精密配电终端智能监测系统的设计及应用

摘 要 数据中心精密配电终端智能监测系统主要应用于通信、金融、教育、政府等数据中心等的配电环节检测和预警功能，完善的电量监测及有效的风险预警为数据中心终端能源监测系统提供高精度测量数据及有效管理。

【关键词】电源终端 配电检测 预警

1 引言

随着云计算及大数据等技术的发展，大量大规模的数据中心应运而生，大型数据中心有数百计、数千计的服务器、IT设备等运行工作，服务器的安全运行及用电管理是数据中心智能化的第一要务，若无法对IT设备的用电情况、运行工况进行有效监测及精细化管理，轻则影响计算机系统局部的运行，重则造成计算机系统和通信设备报废，使系统陷入瘫痪，后果不堪设想。

本文所述的精密配电终端智能监测系统是实现数据中心精密配电智能化监测和控制的人机交互系统。是一款综合采集所有电源数据的智能监测单元，提供完善的电量监测：监测主回路和分支回路的电压、电流、功率、电能、状态等运行信息，精密的能耗监测为PUE提供数据依据；提供电能质量、零地电压、温湿度、漏电流、绝缘等在线监测功能，并具有两级越限报警功能，提供有效的风险预警，保障机房用电安全。本地配置人机界面，具有良好的可视性和可操作性。并通过数字通讯（RS485 or TCP/IP）上传至机房动环监控系统，达到对配电系统及其主要负载服务器及其他设备运行状况的有效管理。

2 精密配电智能终端监测系统

精密配电终端智能监测系统是综合电力测控技术、数据通信技术、嵌入式软件技术，采用高精度数据采集设备，能精确地测量配电系统各项参数，能够提高管理人员的工作效率和操作准确性。达到对配电柜及其主要负载服务器及其他设备运行状况的有效管理。

该系统可解决数据中心智能及精细化管理存在的如下问题：

（1）对于数百计、数千计的IT设备机房，要对每个设备负载的用电情况进行检测，传统的做法是使用每路加装仪表或继电器，存在成本高、维护难、人工工作量大及安全隐患的问题。

（2）没有配电系统可能出现的过欠压、缺相、过载等各种异常预警功能，会导致IDC设备上电存在不安全隐患。

（3）接入机房监控后台的数据量大、传输点数多，存在数据传输速度慢、数据处理复杂、精度不高等问题。

（4）针对现代数据中心供电更可靠的高压直流供电系统，当出现接地故障和漏电的情况，不需要中断供电，但根据EC标准64.8，必须通过可视的或者可听见的信号对故障予以报警。为了解系统接地故障或绝缘度是否下降，需对系统的绝缘情况进行监测并有效预警，准确告知故障点及发生值，但绝缘监测技术存在以下问题：一是可以对系统母线的正负极绝缘进行监测，但对具体的回路故障点无法直接确认；二是同一系统上下级不能同时安装有绝缘监测装置，易引起绝缘误告警。

2.1 系统组成

该系统由软硬件两部分组成，硬件方面包括人机界面、主路监控主机、多回路电量监测从机、遥信模块、直流绝缘监测模块、精密电流互感器、漏电流传感器、零磁通霍尔传感器等；软件部分包括交直流人机界面软件、监控主机嵌入式软件。系统拓扑图及系统构架见图1、图2，系统通过监控主机、多回路电量监测从机、遥信模块、直流绝缘监测模块、精密电流互感器、漏电流传感器、零磁通霍尔传感器等对精密配电柜配电的多服务器的用电情况、运行工况进行检测，监控主机通过RS485接入人机界面，实现本地实时显示，另监控主机可通过RS485和TCP/IP接入数据中心动环监控系统中，实现对整个机房配电系统的实时监控和有效管理。

2.2 系统功能

（1）系统配置7寸及以上显示触摸屏，可实现检测2路进线和240路支路负载全电量参数，提供服务器等负载运行的完整信息，保障机房用电安全；

（2）交流系统检测2路进线电压/电流可精确测量高达2～63次谐波含量和总谐波畸变率，以及240支路电流3～31次谐波含量和总谐波畸变率为电能质量管理提供了依据；

（3）高压直流系统实现绝缘监测功能，对双路母线正负极，144路支路正负极的对地绝缘监察。能够快速准确地进行监察，实时性、可靠性得到很大提高。

（4）两级阀值报警功能，提供有效的风险预警，通过人机界面和上传通讯，实现本地和远程声光告警，进一步降低了风险。

（5）2路RS485和1路TCP/IP通讯，不仅实现本地通讯的快速显示，也可与数据中心监控后台无缝连接，提高实时传输的可靠性和稳定性。

（6）内部总线接口，可满足开关量1s内响应，后台系统一次可读取2000个字节数据，提高传输速度和数据响应时间。

2.3 系统优势

2.3.1 告警内容丰富

告警类型有多达100多种告警，能够对主回路、分支回路进行全方面的监测和预警。可监测电压、电流、功率、功率因数、频率、零地电压、漏电电流、温度、不平衡、谐波、绝缘等数据上下限4级告警。

2.3.2 快速告警响应

主回路告警响应时间小于100ms，支路回路小于1s，快速响应可以让用户更早发现问题。

2.3.3 方便使用

（1）接线方式：监控从机和监控主机之间连线采用8芯网线，包含了通讯线和电源线，接线方便；

（2）可以根据支路负载性质进行数据组态。独创的接线方式，方便用户接线和组网。

2.3.4 测量回路数

可测量两路进线的电压和电流，240个支路的全电量测量，多大50万个数据，功能更强大。

2.3.5 测量谐波次数

可测进线电压和电流2～63次谐波含量和总的谐波畸变率，及支路电流3～31次谐波含量和总的谐波畸变率，性能优于国内同行业厂家。

2.3.6 测量精度

进线电压、电流0.2级，功率电能0.5级；出线回路电压、电流精度0.5级，出线功率电能1级。

3 总结

本系统在通信、教育、医疗、金融等行业的应用，很好的解决上述问题，功能齐全、运行稳定、测量精确，及时准确的预警功能，减轻了运维人员的工作量，有效降低了机房的运维成本。本系统测量精度高，模块一体化设计降低了硬件成本及简化了人工布线；数据分析的快速响应性为后台监控提供实时有效的数据依据，精确的绝缘监测功能可及时发现故障点，提高了高压直流配电安全性。有效解决了IDC行业中多负载服务器用电检测难、成本高、精度差、故障点难发现等一系列问题。

参考文献

[1]姚波.数据中心电源管理系统方案设计[J].现代建筑电气，2013（S1）.

[2]中华人民共和国工业和信息化部.YD/T 585-2010通信用配电设备.

[3]中华人民共和国信息产业部.YD/T 939-2005传输设备用电源分配列柜.

作者简介

张静（1982-），女，河南省商丘市人。大学本科学历。现为广东雅达电子股份有限公司工程师。研究方向为电气设计。

作者单位

广东雅达电子股份有限公司 广东省河源市 517000