数据中心能效管理系统对配电系统、能耗、温度、蓄电池等运行状态实时监测

一、数据中心综合能效管理系统简介

安科瑞AcrelEMS-IDC数据中心综合能效管理系统采集数据中心中低压配电系统、环境等数据，通过实时监测、控制和预警可以帮助数据中心运维单位建立能效管理体系，掌控数据中心配电系统运行状况和IT、空调等设备的能耗数据，提高数据中心供电可靠性和能效指标。

1联5系8电2话171微3信5同2号2

二、平台结构

系统平台架构如图：

三、电气监控

电气监控主要针对10kV配电系统微机保护装置、10/0.4kV变压器、10kV柴油发电机、ATS开关、UPS设备、蓄电池、精密配电柜、智能母线等设备的监测、控制以及多路电源的自动切换等，系统实时采集电气数据和电气节点温度数据，并设置越限报警及时获取系统异常情况。

3.1、10kV回路保护和监测

10kV回路保护和监测主要针对变电所和柴油发电机10kV回路的保护、遥测、遥信和遥控功能，通过系统图可以实时反馈10kV配电系统的运行状况。

3.2、功能介绍

①10kV电能质量监测装置

APview500电能质量监测装置可以监测电网频率 ,电压、电流有效值,有功功率、无功功率、视在功率及功率因数,电压偏差,频率偏差,三相电压不平衡度、三相电流不平衡度；三相电压、电流各序分量；基波电压、电流，功率、功率因数、相位等,谐波（2～50 次）。包括电压、电流的总谐波畸变率、各次谐波电压、电流含有率、有效值、功率等,谐波群 ,间谐波 电压波动、闪变，电压可输入57.7V/100V 或 220V/380V 。

②10kV进线保护测控装置

10kV进线保护测控装置采用AM6-L,10kV变压器保护测控装置采用A具备相间电流速断保护，相间限时电流速断保护（可带低压闭锁），相间过电流保护（可带低压闭锁），两段式零序过流保护，反时限相间过流保护（可带低压闭锁），零序反时限过流保护，过负荷保护，控制回路异常告警。

③10kV变压器保护测控装置

10kV变压器保护测控装置采用AM6-TB，具备电流速断保护，过流保护，复压闭锁，反时限过流保护，复压闭锁，两段式高压侧零序过流保护，两段式低压侧零序过流保护，过负荷保护，控制回路异常告警，超温/重瓦斯跳闸，过温/轻瓦斯报警。

④10kV母联保护测控装置

10kV母联保护测控装置采用AM6-B，具备保护、测控和备自投功能，相间电流速断保护，相间过电流保护，母联充电保护，母联备自投，进线备自投，控制回路异常告警。

⑤10kV柴油发电机保护装置

10kV柴油发电机保护装置采用AM56-MD，具备比率差动保护，差动速断保护，两段 过流保护，反时限过流保护，两段式负序过流保护，负序反时限过流保护，两段式零序过流保护，热过载保护，过负荷保护，低频保护、非电量保护，低电压保护，过电压保护，零序过压告警，电压不平衡保护，相序保护。

⑥PT监测装置

PT监测装置采用AM56-UB，可以监测电压互感器实现过电压告警、零序过压告警、PT断线告警、低电压告警等功能，采集母线三相电压、零序电压、线电压等。

⑦开关柜操控装置

开关柜操控装置采用ASD500，它以一体化布局配套于开关柜，简化了开关柜的面板设计，美化了面板布局。除具有动态模拟指示、带电显示及闭锁、温湿度显示及其控制、验电核相、二次回路电压值显示、人体感应带电提示及柜内照明、语音防误提示、时间日期显示、远方/就地操作、分合闸操作、手动/自动储能、远程通信等功能外，还具有电力综合参数测量功能，测量参数为：三相电压、三相电流、功率因数、有功功率计量、无功功率计量，使开关柜进一步智能化、网络化、数字化。另外可以接入无线测温传感器数据，就地显示各电气接点温度。

⑧无线测温传感器

无线测温传感器主要用于监测断路器触头、触臂、母排和线缆连接处温度，便于提前发现温度异常导致的事故。实时监测断路器、母排或线缆接头每相运行温度，每一个温度均可以设置越限报警，并且对报警级别进行分级定义支持对应线缆运行历史温度的查看及导出。

