HPC集群机房UPS和机架配电系统

UPS输出配电系统不仅要完成传统的配电功能，而且还要满足IT用户对配电系统可管理性的更高要求。

4.7.4.1　设计标准

HPC集群机房UPS输出列头配电系统和机架配电系统的主要设计和应用标准如下。

（1）《电子信息系统机房设计规范》（GB 50174-2008）。

（2）《数据中心基础设施施工及验收规范》（GB 50462-2015）。

（3）《供配电系统设计规范》（GB 50052-2009）。

（4）《低压配电设计规范》（GB 50054-2011）。

（5）《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-2008）。

（6）《低压开关设备和控制设备第1部分：总则》（GB 14048.1-2006）。

（7）《低压开关设备和控制设备第2部分：低压断路器》（GB 14048.2-2001）。

（8）《低压开关设备和控制设备第3部分：开关、隔离器、隔离开关及熔断器组合电器》（GB 14048.3-2002）。

（9）《低压成套开关设备和控制设备》（GB 7251.1-2005）。

（10）《家用和类似用途单相插头捕座形式、基本参数和尺寸》（GB 1002-1996）。

（11）《家用和类似用途三相插头插座形式、基本参数与尺寸》（GB1003-1999）。

（12）《家用和类似用途插头插座第2部分：器具插座的特殊要求》（GB 2099.2-1997）。

（13）《家用和类似用途插头插座第2部分：转换器的特殊要求》（GB 2099.3-1997）。

（14）《家用和类似用途插头插座第1部分：通用要求》（GB 2099.1-1996）。

（15）《家用和类似用途的器具耦合器第1部分：通用技术要求》（GB 17465.1-1998）。

该标准等效于IEC60320-1:1994标准。

4.7.4.2　UPS输出列头配电系统

传统的UPS输出配电方案在对后级负载的用电安全管理的处理上有很大改善的空间，基本上缺乏对于运营管理的支持。

（1）对于传统配电方式，每一个场地都需要不同的安装设计，配电系统的可靠性、安全性等依靠工作人员和安装人员。配电系统很难做到不断电扩容或检修。

（2）不能保证负载的有效分布，容易出现三相不平衡及容量设置不合理。

（3）不能提供计算机级的接地。计算机系统对机房的接地提出了过高的要求，包括小于1V的N-G电压、更少的电磁干扰等。

（4）出于机房走线方便的考虑，往往希望最后一级的配电柜放置在IT设备机房内，这使传统的UPS输出配电方案不注意外形设计的缺点暴露无遗。

（5）对于电源的监控极少，基本上只监测主路的相关电气参数，如电流、电压、功率等，而对于关键参数（如电量、谐波含量等参数）的监控考虑不足；此外，对于支路的电气参数不做监测，从而导致对支路配电的状况完全不了解。

（6）机柜电功率的预设定和报警机制。从数据中心机房的建设规划角度讲，所有子系统的设计都是围绕着机柜在进行。从实际应用角度讲，目前对于数据中心UPS系统容量的确定及空调系统容量的确定，最科学的方法就是对机柜的电功率进行预设定。这样，负载机柜以后的加载就是按照预先设定的电功率进行的，而不是想加多少负载就加多少。如果不这样就没有办法控制负载机柜电功率的大小，而有可能造成配电回路的过载跳闸、线缆超载，更严重的可能会引起火灾。可以说，机柜电功率预设定问题是数据中心机房电源、空调负荷的核心问题，也是数据中心机房电源、空调设计的出发点。为此，可以参照《中国电信数据中心机房电源、空调环境设计规范（暂行）》，根据不同的机房，对机柜的电功率进行预先设定，从而再确定UPS和空调系统的容量。(www.xing528.com)

HPC集群机房对供电系统的可靠性、可管理性的要求越来越高。IT用户需要对信息设备的供电系统进行更可靠与更灵活的配电、更精细化的管理、更准确的成本消耗等。列头配电柜不但应该完成传统的电源列头柜的配电功能，而且还应该具有许多强大的监控管理功能，使得数据中心的管理者随时可以了解负载机柜的加载情况、各配电分支回路的状态、各种参数以及不同机群的电量消耗等。

（1）安全管理功能。

全面的电源管理功能，将配电系统完全纳入机房监控系统，监测内容丰富，对配电母线可以监测三相输入电压、电流、频率、总功、有功功率、功率因数、谐波百分比、负载百分比等。同时，还可以监测所有回路（包括每一个输出支路）断路器电流、开关状态、运行负载率等。

