数据中心新型末端母线白皮书(第4版)

[编号ODCC-2019-02001] 数据中心新型末端母线白皮书开放数据中心标准推进委员会目录1 引言 (1)2 数据中心末端母线介绍 (1)2.1 数据中心末端配电架构 (1)2.2 末端母线供电模式 (3)双路热备份 (3)一主一备（冷备份） (3)2.3 微模块母线结构 (4)2.4 母线部署方案 (5)2.5 末端母线直流供电方案 (6)2.6 末端母线进线模式 (7)2.7 机房母线的组成 (7)始端箱 (7)直线段 (8)连接器 (9)滑轨式末端母线配电单元 (10)固定式末端母线配电单元 (11)其他附件 (11)2.8 机房母线的主要参数 (12)3 数据中心末端母线分类 (13)3.1 母线分类 (13)3.2 末端母线分类 (14)传统方案固定式 (15)传统方案滑轨式 (15)新型末端母线方案（无插接箱式） (16)4 数据中心末端母线特点 (16)4.1 传统的数据中心末端配电架构及挑战 (16)4.2 末端母线特点 (17)空间利用率高 (17)灵活快速部署 (18)高可靠性 (19)5 数据中心末端母线关键技术 (19)5.1 滑轨式母线关键技术 (19)5.2 新型末端母线关键技术 (20)5.3 末端母线监控方案 (21)始端箱主路监控方案 (22)插接箱集成支路监控方案 (22)无插接箱支路监控方案（监控置于PDU） (22)无插接箱支路监控方案（监控置于母线本体） (23)6 数据中心末端母线应用场景 (24)6.1 末端母线在传统数据中心的应用 (24)6.2 末端母线在微模块数据中心的应用 (24)6.3 末端母线在预集成式数据中心的应用 (25)7 结语 (26)编者按：本白皮书凝集的包括突破公司姚燕家、袁云涛先生在内的专家们的心力。

对行业发展做出贡献。

ODCC-2019-02001 数据中心新型末端母线白皮书前言1随着云计算、大数据、人工智能领域的快速发展，我国数据中心行业也进入了快速发展的阶段，而数据中心也正朝着大型化、高密度、绿色环保、模块化方向发展。

为适应数据中心行业的迅猛发展，满足数据中心高效运营的需求，对数据中心末端供配电系统在经济型、持续性、灵活性、可靠性上提出了挑战。

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。

使用灵活的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供配电发展的一种新方式。

ODCC始终关注数据中心配电技术的发展，联合相关单位共同编写本白皮书，对数据中心末端母线进行了详细分析，提出了一种新型末端母线的架构，以期更进一步推动数据中心末端母线的发展和应用。

本文感谢以下起草单位（排名不分先后）：腾讯科技（深圳）有限公司、中国信息通信研究院、深圳市克莱沃电子有限公司、深圳市胜威南方科技有限公司、深圳辰汉技术有限公司、北京突破电气有限公司起草人（排名不分先后）：朱华，李典林，张佳斌，梅方义，梁旭飞，吴美希，李勇，叶现锐，张杰，姚燕家，袁云涛，乔兴波，龚琨，陈孔亮，郭乃斌请注意本文件的某些内容可能涉及专利。

本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。

数据中心新型末端母线白皮书1引言随着数据中心对于末端用电高负载、低损耗；可靠性易用性具备；降本与趋于零运维的需求越发迫切，数据中心末端母线系统逐步演变为末端供配电的主流产品。

这种产品极大的规避了强电列头柜加电缆早期数据中心末端供配电形式的不足，实现了模块化，硬连接，可重复利用保护投资、供配电设计分离的新型高安全性末端供配电目的。

数据中心末端母线系统符合GB 7251.6-2015等标准。

本文将针对数据中心末端母线方案的总体介绍、敷设空间与速度、CAPX与OPEX、关键技术点、应用场景及其发展趋势等方面进行详细解读，帮助数据中心客户在末端配电实现产品化、快速部署、降低成本、便于扩容及弹性调整的需求。

