數(shù)據(jù)中心機(jī)房UPS供電系統(tǒng)可靠性分析及應(yīng)對策略

來源：廣州騰環(huán)電子設(shè)備有限公司 2023年02月09日 17:41

供電系統(tǒng)的可靠性直接影響到廣電數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn),，涉及信息存儲,、節(jié)目錄制采編傳輸,、影音數(shù)據(jù)等生產(chǎn)質(zhì)量和播出質(zhì)量,，為確保數(shù)據(jù)中心機(jī)房UPS供電系統(tǒng)的運(yùn)作更加科學(xué),、安全,、可靠,，在現(xiàn)階段廣電數(shù)據(jù)中心機(jī)房UPS供電系統(tǒng)的布局規(guī)劃管理工作中,，電氣專業(yè)技術(shù)人員需要開展頂層設(shè)計(jì)，明確各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),、技術(shù)要素,，結(jié)合精益化、精細(xì)化的管控措施,，明確各項(xiàng)管理標(biāo)準(zhǔn),，對保障供電系統(tǒng)正常運(yùn)行尤為重要。

1,、數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)備分類以及供電特征分析

廣電數(shù)據(jù)中心機(jī)房的電源設(shè)備分為單電源以及冗余電源設(shè)備,，具體來說,，單電源是指單一的電源模塊，當(dāng)數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)備存在供電問題時(shí),，通常是由于電源本身出現(xiàn)的故障問題所導(dǎo)致的,，此時(shí)的機(jī)房設(shè)施將處于待機(jī)狀態(tài),，而冗余電源設(shè)備主要是由多個(gè)電源模塊所構(gòu)成,，此類設(shè)備也稱為雙電源設(shè)備，由多個(gè)電源來承擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)的供電負(fù)荷,，如果電源模塊組出現(xiàn)問題或無法正常供電時(shí),，剩余模塊便能夠提供相應(yīng)的電源負(fù)載，保證設(shè)備正常供電,。

2,、供電系統(tǒng)可靠性的分配

通常情況下，在供電系統(tǒng)中包含多個(gè)設(shè)備設(shè)施,，如防雷器,、電纜、開關(guān),、UPS,、電池組、PDU以及各種連接件,，每一個(gè)環(huán)節(jié)以及每一項(xiàng)設(shè)備須具備較高的可靠性和穩(wěn)定性，才能發(fā)揮整個(gè)供電系統(tǒng)應(yīng)有的作用,。在對供電系統(tǒng)可靠性進(jìn)行分配管理的過程中,，電氣技術(shù)人員需要充分遵循短板控制原理,，及整個(gè)系統(tǒng)的綜合運(yùn)行可靠性的高低往往取決于可靠性較低的某一個(gè)部件或某一個(gè)環(huán)節(jié)，因此在供電系統(tǒng)可靠性的分配管理過程中,，需要嚴(yán)格參照較低的那個(gè)環(huán)節(jié)完成資源分配、管理分配,，以此才能夠采購發(fā)揮出整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)有的作用,，比如在常見的10kVUPS輸出端配置65A的斷路器相對較為常見，同時(shí)在電子系統(tǒng)中,，電氣技術(shù)人員也需要保證各系統(tǒng)各環(huán)節(jié)連接牢靠，具體來說，由于常見的單相10kV額定電流為45A,，考慮到增強(qiáng)系統(tǒng)20%的過載能力，一般會選取65A的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的保護(hù),，如果在該環(huán)節(jié)存在特殊的要求則需要重新計(jì)算電流值大小,，若盲目選用32A或100A的斷路器，將不滿足整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的需求,，比如選擇32A的斷路器會面臨頻繁切斷負(fù)載,，若選用100A的斷路器，會致使輸出端短路而無法保護(hù)電源的情況出現(xiàn),，簡而言之,，如果對可靠性電流值大小的分配未滿足系統(tǒng)設(shè)備的具體運(yùn)作需求，則會導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)拒動(dòng)或誤動(dòng)的現(xiàn)象,。

通過實(shí)地調(diào)研分析可以看出,，在整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房供電系統(tǒng)可靠性的分配管理過程中，電氣技術(shù)人員需要整合各項(xiàng)設(shè)備設(shè)施的綜合可靠性數(shù)值,，完成綜合評價(jià)管控,，比如在該環(huán)節(jié)需要分析系統(tǒng)防雷器的運(yùn)作可靠性，電纜設(shè)施的運(yùn)作可靠性,，開關(guān)柜,、發(fā)電機(jī)、UPS,、電池組、PDU以及各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行可靠性,，之后再將每個(gè)結(jié)構(gòu)單元、結(jié)構(gòu)部位的運(yùn)行可靠性進(jìn)行乘積運(yùn)算,，再通過特定的函數(shù)值的賦值分析,，便能夠得到整個(gè)系統(tǒng)最終的可靠性。

