数据中心供配电系统运维-课件 项目5：末端配电系统的运行与维护

《数据中心供配电系统运维》项目5：末端配电系统的运行与维护学习目标理解末端配电系统的

典型结构掌握电气参数的测量与分析方法。熟悉常见故障类型及其成因了解末端配电系统的定义及其分类能正确使用

电工仪表（万用表、钳形表、绝缘电阻测试仪）能独立完成

配电箱巡检（检查接线松动、温升、异响等）能规范操作

断路器、接触器、漏电保护器

的投切与更换能诊断并处理

线路故障（如短路定位、绝缘破损修复）安全第一、责任在心、规范作业、团队协作、持续学习、技能目标素质目标项目一：数据中心供配电系统认知项目目标任务

末端配电系统的运行与维护

数据中心机房的末端配电通常指的是从不间断电源（UPS）输出柜到最终用电设备之间的配电部分。这些最终用电设备涵盖了各种IT设备、动力设备以及照明系统等。由于末端配电距离用电设备较近，它在整个数据中心的供配电系统中扮演着至关重要的角色。通过完成本项任务，你将深入了解数据中心末端配电系统的构成，包括列头柜、智能小母线以及PDU的结构、分类和特性，以及它们的日常运行和维护操作。课前引导5.1.1数据中心机房末端配电系统的基础知识

数据中心末端配电区包含：列头柜、机架、IT设备。机房内末端配电的范围应该从UPS（uninterruptiblepowersystem，不间断电源）或高压直流电源系统的配电柜引出至机柜内的PDU（powerdistributionunit，电源分配单元）上，这一段上的电流在800A以下，主要供电对象为IT设备，按照《数据中心设计规范》（GB50174-2017）A级数据中心一般采用A、B双路系统进行供电。1.机房末端配电系统5.1.1数据中心机房末端配电系统的基础知识

数据中心机电末端配电系统是将不同变配电系统提供的电能传输并分配至各个IT设备的末端供配电系统，其电能供应方式涵盖UPS电源、高压直流电源、市电、柴油发电机组电源等。机房末端配电系统的主要功能包括电能传输、电能分配、电能监测、电能计量、便于IT设备维护、告警以及提升用电灵活性等，涵盖末端配电、机柜配电、智能仪表、电气连接等设备。2.机房末端配电系统作用

供配电系统的结构及配置直接决定了数据中心的可用性和可靠性。数据中心机房末端IT配电形式主要包括列头柜配电和末端母线配电两种。3.机电末端配电形式5.1.2列头柜配电列头柜是指为成行排列或按功能区划分的机柜提供网络布线传输服务或配电管理的设备，一般位于一列机柜的端头，所以称其为列头柜。列头柜一般有输入总开关、避雷器、隔离变压器（选配）、输出支路断路器、熔断器以及其他监控采样器件等部件组成。1.列头柜的组成5.1.2列头柜配电

根据提供的电源类型来分，可以分为：交流列头柜、直流列头柜（高压直流）和交直流列头柜。2.列头柜的分类5.1.2列头柜配电

列头柜配电方案大致分为每列机柜采用一台列头柜配电（含主备两路）与两列机柜采用一组列头柜配电（含主备两路）两种。每列机柜采用一台列头柜配电（含主备两路），列头柜输入两路UPS电源或高压直流电源，两路电源在列头柜中布置、零排、PE排、避雷器等完全独立，并做物理隔离，一台列头柜分别输出A、B两路电源为一列机柜提供电能。两列机柜采用一组列头柜配电（含主备两路），一台列头柜输入一路UPS电源或高压直流电源，一台列头柜为两列机柜提供A路电源，另一台列头柜为两列机柜提供B路电源，此方式多用于冷/热通道封闭机房。3.列头柜配电方案5.1.3智能小母线配电