3.3 10kV柴油发电机

数据中心柴油发电机作为后备电源，需要在市电失电后15s内启动作为备用电源，这在保证数据中心不间断运行非常重要，由于正常时不需要使用，所以需要定期维护和测试。

系统读取柴油发电机控制屏数据，在界面显示柴油发电机运行状态、电流电压、负荷率、引擎温度、频率（转速）、油压、燃油油位、启动电池电压等并提供异常告警信号

3.4 电源自动切换开关

电源自动切换开关用于备用电源的自动切换，由于数据中心对供电可靠性要求比较高，用到的电源切换开关比较多。电源切换开关有STS静态切换开关和ATS自动转换开关两种，前者切换速度较快(一般小于8ms)不会导致IT设备断电，一般用在功率较小、切换时间要求高的回路；后者切换速度约100ms，配合后端UPS也不会导致IT设备断电，两者均有大量运用。

系统可以监测转换开关双路电源电压、电流、投切状态、动作信息以及异常报警，及时在系统界面显示并通过语音、文字或APP、短信等多种方式发出告警信号。

3.5 变压器监测

系统监测变压器电流、电压、有功/无功功率、功率因数、负荷率、三相绕组温度、三相不平衡等数据，通过数据和曲线实时反馈，异常时及时发出告警信号。

3.6 电源自动切换系统

数据中心电源比较多，典型的电源方式至少会有2路不同的10kV电源进线，外加能满足空调和机柜用电容量需求的10kV柴油发电机作为后备电源，保证数据中心不断电，所以在发生意外断电的情况下，各路电源的切换逻辑也比较复杂。

3.7 高低压回路多功能仪表

回路配置多功能仪表APM800、AEM96可以为回路提供全方位的电气数据监测，用于搭建数据中心的能源管理体系。

支持全电力参数测量（U、I、P、Q、S、PF、F、Ep、Eq）

3.8 UPS监测

系统采集UPS输入、输出端和旁路三相电压、电流、有功功率、功率因数频率，同时监测UPS温度、蓄电池电压、当前负载下的剩余时间等数据，检测到异常时会及时发出告警信号，告警信号也可以根据紧急程度进行分级。

3.9 精密配电柜（和智能小母线二选一）

精密配电柜也叫智能列头柜，为IT设备提供电源，采用AB双回路进线，馈线回路比较多，配置安科瑞AMC16系列列头柜监测模块，实现对列头柜进线和馈线回路电流、电压、功率、电能、开关状态的数据监测。

3.10 智能小母线(和精密配电柜二选一)

数据中心由于精密配电柜数量多，占用空间较大，为了节省面积，智能小母线方案由于不占用机房面积受到很多数据中心的青睐，被越来越多的应用。

3.11 蓄电池监测

数据中心UPS储能用的蓄电池比较多，而且这也是容易出问题的环节，所以必须对蓄电池电气参数和温度、内阻进行不间断监测和预警。

单体电池智能监控模块BABT是专门为单节电池设计的产品，符合ANSI/TIA-942标准要求。具有监测电池的电压、内阻与内部温度功能，安装、维护与接入方便。

• 24 小时在线监测，随时发现性能劣化的电池；

• 每个模块监测一节电池，监测电压、内阻与内部温度，符合ANSI/TIA-942 标准要求

• 模块带光电隔离，支持MODBUS-RTU通讯协议，可接入数据中心监控平台，随时掌握电池运行情况；

• 安装简单，只需正负极各接一根线；

3.12 电能质量治理

数据中心数量众多的UPS和IT设备均会产生谐波，谐波污染比较严重，会对无功补偿电容器等设备运行造成干扰。ANAPF系列有源电力滤波器通过电流互感器采集系统谐波电流，经控制器快速计算并提取各次谐波电流的含量，产生谐波电流指令，通过功率执行器件产生与谐波电流幅值相等方向相反的补偿电流，并注入电力系统中，从而抵消非线性负载所产生的谐波电流。

3.13 电气火灾监控

数据中心电气火灾探测器一般设置在变电所0.4kV馈线侧，采集数据漏电电流和线缆温度后上传至监控主机，实现对数据中心电气安全预警。现场设置的传感器监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，异常时实时发出报警信号。

