随着云服务、互联网、大数据等信息技术的迅猛发展，现代数据中心正朝着大型化、高密度、绿色环保、模块化方向发展；随着IT 技术的发展，出租机房等商业模式的兴起，机房建设之初机柜密度不确定性大为增加，对机房内末端供配电系统在经济性、持续性、灵活性、可靠性上提出了新的挑战。列头柜加电缆的传统末端配电方式因其局限性而难以适应当今技术的发展，使用1000A 以下的灵活小母线来替代列头柜及电缆的配电方式，成为解决数据中心内机房供配电发展的一种新方式。灵活小母线可在机柜密度不确定的情况下进行分阶段的快速部署，必将成为现今数据中心内供配电的一种发展趋势，为客户的关键负载提供更可靠的保障。新模式带来新价值，新的配电方式将使数据中心降低总体投资，提高设备的用电可靠性，使数据中心更加绿色环保。
引言
随着互联网技术的快速发展，云计算、电子商务、电子政务、电子金融、网络游戏、云存储等网络服务相继出现，使得当今社会变成云时代、大数据的信息化新时代，数据中心成为信息化的重要载体，承担着对电子信息的传输、运算、存储等功能。为了适应当今网络服务的快速发展，以及第三方托管型数据中心的兴起，除了建设充足、稳定、经济、可靠的数据中心外，还应追求它的高效、绿色、灵活、低能耗。
“高效”体现在应以最小的投资换取最大的收益，比如采用高压直流供电来代替传统的交流供电；再比如数据中心的管理人员会根据服务器的使用情况，重新划定高密区及低密区，以便达到最佳的制冷效果。“绿色”则体现在数据中心应尽可能多地采用一些可二次回收再利用的产品。“灵活”体现在数据中心内的产品应该尽可能地做到热插拔、标准化、模块化、集成化、即插即用，将工程化的工作变成产品化的服务，即可快速地安装部署，又可减少人为施工带来的失误，还可在更换服务器的时候快速做出响应。
数据中心末端配电的界定
如图1 所示，机房内末端配电的范围应该从UPS 的配电柜引出至机柜内的PDU 止，这一段上的电流在800A 以下，主要供电对象为IT 设备，A 级数据中心一般采用A、B 双路系统进行供电。
图1 机房末端配电系统框图
数据中心采用传统配电方式分析
机房传统配电方式
机房配电系统一般采用双路市电接入，经低压配电柜分别接入两组UPS 设备，UPS 配电柜再分配到各个列头柜，经列头柜后接入各机柜PDU，最后接入IT 设备（见图2）。
图2 采用列头柜的机房配电模式
机房传统配电方式采用电缆从UPS 出线柜至机房内的每个列头柜的方式；经列头柜配电后，再采用电缆接至各机柜PDU 的方式。列头柜是一列机柜设备最顶端的一个机柜，主要功能是对这一列机柜的交流或者直流负载提供电源，起到配电、监控、测量、保护、告警等作用。配电列头柜的内部主要由5 根母排（L1、L2、L3、N、PE） 以及断路器组成，从前端的UPS 配电柜引出的电缆首先会通过机柜内的塑壳断路器 ( MCB ) ，之后从塑壳断路器上引出3 根相线接入3 根母排。母排压接导线后接入每个断路器，再与N 排及PE 排引出的导线汇成1 根电缆为机柜供电。
机房传统配电监控模式
配电列头柜的监控方式是通过CT、PT 及各种辅助触点测量出每一路的电压、电流，之后通过计算机主板内自带的公式算法演算出各种电参量；再通过 RS485 等通信线与机柜上的人机交互界面进行传输，之后人机显示器再通过 RS485等通讯线将各列头柜的监控信息统一收集后上传至网关；最终用户从主控室或移动式电子设备上读取数据。
机房传统配电方式的优点
1）技术成熟，适用于事先已确定容量的机柜配电；
2）采用放射式结构，可减小故障的影响范围；3）集中监控，便于运维人员在现场获取数据；
机房传统配电方式的缺点
列头柜加电缆的配电方式虽然还在沿用，但已不符合当今数据中心对灵活性和可靠性的要求，其缺点如下：
1）列头柜占用的面积约占机房地板面积的7%，即机柜数量减少7% ；
1）列头柜占用的面积约占机房地板面积的7%，即机柜数量减少7% ；
2）由于线缆较多，电能损耗较大；
3）电缆占据地板下大量空间，对地板下的气流形成干扰，导致空调的效率降低；
4）故障率高，由于电缆接头容易氧化、松动和接触不良，造成电阻增大，产生过热或打火而引发建筑火灾事故；
5）配电设计受到限制，需要在确定最终功率密度后确定配电柜的数量和位置；
6）由于线路复杂、IT 设备又不能断电，因而造成线路和设备维护检修困难；
7）由于列头柜的容量和出线路数已固定，无法满足新增机柜和容量。
