精密配電終端智能監測系統的設計及應用

摘 要 數據中心精密配電終端智能監測系統主要應用于通信、金融、教育、政府等數據中心等的配電環節檢測和預警功能，完善的電量監測及有效的風險預警為數據中心終端能源監測系統提供高精度測量數據及有效管理。

【關鍵詞】電源終端 配電檢測 預警

1 引言

隨著云計算及大數據等技術的發展，大量大規模的數據中心應運而生，大型數據中心有數百計、數千計的服務器、IT設備等運行工作，服務器的安全運行及用電管理是數據中心智能化的第一要務，若無法對IT設備的用電情況、運行工況進行有效監測及精細化管理，輕則影響計算機系統局部的運行，重則造成計算機系統和通信設備報廢，使系統陷入癱瘓，后果不堪設想。

本文所述的精密配電終端智能監測系統是實現數據中心精密配電智能化監測和控制的人機交互系統。是一款綜合采集所有電源數據的智能監測單元，提供完善的電量監測：監測主回路和分支回路的電壓、電流、功率、電能、狀態等運行信息，精密的能耗監測為PUE提供數據依據；提供電能質量、零地電壓、溫濕度、漏電流、絕緣等在線監測功能，并具有兩級越限報警功能，提供有效的風險預警，保障機房用電安全。本地配置人機界面，具有良好的可視性和可操作性。并通過數字通訊（RS485 or TCP/IP）上傳至機房動環監控系統，達到對配電系統及其主要負載服務器及其他設備運行狀況的有效管理。

2 精密配電智能終端監測系統

精密配電終端智能監測系統是綜合電力測控技術、數據通信技術、嵌入式軟件技術，采用高精度數據采集設備，能精確地測量配電系統各項參數，能夠提高管理人員的工作效率和操作準確性。達到對配電柜及其主要負載服務器及其他設備運行狀況的有效管理。

該系統可解決數據中心智能及精細化管理存在的如下問題：

（1）對于數百計、數千計的IT設備機房，要對每個設備負載的用電情況進行檢測，傳統的做法是使用每路加裝儀表或繼電器，存在成本高、維護難、人工工作量大及安全隱患的問題。

（2）沒有配電系統可能出現的過欠壓、缺相、過載等各種異常預警功能，會導致IDC設備上電存在不安全隱患。

（3）接入機房監控后臺的數據量大、傳輸點數多，存在數據傳輸速度慢、數據處理復雜、精度不高等問題。

（4）針對現代數據中心供電更可靠的高壓直流供電系統，當出現接地故障和漏電的情況，不需要中斷供電，但根據EC標準64.8，必須通過可視的或者可聽見的信號對故障予以報警。為了解系統接地故障或絕緣度是否下降，需對系統的絕緣情況進行監測并有效預警，準確告知故障點及發生值，但絕緣監測技術存在以下問題：一是可以對系統母線的正負極絕緣進行監測，但對具體的回路故障點無法直接確認；二是同一系統上下級不能同時安裝有絕緣監測裝置，易引起絕緣誤告警。

2.1 系統組成

該系統由軟硬件兩部分組成，硬件方面包括人機界面、主路監控主機、多回路電量監測從機、遙信模塊、直流絕緣監測模塊、精密電流互感器、漏電流傳感器、零磁通霍爾傳感器等；軟件部分包括交直流人機界面軟件、監控主機嵌入式軟件。系統拓撲圖及系統構架見圖1、圖2，系統通過監控主機、多回路電量監測從機、遙信模塊、直流絕緣監測模塊、精密電流互感器、漏電流傳感器、零磁通霍爾傳感器等對精密配電柜配電的多服務器的用電情況、運行工況進行檢測，監控主機通過RS485接入人機界面，實現本地實時顯示，另監控主機可通過RS485和TCP/IP接入數據中心動環監控系統中，實現對整個機房配電系統的實時監控和有效管理。

2.2 系統功能

（1）系統配置7寸及以上顯示觸摸屏，可實現檢測2路進線和240路支路負載全電量參數，提供服務器等負載運行的完整信息，保障機房用電安全；

（2）交流系統檢測2路進線電壓/電流可精確測量高達2～63次諧波含量和總諧波畸變率，以及240支路電流3～31次諧波含量和總諧波畸變率為電能質量管理提供了依據；

（3）高壓直流系統實現絕緣監測功能，對雙路母線正負極，144路支路正負極的對地絕緣監察。能夠快速準確地進行監察，實時性、可靠性得到很大提高。

（4）兩級閥值報警功能，提供有效的風險預警，通過人機界面和上傳通訊，實現本地和遠程聲光告警，進一步降低了風險。

（5）2路RS485和1路TCP/IP通訊，不僅實現本地通訊的快速顯示，也可與數據中心監控后臺無縫連接，提高實時傳輸的可靠性和穩定性。

（6）內部總線接口，可滿足開關量1s內響應，后臺系統一次可讀取2000個字節數據，提高傳輸速度和數據響應時間。

2.3 系統優勢

2.3.1 告警內容豐富

告警類型有多達100多種告警，能夠對主回路、分支回路進行全方面的監測和預警。可監測電壓、電流、功率、功率因數、頻率、零地電壓、漏電電流、溫度、不平衡、諧波、絕緣等數據上下限4級告警。

2.3.2 快速告警響應

主回路告警響應時間小于100ms，支路回路小于1s，快速響應可以讓用戶更早發現問題。

2.3.3 方便使用

（1）接線方式：監控從機和監控主機之間連線采用8芯網線，包含了通訊線和電源線，接線方便；

（2）可以根據支路負載性質進行數據組態。獨創的接線方式，方便用戶接線和組網。

2.3.4 測量回路數

可測量兩路進線的電壓和電流，240個支路的全電量測量，多大50萬個數據，功能更強大。

2.3.5 測量諧波次數

可測進線電壓和電流2～63次諧波含量和總的諧波畸變率，及支路電流3～31次諧波含量和總的諧波畸變率，性能優于國內同行業廠家。

2.3.6 測量精度

進線電壓、電流0.2級，功率電能0.5級；出線回路電壓、電流精度0.5級，出線功率電能1級。

3 總結

本系統在通信、教育、醫療、金融等行業的應用，很好的解決上述問題，功能齊全、運行穩定、測量精確，及時準確的預警功能，減輕了運維人員的工作量，有效降低了機房的運維成本。本系統測量精度高，模塊一體化設計降低了硬件成本及簡化了人工布線；數據分析的快速響應性為后臺監控提供實時有效的數據依據，精確的絕緣監測功能可及時發現故障點，提高了高壓直流配電安全性。有效解決了IDC行業中多負載服務器用電檢測難、成本高、精度差、故障點難發現等一系列問題。

參考文獻

[1]姚波.數據中心電源管理系統方案設計[J].現代建筑電氣，2013（S1）.

[2]中華人民共和國工業和信息化部.YD/T 585-2010通信用配電設備.

[3]中華人民共和國信息產業部.YD/T 939-2005傳輸設備用電源分配列柜.

作者簡介

張靜（1982-），女，河南省商丘市人。大學本科學歷。現為廣東雅達電子股份有限公司工程師。研究方向為電氣設計。

作者單位

廣東雅達電子股份有限公司 廣東省河源市 517000