电源由UPS、高压直流或者市电电源柜引入，用电缆或密集母线连接至智能小母线的干线馈电单元，在智能小母线上根据每个机柜的密度要求装设相应的分接单元，分接单元内配有监控设备、输出端口、保护设备等，可为每个机柜提供精准电能供应。智能小母线常用的配电形式是采用2N架构形式。从投资成本与现场物理条件方面考虑可分为两列机柜共用一组智能小母线系统（含主备两路）和每列机柜采用一组智能小母线系统（含主备两路）两种。1.智能小母线配电方案5.1.3智能小母线配电(1)高安全性和高可靠性：即插即用的小母线系统替代了传统的电缆。(2)提高配电的灵活性(3)快速部署：智能小母线为预制化产品，直接部署在机柜上方或地板下方，安装快捷。(4)节约机房面积：智能小母线代替列头柜加电缆，可以将布置列头柜的空间布置机柜。(5)美观：智能小母线代替了大量电力电缆使用，避免机房电缆杂乱的现象。(6)灵活可扩展性：智能小母线可带电热插拔，分接单元可在线扩容，无需停电。(7)运维便利性：智能小母线基本免维护，各项参数在线实时监测。(8)减少重复投资：智能小母线可任意插拔、拼接，可实现多次重复使用，提高资金使用效率3倍以上。母线槽方式可随时根据客户需要调整配置，随时迁移、复用，减少重复投资。(9)使用寿命：使用寿命长达50年。2.智能小母线配电方案优点5.1.3智能小母线配电1)由于智能小母线槽外壳大量采用铝合金型材，对机柜功率密度低的机房来说，在成本上会有所增加。2)智能小母线在一列配电中只能按照总负荷选型，一列中铜截面积相同，造成浪费。3)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。4)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。3.智能小母线配电方案缺点5.1.3智能小母线配电1)由于智能小母线槽外壳大量采用铝合金型材，对机柜功率密度低的机房来说，在成本上会有所增加。2)智能小母线在一列配电中只能按照总负荷选型，一列中铜截面积相同，造成浪费。3)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。4)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。3.智能小母线配电方案缺点5.1.3智能小母线配电1)由于智能小母线槽外壳大量采用铝合金型材，对机柜功率密度低的机房来说，在成本上会有所增加。2)智能小母线在一列配电中只能按照总负荷选型，一列中铜截面积相同，造成浪费。3)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。4)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。3.智能小母线配电方案缺点5.1.4工业连接器插座工业连接器插座也叫工业插头，工业插头简单地来说就是连接器。列头柜支路开关电缆通过工业插头与IT机柜中PDU上电缆连接到一起，工业插头分一公一母。一般分为3芯、4芯、5芯等，电流一般分为16A、32A、63A、I25A、250A、400A等，数据中心用的工业插头电流一般不大于63A，防护等级又可以分为IP44、IP67这两种。一般情况下工业插座有固定式和移动式。5.1.5PDUPDU（PowerDistributionUnit，电源分配单元），也就是我们常说的机柜用电源分配插座，PDU是为机柜式安装的电气设备提供电力分配而设计的产品，拥有不同的功能、安装方式和不同插位组合的多种系列规格，能为不同的电源环境提供适合的机架式电源分配解决方案。PDU的应用，可使机柜中的电源分配更加整齐、可靠、安全、专业和美观，并使得机柜中电源的维护更加便利和可靠。5.1.5PDU(1)简化电线管理：PDU提供了多个插座，可以集中管理服务器机柜中的电源线，使布线更加整齐，减少电线混乱和机柜内的空间浪费。(2)提供电源管理：PDU可帮助监测和管理电流的使用情况，以避免过载和电源故障。一些高级PDU还具备智能控制功能，可以远程监控和控制电源开关，实现对设备的远程重启和电源调整。(3)增加可靠性：PDU通常配备有过载保护和短路保护等安全机制，以保护设备免受电力波动和电源故障的影响，提高服务器运行的可靠性和稳定性。(4)更好的能源利用：PDU中一些先进的功能，如能源监测和报告，可以帮助管理员更好地了解功率消耗情况，并采取相应的措施来减少能源浪费，提高能源利用效率。1.PDU的优点5.1.5PDU(1)基本型PDU：责分配电力给多台IT设备。(2)管理型PDU：管理型PDU设计用于提供更为全面的电源管理解决方案，包括监控、控制和调节服务器环境中的电力使用。(3)计量型PDU：配备了集成电流表，能够实时监控负载水平，从而帮助大型数据中心实现高效的负载平衡和预防过载。(4)开关型PDU：提供了更为广泛的电源管理选项。它们利用网络级电源，并允许用户对每个插座进行独立控制。它们还配备了数字仪表，用于显示电压和负载水平信息，并且兼容SNMP协议，便于远程监控。(5)监控型PDU：旨在提供更为高级的电源监控能力。它们能够追踪数据中心的电力分配，并识别电力波动情况。2.PDU的分类5.1.5PDU(1)从内部结构来看，PDU和普通插座存在显著差异PDU内部一般采用铜条连接，这种连接方式更为安全可靠。相比之下，普通电源排插多数采用导线连接，而且导线的材质和质量参差不齐，内部铜线含量较少，可能在长期使用过程中出现安全隐患。这种内部结构的差异也决定了PDU在承载能力和稳定性方面优于普通插座。(2)从功能方面来看，PDU相比普通插座更为丰富和强大PDU插座具备多种功能，如带插拔防雷、断路器、仪表、智能监控等。智能监控功能使得PDU可以远程上传数据通讯口，实现远程控制各插口状态，了解PDU的运行情况。此外，PDU还支持级联、带过载保护等功能，以满足不同设备的用电需求。而普通电源排插功能相对简单，大部分只有输出插座口、指示灯、控制开关等基本功能。3.PDU和普通插座的区别5.1.5PDU(3)在输入总电流和输入插头方面，PDU和普通插座也存在明显区别PDU的交流输入电流可达到32A，且支持多路输入，输入插口可根据客户需求选配各种规格。这种设计使得PDU能够满足机房等大功率设备的用电需求。而普通电源排插的输入电流一般为10A（或16A），采用单路输入方式，输入方式一般为1.5米或2米导线的国标头输入，难以满足高功率设备的用电需求。(4)在负载功率方面，PDU也展现出了其优势普通插座的电缆配置负载较弱，大多数标称额定10A，其额定承载功率很难真正达到4000W以上，难以满足机房等日益增长的用电需求。而PDU在负载功率方面有着更高的表现，其任意一个部件都可以条件定制，完全可以满足机房用电环境的安全需求。3.PDU和普通插座的区别5.1.5PDU(5)从材料方面来看两者区别PDU通常采用全金属外壳，具有防火、防静电等功能，能够有效保护敏感的电子设备免受静电危害，确保设备的稳定运行。而普通插座一般为塑料材质，没有这些防护功能。这种材料差异也体现了PDU在安全性方面的考虑更为周全。(6)从使用寿命方面看区别所在在使用寿命方面，PDU也表现出色。由于PDU采用超级导通金属材料——锡（磷）青铜等高质量材料制造，其使用寿命通常比普通插座更长。普通插座的寿命一般为2～3年，而PDU插座的使用寿命则更长，能够满足长期稳定运行的需求。(7)PDU和普通插座在应用场景上也有所不同PDU更多地应用于机房、数据中心等需要高功率、高稳定性的场合，而普通插座则广泛应用于家庭、办公室等日常用电环境。这种应用场景的差异也决定了PDU在设计和功能上需要更加专业和精细。3.PDU和普通插座的区别5.1.6末端配电系统的运行与日常巡检