2数据中心末端母线介绍数据中心末端母线特指0.69KV，800A以下应用于数据中心内部的末端供配电系统，应用电缆或密集型母排自上级配电柜出线侧馈入供电始端（箱）单元，通过母线导体实现供电，再由配电单元馈电至机柜侧用电设备。

2.1数据中心末端配电架构传统数据中心根据不同负荷容量选用35kV或者10kV作为进线，根据不同等级配置单路或者双路变压器及UPS，为IT设备供电，而制冷和辅助设备一般会有单独的配电回路。

UPS配电后端的设备，我们称之为数据中心末端配电。

传统的末端配电设备包括：列头柜，精密配电柜，PDU等。

随着数据中心进一步发展，对大功率，高可靠，模块化的需求日益加剧，机房末端母线产品，逐渐成为一种替代列头柜的优势方案，为更多客户所接受。

图2.1 机房配电架构示意图传统的列头柜，采用电缆进行出线，出线配置1P或2P空开，每一个出线回路链接一根电缆到一台机柜，再通过工业连接器或者直接连接到PDU的端子排上，为服务器进行供电。

列头柜在设计中往往会配置一些备用回路，以备日后增容或者维修，可是一旦列头柜方案落地实施后，再进行调整和更改会变得非常麻烦，甚至需要停机进行作业。

采用电缆出线，如果双路配电的方案，会有大量的电缆需要部署，后期维护、增加、减少机柜、调整机柜布局、增加机柜容量难度很大。

另外，电缆中间没有监控，长期通过大电流出现绝缘老化时无法提前预警，常对运营带来潜在危险。

机房末端母线系统方案很好解决了上述问题，特别是对于大容量、高压直流的配电方案和面对机柜使用客户需要经常变化配置的机房应用中具有更大的优势。

图2.2 列头柜方案对比末端母线方案2.2末端母线供电模式末端母线配电的工作形式可以分为双路热备份和一主一备的冷备份方式。

目前采用的主流方案是双路热备份的配电方案。

双路热备份采用两路母线供电，两路母线分别来自不同的UPS和变压器。

平时各占50%负荷，一旦一路失电需要一路带100%的负荷。

此种方式可以在发生断电故障时候进行快速切换，是目前比较常用的一种母线配电形式。

一主一备（冷备份）采用两路母线供电，两路母线分别来自不同的UPS和变压器。

分为主备回路，平时主回路承载100%负荷容量，备用回路不带电，主回路失电后，备用回路自动切换。

此种配电形式比较直观，一路设备相对线路损耗较少。

但是主路负荷即是全部负荷，对设备要求比较高，对母线温升需要进行特殊规范，需要比双路热备份要求更低才不会由于母线温升导致对机房环境产生影响。

冷备份的方案适合对供电可靠性要求相对较低的场景。

2.3微模块母线结构由于母线结构更加简单，部署更加快捷，模块设计更容易实施和调整，所以越来越多的微模块方案也采用末端母线配电形式。

常见的方案有一下两种：1）四路母线供电，此种方式采用4路母线架设在两排微模块机柜后上方，直接为下方PDU配电。

这样每条母线负荷容量较小，结构简单，部署灵活。

但是需要配置四个始端箱，单侧两个始端箱放置需要进行设计以便于后期维护。

另外上层断路器需要相应的配置4个。

图2.3 微模块四路母线供电2）双路母线U型布置，此种方式减少了始端箱数量，母线整体性更强。

但是单路母线负荷更高。

另外，母线需要跨过冷通道天窗，需要单独设计。

跨通道部分也可采用线缆做转接。

同时由于母线槽需要承担整个模块的负荷，因而同等情况下，其额定容量是四路母线方案的两倍。

图2.4 微模块双路母线供电2.4母线部署方案1）母线传统部署方式，吊杆安装，母线的安装路径需要提前设计，以避开弱电和其他管路，一般母线的部署需要在弱电和桥架之前。