同时，列头配电柜应具有支路负载两段的阈值报警功能，比如单机柜功率按照4kVA进行预设定，对应的单机柜最大电流为18A，这时可以选择25A的分支开关，当负载电流达到分支开关的60%时，系统报警；当负载电流达到分支开关的80%时，系统还可以进行报警。而且60%和80%的阈值点可以通过液晶监控屏幕进行修改。

列头配电产品可以很好地解决机房机柜电功率预设定的问题，而且通过后台的机房监控系统，可以将任意的两个支路电流进行叠加，从而避免了在机柜上安装两个电流表的弊病。

（2）运营成本管理功能。

列头配电产品实时侦测每一服务器机架的运营成本，精确计算及测量每一服务器机柜、每一路开关的用电功率和用电量。通过后台监控系统可以分月度、季度、年度地进行报表统计。

（3）纳入机房监控系统。

列头配电产品应提供RS-232/485或简单网络管理协议（SNMP）多种智能接口通信方式，可以纳入机房监控系统中，其所有信息通过一个接口上传，系统更加可靠，节省监控投资。

（4）配电的灵活性。

随着IT用户对配电可管理性的要求越来越高，列头配电产品应用的场合越来越多。列头配电产品应根据不同的场地需求，可选用单母线系统或者双母线系统；其支路断路器可以选择固定式断路器，也可以选择热插拔可调相断路器。支路断路器容量有16A、25A、32A、63A，单极或三极可选。

当分支回路选择热插拔可调相断路器时，系统不断电即可进行检修、扩容；同时，不用改变后端的电缆接线就可进行三相负载的平衡，非常灵活方便。

（5）计算机级接地。

为了解决机房的零地电压问题，列头配电产品还可以内置隔离变压器。GB 50174-2008要求：“零地电压小于2V”。降低零地电压有很多措施，这些措施都可以不同程度地降低零地电压。如果要达到上面的要求，最可靠的措施就是在IT负载前端加隔离变压器，并将隔离后的中性线接地。如果采用列头配电柜做电源列头柜，可以使IT负载输入端零地电压降低到小于0.5V的水平，从而最有效地保证了IT负载的良好供电环境。

4.7.4.3　机架配电系统

HPC集群机房机架配电系统基本上是以PDU（Power Distribution Unit）为主要载体。PDU是电源分配单元，也称电源分配管理器。顾名思义，PDU应具备电源的分配或附加管理的功能。电源的分配是指电流及电压和接口的分配，电源管理是指开关控制（包括远程控制）、电路中的各种参数监视、线路切换、承载的限制、电源插口匹配安装、线缆的整理、空间的管理及电涌防护和极性检测。由于机房的几乎所有的IT设备都已经或者将要放置在标准机柜内，所以PDU作为机柜的必备附件也越来越受到相关各方的重视。

电源插头/插座产品分为两大类：工业用途、家用和类似用途。

家用和类似用途插头/插座产品是户内或户外使用的、家用和类似用途的、仅用于交流电、额定电压在50v以上但不超过440V、额定电流不超过32A的、带或不带接地触头的插头和固定式、移动式插座。该类产品有：插头/插座类产品包括单相两极插头、插座、器具插座；单相所极带接地插头、插座、器具插座；三相插头和插座。

从根本上讲，PDU还是插头/插座的一种。

（1）专用性。

世界上大部分国家都会制定本国（地区）的“插头/插座形式、基本参数和尺寸” 的标准，即有本国（地区）的电源插头、插座的样式、标准。

①GB1002-1996《家用和类似用途单相插头插座式、基本参数和尺寸》标准，确定了中国的插头、插座的样式和标准。

②BS1363确定了英国的插头、插座的样式和标准（英联邦国家基本上都采用英国的BS标准）。

（2）通用性。

世界各个国家（地区）的《家用和类似用途插头插座第1部分：通用要求》都等效于IEC884-2-1标准，即各个国家的“通用要求”基本上都是相同和一致的（除个别章节的内容有所修改变动外）。“通用要求”规定了对插头、插座进行测试、合格判定的技术要求、试验方法的通用技术标准。“通用要求”即各个国家的技术要求和标准基本上不存在标准高或标准低的问题，都是属于强制性的标准。

IEC60320标准下的系列插头、插座是目前在世界各国应用最广泛的、通用性最强的一类用于计算机、通信设备等产品领域的标准制式。一般常用插座的规格有：IEC320 C13（10A）、IEC320 C19（16A）。常用插头的规格有：IEC320 C14（10A）、IEC320 C20（16A）。IEC320标准插头、插座的最关键也是最突出的特点是：国际标准化、通用性强、结构安全可靠、易于更换。