监测装置的数据中心电

19、源管理系统，可实时监测精密配电柜体重的零序电流，根据该值分析电路，避免引起更大的电气故障。3.9漏电流采集功能国内数据中心市场逐渐扩大， 投资规模快速增长，对用电的需求也逐年增加，同时也留下了安 全隐患，近年来，电气火灾在火灾起因中居首位。针对近年来电气火灾事故居高不下的严峻形势，根 据电气火灾的规律和数据中心用电特点，在我们的精密配电柜应用方案中增加了漏电流采集功能，并能将漏电流采集数据实时传送到后台管理系统，达到后台统一管理，实时监控的目的。3.10温度采集功能在机房中，有大量的服务器等精密设备，设备对温、湿度等运行环境的要求非常严格，所以应 加装温度传感器，以实时监测精密配电柜内的温度，

20、以AMC16MI多回路监控装置为监控主体的精密配电柜电能质量管理方案中， 带有2路温度传感器，能将监测的温度值实时传送到当地的机房监控及安 全监管平台服务器中，并在界面上以直观的数据表现岀来，一旦温度值越限，系统将自动弹岀报警框并触发报警，提示管理员通过调节空调温度值为精密配电柜提供最佳运行环境。3.11谐波测量功能随着数据中心的发展， 大量增加使用的大功率半导体开关器件以及各类开关电源产品，如显示器、空调器、节能灯，在这些信息技术设备虽然每台设备向电网注入的谐波电流不大，但这些设备数 量大、分布广。在使用时具有集中的特点，在某些时段会使注入到电网的谐波电流对电网造成的谐波 问题特别突岀，这不但使接入该电网的设备无法正常工作，甚至造成故障，而且还会使供电系统中性线承受的电流超载，影响供电系统的电力输送。因此谐波问题得到各有关方面的高度重视。AMC16MH增加了进线和岀线谐波、总谐波测量功能，并能将监测的谐波值实时传送到当地的机房监控及安全监