IDC機房高可用性雙總線(xiàn)供電結構的技術(shù)研究

　　
　　近年來(lái)，由于UPS系統的冗余不一定全部解決配電系統的單電源瓶頸，追求數據中心機房（IDC）的供配電系統高可用性越來(lái)越被人們重視。然而，隨著(zhù)供配電器件的安全系數和參數定義發(fā)生翻天覆地的變化，讓建設下一代高可用性IDC機房的供電系統成為可能。本文就上海電信某投產(chǎn)近10年的IDC機房配電系統改造實(shí)例，談?wù)剢坞娫椿芈废到y實(shí)現在線(xiàn)改造為雙總線(xiàn)供電結構的方案，以研究舊配電系統合理改造的有效途徑，從而為高可用IDC機房的供電方案做有益的探索。
　　
　　二.實(shí)例分析
　　
　　1. 上海電信A機房作為IDC數據中心始建于2001年初，其機房基礎設施概況見(jiàn)下表1：

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

　　對電池總體情況評價(jià)：電池運行超過(guò)8年后，其溫升、漏液、內阻增大或開(kāi)路、短路等現象時(shí)有出現，所以，將電池全面淘汰更新勢在必行！
　　
　　5. 故障分析：該機房自2001年投入運行到2007年，未發(fā)生過(guò)具有重大影響的電力事故，但08年以來(lái)，以UPS為主的電力事故不斷。其事故的表面原因，多為UPS設備及電池老化、性能下降、輸配電器件誤動(dòng)作等引起的故障，但究其實(shí)質(zhì)還是單電源、單回路的配電結構沒(méi)有對負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.舊系統的結構及缺陷
　　
　　1. 舊系統的配電回路結構簡(jiǎn)圖（圖1）：

　　
　　圖1

　　2. 單路徑的缺陷分析：從上圖1可看出，該機房UPS的整個(gè)供配電回路結構上存在著(zhù)嚴重的單點(diǎn)故障隱患，分析如下：
　　
　　1) ATS1的單點(diǎn)性：從市電輸入側看，雖然市電1、2形成了雙路輸入，但ATS1就是一個(gè)單點(diǎn)故障點(diǎn)，一旦其故障，油機能支撐的時(shí)間和可靠性便讓人擔憂(yōu)；
　　
　　2) ATS2的單點(diǎn)性：雖然由ATS1轉換后的兩路市電與柴油機組通過(guò)ATS2形成了有效的回路備份，但ATS2的單點(diǎn)故障性將使3路電源的備份形同虛設；
　　
　　3) UPS總輸出開(kāi)關(guān)柜的單點(diǎn)性：雖然在UPS輸入柜中的各分機主輸入和旁路輸入端都都設置了分路開(kāi)關(guān)，看上去與2+1的UPS設備已經(jīng)形成了有效分路備份，但卻在總輸出開(kāi)關(guān)柜中將所有UPS的輸出通過(guò)母排并接在一個(gè)總容量為1250A的電子開(kāi)關(guān)（K1）的上樁頭，無(wú)疑是一個(gè)致命的單點(diǎn)故障點(diǎn)，如果該開(kāi)關(guān)故障或者誤動(dòng)作，將會(huì )使整個(gè)的后端負載失電（08年其中一次大的斷電事故便是由此開(kāi)關(guān)受諧波干擾后誤動(dòng)作引起的）；
　　
　　4) 下游的單點(diǎn)性：從UPS總輸出柜K1的下端直至機房?jì)鹊呐潆娢捕?mdash;—機架，可以看出所有的路徑均是單路徑的單點(diǎn)配電結構，其中任何一個(gè)中間器件故障都會(huì )影響其下級設備的正常運行，只是不同點(diǎn)位的故障影響范圍有所區別罷了（一般情況下，開(kāi)關(guān)故障需要更換時(shí)，還影響其上級配電，否則就必須帶電操作）；
　　
　　3. UPS設備老化的缺陷分析：從表2數據輸入功率因數0.77，輸入輸出效率73%可知，其UPS的運行參數已遠遠偏離了其高效節能的合理區間。該UPS設備在日常運行中，時(shí)常出現誤告警、實(shí)際運行參數和顯示參數不一致、誤轉或拒轉旁路、逆變器IGBT擊穿、交直流電容泄露等嚴重的故障現象，所以更新該套UPS設備也屬必然！
　　
　　4. 下走線(xiàn)的缺陷：該機房服務(wù)器裝置在機架內，采用活動(dòng)地板下走線(xiàn)、下送風(fēng)、上回風(fēng)的送風(fēng)方式，線(xiàn)纜嚴重制約了空調的制冷和送風(fēng)效果，致使空調系統的能效占比高、效率低（表2數據中，空調能耗與UPS有功輸出比為0.89），從節能減排的角度出發(fā)，對本系統改造下走線(xiàn)為上走線(xiàn)，避免空調送風(fēng)與線(xiàn)纜沖突也是迫切需要的。

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

圖2

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