IDC機(jī)房高可用性雙總線供電結(jié)構(gòu)的技術(shù)研究

　　
　　近年來，由于UPS系統(tǒng)的冗余不一定全部解決配電系統(tǒng)的單電源瓶頸，追求數(shù)據(jù)中心機(jī)房（IDC）的供配電系統(tǒng)高可用性越來越被人們重視。然而，隨著供配電器件的安全系數(shù)和參數(shù)定義發(fā)生翻天覆地的變化，讓建設(shè)下一代高可用性IDC機(jī)房的供電系統(tǒng)成為可能。本文就上海電信某投產(chǎn)近10年的IDC機(jī)房配電系統(tǒng)改造實例，談?wù)剢坞娫椿芈废到y(tǒng)實現(xiàn)在線改造為雙總線供電結(jié)構(gòu)的方案，以研究舊配電系統(tǒng)合理改造的有效途徑，從而為高可用IDC機(jī)房的供電方案做有益的探索。
　　
　　二.實例分析
　　
　　1. 上海電信A機(jī)房作為IDC數(shù)據(jù)中心始建于2001年初，其機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施概況見下表1：

　2. 業(yè)務(wù)概況：該機(jī)房主要業(yè)務(wù)為大型游戲網(wǎng)站及其計費系統(tǒng)、教育及政府性的信息網(wǎng)站?！　?br /> 3. 原UPS設(shè)備及負(fù)載參數(shù)的情況見下表2：
　　

　　對電池總體情況評價：電池運行超過8年后，其溫升、漏液、內(nèi)阻增大或開路、短路等現(xiàn)象時有出現(xiàn)，所以，將電池全面淘汰更新勢在必行！
　　
　　5. 故障分析：該機(jī)房自2001年投入運行到2007年，未發(fā)生過具有重大影響的電力事故，但08年以來，以UPS為主的電力事故不斷。其事故的表面原因，多為UPS設(shè)備及電池老化、性能下降、輸配電器件誤動作等引起的故障，但究其實質(zhì)還是單電源、單回路的配電結(jié)構(gòu)沒有對負(fù)載形成真正的冗余回路所致，并由此使小故障升級為大事故。
　　
　　三.舊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及缺陷
　　
　　1. 舊系統(tǒng)的配電回路結(jié)構(gòu)簡圖（圖1）：

　　
　　圖1

　　2. 單路徑的缺陷分析：從上圖1可看出，該機(jī)房UPS的整個供配電回路結(jié)構(gòu)上存在著嚴(yán)重的單點故障隱患，分析如下：
　　
　　1) ATS1的單點性：從市電輸入側(cè)看，雖然市電1、2形成了雙路輸入，但ATS1就是一個單點故障點，一旦其故障，油機(jī)能支撐的時間和可靠性便讓人擔(dān)憂；
　　
　　2) ATS2的單點性：雖然由ATS1轉(zhuǎn)換后的兩路市電與柴油機(jī)組通過ATS2形成了有效的回路備份，但ATS2的單點故障性將使3路電源的備份形同虛設(shè)；
　　
　　3) UPS總輸出開關(guān)柜的單點性：雖然在UPS輸入柜中的各分機(jī)主輸入和旁路輸入端都都設(shè)置了分路開關(guān)，看上去與2+1的UPS設(shè)備已經(jīng)形成了有效分路備份，但卻在總輸出開關(guān)柜中將所有UPS的輸出通過母排并接在一個總?cè)萘繛?250A的電子開關(guān)（K1）的上樁頭，無疑是一個致命的單點故障點，如果該開關(guān)故障或者誤動作，將會使整個的后端負(fù)載失電（08年其中一次大的斷電事故便是由此開關(guān)受諧波干擾后誤動作引起的）；
　　
　　4) 下游的單點性：從UPS總輸出柜K1的下端直至機(jī)房內(nèi)的配電尾端——機(jī)架，可以看出所有的路徑均是單路徑的單點配電結(jié)構(gòu)，其中任何一個中間器件故障都會影響其下級設(shè)備的正常運行，只是不同點位的故障影響范圍有所區(qū)別罷了（一般情況下，開關(guān)故障需要更換時，還影響其上級配電，否則就必須帶電操作）；
　　
　　3. UPS設(shè)備老化的缺陷分析：從表2數(shù)據(jù)輸入功率因數(shù)0.77，輸入輸出效率73%可知，其UPS的運行參數(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了其高效節(jié)能的合理區(qū)間。該UPS設(shè)備在日常運行中，時常出現(xiàn)誤告警、實際運行參數(shù)和顯示參數(shù)不一致、誤轉(zhuǎn)或拒轉(zhuǎn)旁路、逆變器IGBT擊穿、交直流電容泄露等嚴(yán)重的故障現(xiàn)象，所以更新該套UPS設(shè)備也屬必然！
　　
　　4. 下走線的缺陷：該機(jī)房服務(wù)器裝置在機(jī)架內(nèi)，采用活動地板下走線、下送風(fēng)、上回風(fēng)的送風(fēng)方式，線纜嚴(yán)重制約了空調(diào)的制冷和送風(fēng)效果，致使空調(diào)系統(tǒng)的能效占比高、效率低（表2數(shù)據(jù)中，空調(diào)能耗與UPS有功輸出比為0.89），從節(jié)能減排的角度出發(fā)，對本系統(tǒng)改造下走線為上走線，避免空調(diào)送風(fēng)與線纜沖突也是迫切需要的。

　　四.改造方案解析
　　
　　1. 改造目標(biāo)：
　　
　　? 將低效能的舊UPS及蓄電池系統(tǒng)在線更新；
　　
　　? 將單回路供電模式改造為雙總線結(jié)構(gòu)的供電模式；
　　
　　? 地板下綜合布線的走線方式改為上走線方式；
　　
　　2. 改造原則：改造全過程不能中斷或影響業(yè)務(wù)的正常運行，盡量利用原系統(tǒng)的輸入輸出配電柜和可用線路，節(jié)約投資；
　　
　　3. 高可用雙總線結(jié)構(gòu)的UPS供電系統(tǒng)：
　　
　　目前，業(yè)內(nèi)比較流行和公認(rèn)的“高可用雙總線UPS供電系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)由三部分組成：
　　
　　? 前級輸入：兩路以上的市電（AC）、油機(jī)（M）及適當(dāng)數(shù)量的ATS組成的輸入配電系統(tǒng)，系統(tǒng)組成為（2*AC+M）*ATS；
　　
　　? 不間斷電源設(shè)備：采用2*N或2*（N+1）UPS+電池系統(tǒng)，組成不間斷供電系統(tǒng)；
　　
　　? 后級輸出：由若干數(shù)量的靜態(tài)開關(guān)組成的不間斷自動切換裝置，內(nèi)容為K*STS?！　?br />　　對于不同的機(jī)房系統(tǒng)，其三級組成結(jié)構(gòu)會稍有差異，系統(tǒng)的冗余度、冗余結(jié)構(gòu)和冗余形式也各不一樣，不同的冗余方式會直接影響系統(tǒng)的投資和系統(tǒng)的可用性。但其基本的結(jié)構(gòu)形式示意圖大致如下圖2：

圖2

　　4. 改造方案（備注：紅色線代表市電1、綠色線代表市電2、黑色線代表柴油機(jī)電力）：