采用灵活母线配电方式的分析
机房灵活母线配电方式
采用灵活母线配电方式是为了减少传统配电方式的缺点，利用灵活母线及配电接插箱来完成对每一个机柜的精准配电，其基本结构如图3 所示。
图3灵活母线的配电方案（配图）
电力端口箱 ( Power Feed )负责UPS 配电柜与灵活母线的连接，电缆在电力端口箱中通过塑壳断路器后分别接入对应的母线端子排上。
母线槽主体 ( Housing Section )是传导电力的主体，内部基本结构为4 根铜排（L1、L2、L3、N）或5 根铜排（L1、L2、L3、N、PE）。
配电接插箱 ( Plug-in Units )是插于母线槽主体上的小型配电箱，一般由监控设备、输出端口、保护设备等组成，主要用于为每一个用电设备提供精准的电力，有的接插箱还配有相位选择旋钮，以保证三相负载平衡。
连接的辅件拐弯件 ( Elbow ) 、连接件 ( HousingCoupler ) 、T 型件 ( Te ) 、末端盖 ( End Cap )等，用来完成母线槽主体连接。
配电的方式从前端UPS 配电柜引出电缆连接至母线槽最前端的电力端口箱，通过母线槽主体进行电力传输,再根据每一个机柜的功率密度选择相应规格的接插箱，与机柜内的PDU 连接后即完成了对一个机柜的配电工作。
灵活母线配电监控模式
灵活母线配电方式的中心理念是采用即插即用的模块化产品来替代列头柜及大量电缆，达到简化安装步骤，灵活部署等目的。故为灵活母线所做的监控也应符合这个理念，即采用无线通信、模块化的监控方案（见图4）。
图4 灵活母线配电监控模式
增强配电的灵活性
配电方式的灵活性在机柜容量事先无法准确确定的时候，可以采用这种母线，配电容量可随时调整。母线槽和接插箱可根据实际情况分期部署，即针对现在数据中心里出现的白空间及测试机房，灵活母线槽可做到供配电分离，在机柜的容量和位置不确定的时候先期部署母线槽主体，之后等机柜一旦确定容量和位置，即可选择接插箱进行配电。
灵活母线可带电热插拔
灵活母线可带电热插拔
在数据中心正常运行情况下，灵活母线可在带电的情况下随时加载或卸载，即可随时增加或减少机柜数量或容量而不影响其他设备的运行。机柜容量可从16A到63A，单相、三相任意选择，有的放矢地为用电设备提供准确的电力供给。
安装方式的灵活性
支持多种安装方式，可在机柜顶部安装，地板下安装，嵌入天花板安装等。母线槽式样和接插箱单元可以按照客户的需求定制，例如，采用2N系统、单独接地或者专用接地，选择不同的插座或悬垂电缆。
随业务发展的可扩展性
整体架构既能支持初始电力需求，又可在使用过程中根据需求的变化快速扩展，达到一种“随需而建”的效果。
采用灵活母线可降低机房配电的综合成本
降低运行维护成本
采用灵活母线方式规避了传统方式所带来的后期运维工作量大、运维周期不可控及人为干预带来的安全性降低等问题，同时灵活母线方式可任意插拔、拼接，可实现多次重复使用，提高资金效率3倍以上。母线槽方式可随时根据客户需要调整配置，在25年中可随时迁移、复用，减少重复投资。
增加数据中心营运收入
增加数据中心营运收入
采用灵活母线可省掉列头柜，为机房腾出更多的空间放置机柜，平均可增加7%的机柜数量，对于机柜出租业主来说会是一笔不小的收入。
灵活母线配电的缺点
不方便电参数集中显示
母线配电方式是将列头柜集中配电方式改变为随机柜的分散配电方式，对机柜中各种电参数（电流、电压、频率等）的检测采用分散测量、控制室集中显示的方式，因此不方便在机房现场对各机柜的电参数进行集中显示，故对运维人员可能会造成不便。
成本略增加
由于灵活母线槽外壳大量采用铝合金型材，故对机柜功率密度低的机房来说，在成本上会有所增加。
可能影响机房美观
如果采用在两列机柜间布置母线槽，从接插箱上引出的工业连接器可能会影响机房美观。
配电方式对比
列头柜+ 电缆与灵活母线配电方式的对比如下表所示。
结束语
数据中心建设和运维注重可靠性、可维护性、灵活性、经济性、可扩展性和节能环保等要求，通过对“列头柜+ 电缆”配电方式和“灵活母线”配电方式的综合分析，以及国际上数据中心配电方式的发展趋势，证明采用灵活母线配电方式更有利于数据中心今后发展。
原文出处：《智能建筑与城市信息》，作者：钟晨，天津惠普数据中心设计工程有限公司。由于原图不清晰，因此小编对本文的配图作了重新处理，本文仅供大家学习交流。