3,、供電系統(tǒng)中UPS選擇的原則分析

3.1選取高效率的設(shè)備

UPS作為供電系統(tǒng)中的關(guān)鍵要素,，在選取相關(guān)設(shè)備時(shí)，電氣工程技術(shù)人員需要重點(diǎn)考量系統(tǒng)所具備的運(yùn)行可靠性問題,，同時(shí)考量相關(guān)設(shè)備的外部運(yùn)行環(huán)境,，盡可能控制設(shè)備高溫問題，據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示,，如果UPS設(shè)備溫度升高,，那么設(shè)備內(nèi)部的電子零部件的活躍度將會翻倍，從而使得設(shè)備內(nèi)部的元器件的使用壽命進(jìn)一步衰減,，因此管控UPS供電系統(tǒng)內(nèi)部的溫度數(shù)值將能夠提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性,，但是要想管控設(shè)備內(nèi)部的溫度,，則需要對設(shè)備本身的功耗進(jìn)行多方面的論證分析，簡而言之,，設(shè)備運(yùn)行的功率并不是越低越好,，同時(shí)也不是越高，要想發(fā)揮出設(shè)備更加優(yōu)異的性能,，技術(shù)人員需要考量整個(gè)系統(tǒng)的綜合運(yùn)行需求,，完成對設(shè)備負(fù)載功率的合理設(shè)置。

具體來說,，在常見的工頻機(jī)和高頻機(jī)兩種UPS電路結(jié)構(gòu)中,，不同設(shè)備在輸出端、輸入端均具備不同的線性輸入指標(biāo),，同時(shí)兩者也具備不同的功率因素,，據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，工頻機(jī)的UPS比高頻機(jī)UPS往往具備更大的功率消耗,，同時(shí)兩者也具備不同的造價(jià),。此外，工頻機(jī)UPS輸入逆變器通常是采用的全橋電路,，在實(shí)踐應(yīng)用層面,，此類電路要想發(fā)揮工頻UPS的實(shí)際性能，則需要適當(dāng)?shù)脑黾痈綦x變壓器,，而對于高頻機(jī)UPS逆變器而言,，此類設(shè)備通常采用半橋電路，因此針對此類設(shè)施的空間布局以及結(jié)構(gòu)布局不需要借用變壓器隔離便能夠發(fā)揮出應(yīng)有的作用,。

因此可以看出工頻機(jī)系統(tǒng)由于具備更多的結(jié)構(gòu)損耗,，導(dǎo)致其變壓器的損耗數(shù)值也進(jìn)一步提高，從故障學(xué)原理出發(fā)可以看出,，如果整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)備設(shè)施的數(shù)量越多,，則表明整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的故障率會進(jìn)一步加大，因此工頻機(jī)比高頻機(jī)出現(xiàn)故障的概率要更高,。因此在選取系統(tǒng)中的過程中,，工程師以及技術(shù)員需要秉承減少結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性的原則,，完成對系統(tǒng)設(shè)備的布置,，以此才能夠降低設(shè)備的電力損耗。

