数据中心末端配电母线联合解决方案白皮书

目录 前言 3 1 数据中心机房配电母线的优势17 3.1 新型数据中心机房配电机构3.2 新型智能监控机房配电母线方案1719 4 2 传统的数据中心机房配电架构及的挑战及应对 4.1 固定式机房配电母线4.2 滑轨式机房配电母线2424 2.1 智能机房配电母线特点2.2 机架配电母线的典型应用场景2.3 智能母线系统逐渐普及2.4 绿色节能及主动运维的需求凸显791616 结语25 前言Preface 随着云计算、大数据以及人工智能等新兴技术的迅猛发展，我国数据中心产业也迎来了高速增长期。当前，数据中心正朝着大规模、高功率密度、绿色低碳、模块化建设等方向演进。在这一趋势下，供配电系统作为核心基础设施，其在经济性、可持续性、灵活部署与高可靠性等方面面临更高要求。传统通过列头柜+电缆进行机房配电的方式，因结构固定、布线复杂、扩展困难等问题，已难以满足现代数据中心的实际需求。为此，以结构更灵活、扩展更便捷的数据中心末端配电母线系统替代传统列头柜+电缆模式，逐渐成为数据中心供配电系统升级的重要路径之一。 西门子始终关注数据中心配电技术的发展，联合突破电气共同编写本白皮书，对数据中心末端配电母线进行了详细分析，提出了一种新型智能监控数据中心末端配电母线的架构，以期更进一步推动智能数据中心末端配电母线的发展和应用。 AI智算引领1 数据中心末端配电母线趋势变革 随着人工智能技术的高速发展，尤其是大模型训练和推理对算力需求的激增，数据中心正经历从传统架构向更高密度、更高功率负载的快速蜕变。相比于传统通算服务器，AI服务器单机柜功率持续大幅度攀升，常规功耗已从传统的10/20kW级跃升至100/130kW 以上，带动机房配电系统同步进行深度变革。市场主流型号GPU服务器算力及功耗数据如下表所示： 在此背景下，末端配电母线系统作为数据中心配电的关键组件，呈现以下市场和技术演变趋势 1.1市场需求增加 在AI浪潮来临之前，数据中心机房母线市场规模目前全球容量2023年约6亿美元，随着AI大模型应用如ChatGPT的流行，这个数字在2024年爆发增长到25亿美元，并预计在2030年超过100亿美元。 1.2电气容量需求飙升 随着AI服务器的容量上升，单机柜容量快速上升，传统400A、630A精密配电柜系统难以满足AI机柜需求，目前800A、1250A的机房母线成为AI 数据中心的主流方案； 以400A精密配电柜系统为例，应用于通用算力时代可以支持34台单机柜8kW的供电需求，而面对AI智能算力的需求，如果单机柜达到50kW，只能支持5台机柜AI集群的部署。而采用1250A电流等级的数据中心末端配电母线，其最大载流可支持单路约866kW的电力输送（以400V三相核算），则可以充分满足智算中心高密度机柜的电力负荷需求，单机柜50kW情况下，可以支持单列17台机柜组成冷热通道。 传统数据中心 2 末端配电架构的挑战及应对 在传统数据中心配电体系中，主进线经变压器与UPS后接入列头柜，再分配至各IT机柜，通常每柜配置双路电源以实现冗余，布线多通过底部架空地板或顶部线缆桥架部署。 电状态下灵活实施；同时，双路电源配置与加粗电缆占用大量布线空间，既影响制冷效率，也增加了后期维护难度。 随着数据中心功率密度持续攀升，供配电系统面临多重挑战。 首先是可靠性要求显著提高：当前机柜功率已从10kW、15kW提升至20kW、50kW，部分应用场景甚至突破100kW，传统电缆在长时间高负载运行下的安全风险持续加剧。 再次，传统电缆方案材料消耗大，废旧电缆回收处理困难，碳排放与环境压力大。而母线配电系统结构紧凑，材料用量低，具备较高的可拆卸与循环利用价值，符合数据中心绿色建设与碳中和发展趋势，为企业实现可持续发展目标提供支持。 