另外，对于层高受限，天花板不具备吊装环境的情况，则需要考虑其他方式。

图2.5 母线槽吊杆安装2）微模块安装的母线方案，往往需要整体与环境解耦合，不依赖于环境部署，母线直接在机柜后上部用支架架设。

此种方式可以减少纵向架设空间。

解耦合方案中还有两种形式，一种是支架吊装方案，一种是托举架空方案。

图2.6 母线槽支架吊装方案图2.7 母线槽托举架空方案3）分层架设，为了对双路母线进行维护和操作，母线可进行分层架设设计，对于一些固定安装的母线方案，由于产品的插接箱在侧面，更多采用双层架设的方案，可以减小末端母线安装的空间需求，也为弱电/光纤桥架等留出了更大的部署空间。

腾讯T-Block方案采用的就是这种架设方式。

2.5末端母线直流供电方案随着数据中心的大规模建设，面对数据中心日趋增长的负荷，其能源消耗也与日俱增。

人们在降低前期投入的同时，越来越关注后期的运营成本。

由于UPS供电模式存在能耗高，维护和扩容难度大、建设成本高等问题，高压直流作为数据中心供电方案逐渐在运营商和互联网厂家中推广开来，所以机房末端母线也同样需要具备直流方案。

国内常见的高压直流方案为240V和336V。

直流方案相对交流方案而言更加节能，但是在安全性上需要更多考虑。

由于直流没有过零点，如何有效的运用直流断路器来熄灭电弧需要特别设计线路。

直流方案和交流方案是否可以共用一种母线结构，其PE母排是否可以满足设计要求，都需要特别考虑。

2.6末端母线进线模式母线进线从插接箱进入，有交直流分别。

交流母线380V，5芯线缆，进线三相+PE+N。

直流进线正极+负极+PE。

交直流均可以使用电缆进行连接，交流从UPS配电出线柜引电缆通过电缆桥架进入始端箱。

直流从HVDC直接引出电缆到母线始端箱。

另外，一些厂商有可以和大母线母排硬连接的方案。

图2.8 末端母线进线示意图2.7机房母线的组成始端箱作为机房母线的进线端口，和母线智能化插接箱所有信号的收集端口。

始端箱可以按照客户要求将进行上进或者侧进，可以根据客户具体需求配置塑壳断路器和浪涌保护器。

对于同侧布置的始端箱，需要考虑后期如何方便维护，可以错开或者上下两层布置，也可以将始端箱柜门开在侧面方便维护。

始端箱进线口需用电缆法兰进行绝缘保护，始端箱内铜排布置应满足绝缘和爬电距离要求。

上进或侧进线（左进线或右进线）需要提前考虑，采用不同结构产品。

始端箱进线电流一般在160A-630A之间，对应相应的直线段规格。

图2.9 末端母线始端箱直线段作为机房母线，直线段承担了输送电流的主要任务，其母排要求应充分考虑到母线运行温升。

目前，机房母线直线段结构大多采用空气绝缘，部分采用密集型母线，少数厂家采用固体绝缘。

空气绝缘母线产品支持滑轨式结构，多点位插接，更适用于机房的情况。

密集型母线接近传统动力母线结构，经济实惠，但是温升较高。

固体绝缘母线可以做的更加小巧，但是整体成本较高。

母线的导体结构目前市面上以U型和一字型排较多，厂家间存在技术交叉和专利冲突。

在结构设计时，滑轨式母线槽还需注意在插接箱布置时有更大的接触面积，以便控制温升。

图2.10 常见的末端母线铜排结构外壳大多采用铝合金壳体，表面阳极氧化，壳体厚度在1.5-3mm之间。

部分厂家采用钣金壳体，可以应对客户提出的特殊设计。