电力配电站冗余空间复用条件下MEC设备散热系统重构方案

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“双网协同”模式是在保证电力配电间核心功能得以实现的基础上，把通信侧的MEC设备和设备设备进行空间共享、业务互助以及运维协同，如此一来可大幅节省城市中心区域的土地资源和建筑成本，同时还可以依靠MEC的近端处理能力对电力系统的运维数据展开实时分析，本文剖析了MEC设备在电力配电站特殊环境下散热的需求，对散热技术给予比较，并结合实际案例给出了技术措施。

0 电力配电站冗余空间中MEC设备散热系统需求与设计0.1 MEC设备散热系统需求分析

在5G时代呈现出的高并发以及低时延这样的网络场景当中，MEC设备要去契合实时数据处理以及传输方面的高性能需求，而且还需面对持续时间较长且发热程度较高的状况，MEC服务器所承载的业务流量只要越大，其内部芯片与模块发热也就越发较大，若无法充分散热，那么就有可能出现效率衰减、过热保护甚至硬件损坏等风险。5G网络对于可靠性以及连续性有着较高要求，任何停机或者降频都会对业务的QoS服务质量产生影响，在设计MEC设备散热系统的时候，需要将散热效率与运行稳定性都考虑在内。

电力配电站有着特殊环境，在此环境下MEC节点面临更多问题，传统配电间一般有高电磁干扰、电压波动以及温度湿度不稳定等特性，这些因素会使服务器散热负担加重，还会对风道布局和冷却设计提出更高要求，冗余空间再利用意味着场地并非专门为IT设备预留，在空间高度、通道宽度以及机柜布局方面可能存在限制。配电间内部存在大量热源，像变压器、开关柜等电力设备长时间运行会使周围环境温度升高，增加散热系统的负荷。

针对MEC设备散热系统展开需求分析时，要从多个层面进行综合考虑，包括硬件密度方面，机房环境控制方面以及运维管理方面，在硬件层面，着重关注设备内部的通道情况以及风扇的配置，机房环境层面，重点是空调、风道、液冷等技术，运维层面，包括温度监控、散热策略的动态调度以及对预警的即时处理。

0.2 散热技术方案比较

主要的散热技术方案见表1。

表1 典型散热技术方案

散热方式	主要优点	主要缺点	适用场景
风冷（机柜风扇+机房空调）	1.成本较低，技术成熟2.改造施工方便3.维护难度较小	1.高密度环境下效率不足2.受空间与环境温度制约3.噪音较大	通用型机房及中等功耗场景，空间环境适度、散热要求相对普通的MEC节点
液冷（冷却液循环）	1.散热效率高2.对外部环境温度依赖小3.热量可集中排放	1.初始投资大2.管路布置复杂，需专业维护3.可能存在漏液风险	高功耗、高密度MEC服务器或GPU/AI负载场景，对散热稳定性和效率要求极高
定向导风+液冷（复合方案）	1.兼顾精确散热与全局降温2.可实现余热多级利用3.满足复杂环境需求	1.设计与施工难度大2.成本较高3.气流组织与管道铺设需综合规划	电力配电间等受空间限制且存在高热源的场合，需在较小空间内部署高密度MEC设备
微模块化散热（机柜级/模块化）	1.便于后期扩容或搬迁2.可预装风冷或液冷3.部署快速	1.对原有环境要求较高2.定制化程度较高3.价格通常偏高	需要灵活扩容、更新换代或迁移的MEC节点，适应性和部署效率要求高的环境

风冷以及液冷属于最为常见的两种方案，风冷主要依靠机柜内部所配备的风扇以及机房空调来实现降低温度的目的，其优点在于技术成熟，并且改造费用相对来说比较低，然而在高密度布置以及电力配电间这样的特殊环境当中，单纯的风冷或许效率欠佳，在高湿、高温或者空间受到限制的场景之下，极易出现散热方面的瓶颈。液冷方案借助冷却液的循环来带走热量，如此便可提升散热效率，同时减少对环境温度的依赖程度，不过液冷系统的初始投资相对较高，需要较为复杂的管路布置以及维护成本，这对配电间的施工改造提出了更高的要求。

在机柜级或微模块级散热方面，重点在于掌握好尺度并有灵活性，机柜级散热一般是定制化的服务器机柜，里面安装有风扇或者液冷组件，借助精细化通道达成散热目的，微模块化技术会把服务器、供配电以及制冷等功能整合于一个可移动或者扩展的模块内，便于后续调整部署位置或者迁移到其他配电间。鉴于电力配电间往往存在一定的外部管线走向规律，采用微模块化结构可以减少对原有墙体与管道的破坏，分批次安装也可顺利开展。

0.3 散热系统组件选型与参数匹配

当散热墙或者隔断墙有防火以及隔音效果的需求时，一般会采用复合材料，像石墨烯墙板或者金属板，这些材料可降低热传递，还可以削弱干扰传播，给MEC设备创造更稳定的条件，进行选型的时候，要依据配电间的电磁环境强度，挑选适宜的防护级别以及密封等级，以此来减少外部变电设备对服务器的辐射影响。