其次在IT设备迭代周期不断缩短的前提下，系统灵活性不足：回路调整难以主路不断 传统数据中心配电架构在功率密度攀升的行业趋势下，其可靠性不足、灵活性欠缺、运维复杂、部署迟缓以及耗材多、难回收、碳排放高和空间浪费等问题日益凸显，已成为制约数据中心（特别是 AI 智算中心）高效发展的关键瓶颈。针对这些痛点，数据中心智能末端配电母线作为创新型配电解决方案，以全新的设计理念和技术特性形成了系统性的解决方案与突破性优势。 此外，部署周期难以满足快速上线需求：互联网行业对数据中心快速上线的需求越来越迫切，传统配电方式因施工流程复杂，难以适配模块化、工厂预制的部署趋势。 最后，空间利用率偏低：列头柜占用机柜位，在空间资源紧张的场景下，无法适适应高密度建设需求。在此背景下，机房配电母线作为更高效、灵活的替代方案，正逐步成为行业主流选择。 2.1数据中心末端配电母线特点 数据中心末端配电母线是基于模块化设计的新型配电系统，通过整合电力传输、智能监测与灵活扩展功能，实现数据中心供配电体系的高效升级。 2.1.1 空间利用率提升 采用数据中心末端配电母线方式由于省去了列头柜，原列头柜的位置可增加配置1个IT机柜。一般每20个左右IT机柜配置1台强电列头柜，去掉列头柜后可增加1/20左右的IT机柜数量，按一个机房1000个机柜为例，原需要50个列头柜，采用数据中心末端配电母线后机房IT机柜可达1050个，每个机柜租赁费预计5万元/年计算，每年可增加收入250万元，在城市核心节点机房等空间溢价较高的场景中，收益提升更为显著。 2.1.2 快速部署与弹性扩展能力突出 数据中心智能末端配电母线采用模块化结构，安装灵活性高，可预布于所有机柜顶部，实现即插即用；插接箱支持在线插拔，便于负载 动 态 调 整 与 系 统 扩 容 。 与 传 统 电 缆 部 署 相比，安装工期可缩短为之前的 25%，能满足分阶段建设与投资需求，有效提升建设效率与用电精度。 在 AI 服务器算力快速攀升的背景下，AI 数据中心需快速完成基础设施建设以匹配设备部署节奏。滑轨式母线的灵活部署特性，可精准响应客户实时变化的需求。 2.1.3 更高系统可靠性 滑轨式母线已在大型数据中心得到广泛应用，由始端箱、母线直线段、母线连接器、插接箱和安装附件组成，具备优异的接触性能与承载能力。系统支持全线电流、全母线温度实时监测及告警功能，可显著提升抗冲击能力与长时间运行稳定性。 2.1.4 更好的经济收益 数据中心智能末端配电母线的经济性体现在全生命周期成本优化：一方面可大幅降低运维与安装成本；另一方面节能特性突出，以 400A 规格为例，年用电成本较电缆方案节约 10%，若计入电流发热对空调系统的影响，产生的额外电能损耗，综合节能率可达 20% 以上。在 400kW 以上电流的机房配电场景中（即630A数据中心末端配电母线），其直接投资成本已低于传统配电柜+ 电缆方案，成为行业的主流选择。 2.2末端配电母线的典型应用场景2.2.1传统Hyperscale数据中心 传统超大型数据中心通常机柜数量较多，单柜功率较低，部署大量服务器。受限于传统配电线路布局，存在可用性下降、能耗增加及扩展困难等问题，系统灵活性受限。引入新型数据中心末端配电母线，可有效降低线路损耗、节省空间，简化安装流程，缩短工期，同时减轻运维与检修负担。 应用特点 问题痛点 01 标准化19英寸机柜，功率密度中等(5~14.5kW1柜)。250A，400A方案，插接箱单相32A或者63A，配智能监测方案，一主一备。 Hyperscale数据中心规模庞大、建设周期长，方案易变且需频繁调整，要求配电基础设施具备高度灵活适配能力，同时项目运营周期长、运维复杂且困难。 客户价值 03 在传统Hyperscale数据中心中，母线槽配电系统凭借模块化预制、安装快捷、运维简便与空间利用率高等优势，显著降低了全生命周期TCO，提升了系统可靠性与运维效率。相比电缆方案，母线槽在标准化交付、灵活扩容与能效优化方面更具优势，能够有效释放机房空间、改善气流组织，助力PUE指标优化。