3.2選擇噪音低的設(shè)備

一般情況下,，要想確保電源系統(tǒng)更加科學(xué),、高效、穩(wěn)定地運(yùn)作，電氣技術(shù)人員需要嚴(yán)格管控設(shè)備的噪音,，同時(shí)噪音過高也會導(dǎo)致設(shè)備操作環(huán)境變得過于復(fù)雜,，使得操作者的情緒受到嚴(yán)重影響，從而導(dǎo)致工作人員的工作效率降低,，甚至出現(xiàn)操作失誤的情況,。但是由于工頻機(jī)UPS輸入電路破壞了原有的電壓波形，會給其他設(shè)備造成相應(yīng)的電磁干擾,，同時(shí)電感和變壓器在運(yùn)行過程中也會產(chǎn)生出大量可聞噪音,，從而使得操作環(huán)境變得更加惡劣。一般情況下,，工頻機(jī)往往結(jié)合10kHz左右的調(diào)制頻率的使用,，此類頻率恰好在人耳可感知的頻率范圍內(nèi)，從而使得人員的工作環(huán)境受到嚴(yán)重干擾,。而高頻機(jī)的工作調(diào)制頻率通常設(shè)置在20kHz以上,，而此類赫茲頻率往往在人耳感應(yīng)范圍之外，從而可以保障工作人員的工作環(huán)境相對較為安靜,。因此從供電可靠性的層面進(jìn)行分析可以看出,，選取適當(dāng)調(diào)制頻率的設(shè)備至關(guān)重要，當(dāng)前20kHz以上的高頻機(jī)UPS供電設(shè)備在數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的使用相對較為常見,?？傮w來說，在對供電系統(tǒng)UPS進(jìn)行選取選用的過程中,，工程師以及技術(shù)人員需要考慮整個(gè)系統(tǒng)的綜合功率消耗,，同時(shí)還需要考慮整個(gè)系統(tǒng)的噪音等級，以此才能夠提高整個(gè)系統(tǒng)的綜合運(yùn)行效率,。

4,、提高供電可靠性的途徑分析

4.1控制UPS輸入輸出的形式

在控制UPS輸入輸出形式的過程中，電氣技術(shù)人員需要進(jìn)行多方面的論證探究,，一般情況下在對UPS供電系統(tǒng)進(jìn)行管理控制的過程中,，需要對其中的三相負(fù)載電流不平衡問題進(jìn)行重點(diǎn)管控，為了提高三相輸出的穩(wěn)定性,，工程人員、技術(shù)人員可以采用三進(jìn)單出的UPS單元來提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的效率,。同時(shí)考慮到單進(jìn)單出對整個(gè)輸入配電所產(chǎn)生的不平衡問題,，在當(dāng)前三相輸出UPS時(shí)通常被賦予了三相負(fù)載100%不平衡的能力，如果出現(xiàn)100%不平衡時(shí),，其電壓不平衡度也只是出現(xiàn)微小的波動(dòng),；但是結(jié)合三進(jìn)單出的UPS供電模式卻有著較好的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，比如當(dāng)輸出功率在90kvA時(shí)，借助正常三相輸入可確保每條線路均能夠輸入30kvA的電流數(shù)值,，以此達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的平衡狀態(tài),，如果UPS輸出端存在過載或設(shè)備故障的問題時(shí)，則會導(dǎo)致供電短缺的情況,，出現(xiàn)不間斷的波動(dòng)負(fù)荷,，在該環(huán)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備中的線路控制開關(guān)便會選擇性閉合，但是若相關(guān)開關(guān)流入的電流等級過大,，則會導(dǎo)致供電全面斷電,。

而為了保證不出現(xiàn)以上的問題，工程師以及技術(shù)人員需要適當(dāng)增加輸入電路的數(shù)值大小,，比如可將輸入端的輸入值增加三倍,，使其額定輸入值變?yōu)?0kvA，而多出的電路數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出機(jī)房的供電需求,，但是卻會給上游的供電局造成較大的供電負(fù)荷,，因此若單方面增加三進(jìn)單出結(jié)構(gòu)的UPS容量也無法解決系統(tǒng)運(yùn)行可靠性低下的問題。當(dāng)前三進(jìn)單出結(jié)構(gòu)的UPS選用30kvA以下的固定等級相對較為合適,，在管控容量大小的過程中,，可以結(jié)合n+x模塊化冗余結(jié)構(gòu)，結(jié)合并聯(lián)UPS各結(jié)構(gòu)模塊,，依托并聯(lián)電路,，將故障模塊及時(shí)切換，以此來減少故障模塊給整個(gè)系統(tǒng)所造成的綜合故障問題,，提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性,。