而后进行风道规划以及风机系统配置，采用风冷方式时，需要在机柜内部构建起合理的正压或者负压气流，并且结合热通道和冷通道的分区设计，以此让热量可快速地排出机柜区域，大功率机房空调承担着把排出的热量传递给室外环境的任务，或者借助水冷却循环再次进行排放。风机的转速以及布置位置需要依据MEC服务器的发热特性来确定，保证各个关键元器件都可以获得充足的冷却。

若采用液冷或者复合散热体系，需要对冷却液管路展开设计，契合服务器级以及机柜级这两种散热需求，液冷头和泵的功率、冷却液的流速以及进出水温差、管路材质以及传感器的布局，这些都会直接对散热效率产生影响，为了减轻日常运维的负担，应当选用有漏液检测以及自动报警功能的液冷组件，并且在机柜底部或者配电间排水系统的位置做好安全方面的措施。液冷模式对于环境温度的要求相对较低一些，不过对维护专业性的要求更高，需要综合成本与管理能力来做出判断。

1 案例分析

本文以一电信运营商与国家电网共同建设的“双网协同”MEC边缘机房嵌入电力配电间的改建工程作为实例来展开相关分析。

1.1 改造目标

改造目标主要在物理协同、业务协同以及运维协同这三个层面，其中物理协同具体是指，在面积有限的配电间空间里，科学合理地安置微模块化MEC机柜，同时针对散热、供电以及电磁屏蔽等相关环节实施升级操作，业务协同方面，需要把电力设备状态数据同通信侧的5G流量本地处理能力相互结合起来，以此达成边缘计算在电力监测以及垂直行业应用中的双向赋能效果，运维协同指跨行业的合作机制，借助统一调度平台以及共享巡检设备，降低响应时间以及维护成本。

1.2 双网融合实施模式与方案

项目关键技术融合方案见表2。

表2 关键技术融合方案

融合维度	技术指标	创新点
环境兼容性	石墨烯复合材料降噪墙（隔热系数<0.15W/m²·K） 定向导风可立体散热（温差散热衰减低于7°C）	破除配电间电磁干扰对MEC设备影响（电磁屏蔽效能>85dB）
供配电智能联动	多源供电动态切换（市电/储能/光伏，切换延时<10ms） 基于LSTM的电力负载预测测算（预测误差≤6%）	MEC业务优先级供电保障（SLA达99.999%）
数据互通平台	构建OpEx-CapEx联合优化模型（择时/机会成本分摊算法） 电力D5000系统与智能iOSS平台API级对接	故障类联动分析速度提升5倍（电器集成过程同步采集）

在项目规划阶段的时候，针对配电间的平面结构展开了详细勘察，依据电力设备分布情况、备用通道位置以及空调制冷系统的设计状况，规划出了三大功能分区，分别是电力配电主控区、MEC核心设备区以及综合能源管理区，其中电力配电主控区所占面积约为60%，保留了原有的10kV开关柜以及配套的变压器、测控终端，MEC核心设备区占地大概25%，用于部署2套微模块化服务器机柜，综合能源管理区约占15%，主要用于放置智能配电单元PDU与磷酸铁锂储能系统。

MEC核心设备区采用双重隔断结构，目的在于兼顾高效散热与设备安全，在原有的钢混墙面内侧增设一层由石墨烯复合材料制成的隔热墙，此隔热墙热传导系数较小，在接缝处使用阻燃密封胶，以此尽量降低来自配电设备的热量辐射，针对MEC服务器的集中发热情况，在机柜内部采用液冷散热与定向导风相结合的复合方案，借助液冷管路迅速带走CPU、GPU等高热负载器件的热量，然后将余热统一排入配电间高处的导风管道，再由顶层抽风系统将其输送至室外。关于电磁兼容性，在机柜外壁添加金属网格屏蔽层，同时为电力柜与MEC机柜之间铺设共地铜排以及高频滤波器，保证二者互不干扰。

在综合能源管理区域进行了智能PDU以及磷酸铁锂储能系统的部署工作，它们与配电间原有的市电线路以及局部供电接口相互配合，达成了多源供电的切换操作，当MEC负载出现短时间的峰值状况时，系统可立刻从储能单元里调配电力，防止对设备造成不利的冲击影响，在日常的运行过程中，PDU会对MEC设备的用电情况展开实时监测，并且结合电力负荷预测的相关信息，借助调节自动断路器和逆变器的工作模式，让双方都可以拥有较为稳定的电力环境。

1.3 跨行业管理机制

管理模式方面，构建了联合运维中心，该中心由电力三级调度员以及电信网优工程师共同参与组建，凭借一体化数字平台，接入了MEC设备和配电间设备的实时监控数据，这些数据包含温度、湿度、CPU利用率、负载电流、电磁干扰等多项指标，并且对各类信号展开分类管理，运维人员可在平台界面达成指令下发以及跨系统联动，比如对MEC服务器进行重启操作，或者对变压器进行分接调整等。