四、环境监测

环境监测包括机房温湿度、烟雾、积水浸水、电池间可燃气体浓度、门禁、视频、消防数据的采集、展示和预警。

4.1 温湿度监测

机房对环境温湿度要求比较高，检测机房重要部位的温湿度分布，通过温湿度传感器连接到网关通讯接口上传平台，完成机房温湿度监控功能。

4.2 水浸监测

水浸属于开关报警监测量，可以用开关量检测获得。具体方法是：通过漏水感应线紧贴在空调下面的地板下，传感器检测报警信号接开关量采集装置，然后在监控软件商配置相应的名称和告警阈值，即简单方便地完成了防盗红外、漏水和烟雾检测监控。

4.3烟雾报警

烟感属于开关报警监测量，可以用ARTU开关量检测模块采集，将烟雾传感器安装在天花板顶上，避免空调直接对准方位，通过烟雾传感器可以感知机房产生的烟雾并提前预警。

4.4气体报警

存放储能电池的设备间可能会产生一定的可燃气体，比如氢气，这是一种易爆的气体，达到一定的浓度必须启动排风设备及时清除。

可在网关设置自动启动风机逻辑，当网关检测到氢气浓度超过设定值，在发出预警信号的同时可以自动启动排风风机，确保氢气浓度在安全程度内。

4.5门禁及红外监测

系统可以采集数据中心门禁状态和红外报警，并在系统平面图上显示门禁开闭状态并通过颜色预警，防止有人意外进入未授权区域。

4.6空气质量监测

监测数据机房内空气质量和粉尘含量。

五、系统功能

5.1 概况

主页概况：显示数据中心PUE值，总能耗、IT设备能耗、空调能耗和动力能耗。

5.2 变压器分析

显示变压器负荷率、绕组温度、三相不平衡度、功率因数等等，通过曲线显示有功、无功功率曲线，超出设定负荷率或温度值会发出告警信号

5.3 能源分布

通过平面图显示数据中心能源分布，平面图显示数据中心设备分布情况，并显示设备能耗数据，通过点击平面图上设备可以进入具体设备监控界面。

5.4 配电系统监测

5.4.1 配电主接线图

可选择查看数据中心的中低压配电系统主接线图，并在一次图显示配电系统当前遥测、遥信数据和状态。

5.4.2 电气历史数据查询

通过图形方式直观显示数据中心所有回路电流、电压、功率等电气参数的历史曲线。

5.4.3 电气运行报表

可选择以1分钟~1小时的时间间隔保存历史数据并形成运行报表。

5.4.4 电能报表

显示电能消耗日/月/年报表，并可对具体回路选择曲线图、饼图进行对比分析。

5.4.5 同环比分析

可对数据中心用电数据进行同比、环比分析比较，查看用电趋势。

5.4.6 电能集抄和电费报表

可选择查询任意时段之间的电能消耗数据，可查看日/月/年电费报表。

5.4.7 电能质量

可以监测特定回路电流、电压2~31次谐波畸变率和总谐波畸变率，通过曲线方式显示。

5.5、数据中心机房监测

5.5.1 精密配电柜监测

监测精密配电柜(列头柜)A/B路进线电气参数及所有馈出线电气参数、断路器状态等数据，并可查看历史数据。

5.5.2 小母线

监测数据中心小母线始端箱、插接箱电气参数、插接点温度以及开关状态，并可查看历史数据。

5.6、设备监测

5.6.1 UPS监测

监测UPS旁路电压、电流数据和UPS输出电压、电流、负载率等数据，并可以采集和显示蓄电池电压、电流、内阻、温度等数据。

5.6.2 空调监测

监测空调机组运行情况。

5.7、环境监测

监测数据中心温湿度、浸水、烟雾、门禁、空气质量、蓄电池室H2浓度等数据。

5.8、能效管理

5.8.1 能效看板

显示数据中心PUE值和各类设备能耗数据排名。

5.8.2 分项用能统计

显示数据中心IT设备、空调、动力和照明等各类设备用电报表。

5.9 事件报警

5.9.1报警分级

报警事件分为四级：预警、一般、重要和紧急报警，避免漏掉重要报警信息。

5.9.2 报警类型

报警类型分为遥信报警、遥测越限报警、操作日志记录、平台运行日志和报警信息查询。

5.9.3报警分析

通过列表显示各类报警事件数量，通过柱状图显示逐日报警数量，提供报警总数以及增长趋势。

审核编辑 黄宇