4.2串聯(lián)單總線供電模式

為了提高UPS供電效率，通常會結(jié)合多套UPS系統(tǒng)的配合使用,比如結(jié)合主機(jī)和備機(jī)共聯(lián)的形式來完成供電管控,，一般情況下,，備機(jī)往往是作為主機(jī)旁路電源的形式存在，無論是主機(jī)還是備機(jī),，均會輸入相應(yīng)的市電,，而備機(jī)作為旁路往往承擔(dān)主機(jī)非正常狀態(tài)的供電負(fù)荷，當(dāng)主機(jī)中的設(shè)備存在運(yùn)行故障時(shí),，UPS備機(jī)便會從旁路承擔(dān)故障模塊的供電負(fù)荷,，如果主機(jī)處于正常供電狀態(tài)，則備機(jī)將處于空載運(yùn)行狀態(tài),，針對此類供電方式,，再無冗余UPS系統(tǒng)擴(kuò)充改造的情況下，可提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性,，但是在該環(huán)節(jié),，工程師以及技術(shù)人員需要確保UPS主機(jī)具備相應(yīng)的靜態(tài)旁路輸出端以及輸入端,，以此才能夠保證主機(jī)以及備機(jī)正常供電，此類結(jié)構(gòu)相對較為簡單,，能夠使得設(shè)備處于正常工作運(yùn)行的狀態(tài),，同時(shí)也能夠適當(dāng)減少主機(jī)運(yùn)行負(fù)荷，備機(jī)能夠更加科學(xué)合理地處理突發(fā)過載變化問題,，同時(shí)也能夠維持主機(jī)長效穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài),。在此過程中，技術(shù)人員也可以適當(dāng)將主機(jī)和備機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行更換,，即將備機(jī)當(dāng)作為主機(jī)使用,，而將主機(jī)當(dāng)作為備機(jī)使用，以此來減少系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷,，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性,。除此之外，此類供電管理模式也具備較低的造價(jià)成本,，可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)更加高效地維護(hù)管控,，在現(xiàn)場調(diào)試安裝管理過程中，技術(shù)人員需要科學(xué)合理實(shí)施維護(hù)管理,，對主機(jī)以及備機(jī)進(jìn)行常態(tài)化的運(yùn)維管控,，提高整個(gè)體系的運(yùn)行效率。

4.3雙總線供電模式

在數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)中,，結(jié)合雙總線供電模式的使用也相對較為常見,，可滿足供電系統(tǒng)更加安全、可靠,、高效的運(yùn)行需求,，提高整個(gè)體系運(yùn)行的安全系數(shù)。雙總線供電模式對現(xiàn)場設(shè)施的空間環(huán)境以及資金投入也不具備較高的要求,，在雙總線供電管理模式下,，可在空間資源有限的情況下實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的簡化管理。傳統(tǒng)雙總線供電模式結(jié)合兩套UPS供電系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)體系的多重供電荷載,，比如結(jié)合兩臺UPS系統(tǒng)，在輸入端輸入相應(yīng)的市電,，并且完成雙電源負(fù)載,，借助STS開關(guān)完成整個(gè)系統(tǒng)的綜合控制。

一般情況下,，當(dāng)一臺UPS出現(xiàn)故障問題時(shí),，能夠保持整個(gè)系統(tǒng)的綜合運(yùn)行負(fù)荷滿足相應(yīng)的要求，但是單臺UPS系統(tǒng)設(shè)備要能夠支撐整個(gè)系統(tǒng)的總體負(fù)荷,，在兩臺設(shè)備正常供電的情況下,，將各自承擔(dān)一半的用電負(fù)荷，結(jié)合此類雙電源的負(fù)載管控模式能夠大幅度提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性,，同時(shí)也能夠適當(dāng)減少UPS設(shè)備的運(yùn)行壓力,，延長UPS設(shè)備的使用壽命。雙總線供電方案結(jié)合并聯(lián)冗余設(shè)計(jì),，同時(shí)結(jié)合此類供電管理模式也能夠降低外界環(huán)境所帶來的不良因素影響,，具體來說，在串聯(lián)電路中,，每多一個(gè)環(huán)節(jié)便會增加一個(gè)故障點(diǎn)位,，在同一條故障線路上往往包含大量的結(jié)構(gòu)單元，如斷路器,、開關(guān),、保險(xiǎn)絲、PDU,，在其中任何開關(guān)或節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障問題均會導(dǎo)致電流無法正常高效地流通,，而為了有效地解決以上問題，將雙總線和并聯(lián)冗余方案進(jìn)行整合使用往往能夠取得良好的管控效果,，在該環(huán)節(jié)可結(jié)合多條市電的輸入,，借助多臺UPS設(shè)備，并且完成對輸出配電柜的合理布局設(shè)置,，對其中的各項(xiàng)開關(guān)進(jìn)行綜合管控,，實(shí)現(xiàn)對負(fù)載多維度、多層次的控制,，提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行水平和用電效率,。但是在此過程中，工程人員,、技術(shù)人員需要對單電源負(fù)載,、雙電源負(fù)載問題進(jìn)行綜合評估管控，使得整個(gè)方案的設(shè)計(jì)更加科學(xué)可靠,。

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