通过定期检查和维护，确保数据中心列头柜、PDU、智能小母线的安全稳定运行，从而有效降低故障发生的概率；

在巡检过程中，仔细观察并发现数据中心列头柜、PDU、智能小母线在运行过程中可能出现的各种隐患，以便及时采取相应的整改措施，从而彻底消除或有效预防潜在的安全事故，确保数据中心的持续稳定运行。1.巡检目的5.1.6末端配电系统的运行与日常巡检1)巡视并记录各机柜电压、电流，2N供电时单路负载达到45%额定值需重点关注。(2)巡视并记录配电列头柜总负载电压、电流，检查电力参数是否在正常范围内，报警信息是否准确无误，有监视单元的需核对数据的准确性。(3)检查列头柜整体外观：检查柜体的完整性，包括是否存在变形、表面是否有脱漆或腐蚀现象；确认回路铭牌、标号是否清晰可见，排列指示灯与仪表的工作状态是否正常；(4)检查核对配电列头柜分路标签，检查上架运行机柜断路器状态是否正常，观察分/合位置是否正确，未上架机柜断路器不得合闸，是否存在异常声响、震动或不正常的气味；(5)测试配电列头柜断路器及电缆连接处温升，温升突变则负载突变或者连接处接触不良，需要及时紧固。(6)检查和记录、统计单电源模块的服务器，并做好现场重视标注。(7)机柜开通上架前，配电列头柜输出分路断路器需进行控制可靠性测试。并连续记录，同期比较。2.日常维护5.1.6末端配电系统的运行与日常巡检(1)配电列头柜分路断路器连接处紧固，避免弹性失效松动(年度/周