同时，母线系统具备优良的可回收性与智能监控能力，契合大型数据中心绿色低碳与可持续发展的建设需求，成为支撑Hyperscale数据中心高效运营与长期价值提升的关键配电基础设施。 典型部署方式 04 1.常规配置方案 数据中心末端配电母线系统常通过吊杆安装，母线的安装路径需要提前设计，以避开弱电和其他管路，一般母线的部署需要在弱电和桥架之前。另外，对于层高受限，天花板不具备吊装环境的情况，则需要考虑其他方式。 2. 鱼骨式部署方案 鱼骨式部署兼顾供电效率与空间利用，母线布置于相邻机柜间或模块中央，向两侧机柜供电。该方式在满足负载需求的同时缩短母线长度，减少线缆与支撑结构用量，节省材料并提升施工与运维效率，适合空间紧凑、对成本敏感的大型数据中心。同事可结合多路 UPS 输入，如 4路6 路等，为机柜模块提供冗余电源路径，在极端宕机场景下有效降低受影响机柜比例，保障整体供电可靠性。 3. 母线采用上下排布的部署方案 Hyperscale机房设计考虑到机柜部署所需占用的物理空间，通常房间挑高设计4米以上，预留了足够的纵向空间上下部署两路末端配电母线，以便支持双路供电和便于维护操作。沿机柜模块上方水平布置，上路母线与下路母线错开排列，既保证电气隔离，又充分利用机房顶部空间。同时，该布局方式在机柜正上方预留出足够的空间，为弱电、光纤桥架等线路的布设提供便利，同时便于母线的安装、检修和后期扩容。 2.2.2AI智算中心 AI 智算中心主单柜功率极高，配电通道密集，对供电连续性与系统可用性提出更高要求。客户更加关注供电系统的高可靠性、低损耗及智能化运维能力。采用高密度母线配电方案，能够满足 GPU 集群的大功率负载需求，在降低能耗的同时，实现全链路监测与故障快速定位，提升整体运行的安全性与可控性。 应用特点01 问题痛点 02 随着单机柜功率提升，传统列头柜线缆配电方案无法支持稳定供电需求，而选用电压开关柜配电方案整体运维复杂、扩容受限，难以满足高功率机柜需求；母线方案结构紧凑、承载力强，便于扩容和集中监控，更适合AI集群高密度高功率环境。 高功率密度(单柜功率可达100kW以上)，多GPU密集部署，液冷普及。一般采用干线800A-1250A，插接箱3相63A至125A输出配置，配备智能监测，母线测温。 典型部署方式 客户价值 03 采用母线配置方案可以有效解决高功率机柜带来的配电挑战。凭借结构紧凑和高承载能力，母线方案不仅提升了供电稳定性，还支持灵活扩容和集中监控，大幅简化运维难度。同时，其模块化设计便于快速部署和调整，为AI集群等高密度、高功率环境提供可靠、可持续的电力保障，从而帮助客户降低运营风险、提升机房利用率并支持业务持续增长。 未来展望 05 机房配电母线安装于模块化数据中心上方，沿通道上方布置，为每列机柜提供独立的AB双路母线供电，实现供电冗余与可靠性保障。该部署方式结构清晰，易于标准化实施，具备良好的兼容性与扩展性，是当前数据中心较为成熟的主流配电方案。 1.机架功率大幅提升:传统数据中心的机架功率通常为千瓦级（kW），比较常见的机架功率多为3-8kW，随着AI需求的飞速发展和对算力需求的增加，越来越多的GPU等高性能服务器被用于大模型计算，单机柜功率密度已经上升到20~100KW之间。英伟达和Google等厂商也提出了兆瓦级（MW）机架的概念，为未来的智算需求提前布局。 2. 供电方式直流化:目前在数据中心的各种低压配电方案中，交流供电方式占据了主流地位。 传统交流供电方式正在面临着高功率密度的智算数据中心的挑战，主要有以下几点： 1) 损耗大:：各个变流环节（AC/DC，DC/AC，DC/DC等）都会带来一定的损耗，变流环节越多，损耗越大。众所周知数据中心属于高耗能的行业，对于PUE的提升也就迫在眉睫，如何降低损耗就成为了数据中心配电系统的关键。 2) 材料多：传统UPS + 48V DC供电方式对于高功率密度（>10