UPS“雙總線(xiàn)輸出”供電系統用負載自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)
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時(shí)間：2012-03-07
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
當今的市場(chǎng)經(jīng)濟和社會(huì )活動(dòng)對信息網(wǎng)絡(luò )(互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、工業(yè)自動(dòng)化控制網(wǎng)、政府的電子政務(wù)網(wǎng)站等)的依賴(lài)程度是如此之高，那怕是僅幾分鐘的“網(wǎng)絡(luò )癱瘓”就可能會(huì )給公司，企業(yè)及行政管理機構的銷(xiāo)售，經(jīng)營(yíng)管理、社會(huì )生活的正常運行、聲譽(yù)、及公眾形象帶來(lái)難以估量的損失。鑒于公眾對“信息網(wǎng)絡(luò )”的正常運營(yíng)服務(wù)所期望的高度“時(shí)效性”，為此要求負責向它供電的UPS供電系統必須具有提供100%”高可利用率”的供電能力。目前，常采用的技術(shù)措施之一是：在各種重要的信息網(wǎng)絡(luò )機房中、配置“N+1”型UPS冗余并機系統, 從而為確保各種網(wǎng)絡(luò )設備能安全、可靠地處理/傳輸/存儲數據和各種信息資料創(chuàng )造出優(yōu)良的電源運行環(huán)境。多年來(lái)的運行實(shí)踐證明：“N+1”UPS冗余并機系統具有如下技術(shù)優(yōu)勢：
增強UPS供電系統的“容錯”功能：在由“N+1”臺UPS所構成的UPS冗余并機系統的運行中，如果其中某臺UPS因故”出故障”時(shí)、剩下的N臺UPS具有足夠的”帶載能力”向后接的網(wǎng)絡(luò )設備提供純潔的、穩壓的UPS逆變器電源，從而確保各種網(wǎng)絡(luò )設備的安全運行。這意味著(zhù)：對于這樣的帶“容錯”功能的UPS冗余供電系統而言，即使在遇到某臺UPS因故出故障時(shí)，它仍能向它的負載提供具有100%“高可利用率”的高品質(zhì)電源。
提高UPS供電系統的可靠性：例如“1+1”并機系統的平均無(wú)故障工作時(shí)間(MTBF)是UPS單機6倍左右。如果再考慮到：當今的中、大型UPS的MTBF值已高達40-50萬(wàn)小時(shí)的話(huà)，“1+1”UPS冗余供電系統的MTBF值可達250萬(wàn)小時(shí)左右。同普通市電電源的99.9%的“可利用率”相比，它可將UPS供電系統的”可利用率”提高到99.99997%以上。由此可見(jiàn)：它對提高供電系統的可靠性的作用是多么的巨大。
提高UPS供電系統的可維護性：它允許在UPS的逆變器電源供電的條件下、對位于UPS并機系統中的某臺UPS單機執行”不帶電”的定期維護/故障檢修操作。
盡管在配置“N+1”型UPS冗余并機系統后、可極大地改善信息網(wǎng)絡(luò )的供電環(huán)境。然而，近年來(lái)對當今IDC機房的運行狀況的調查發(fā)現：僅靠“N+1”型UPS冗余并機系統并不可能100%地確保在它的輸出端、再也不會(huì )出現”停電”事故。相關(guān)的統計資料證明：由于UPS的機型選配不當或輸入配電系統/輸出配電系統的設計不當而造成在UPS冗余并機系統中、出現從幾十毫秒到幾秒的“短暫停電”或超過(guò)幾分鐘的“長(cháng)時(shí)間停電”的事故仍然時(shí)有發(fā)生(注：發(fā)生這種故障的相對比例很低)。眾所周知：在“信息網(wǎng)絡(luò )”的運行中，如果遇到出現超過(guò)20毫秒以上的“瞬間供電中斷”故障發(fā)生時(shí)，就可能會(huì )導致服務(wù)器、小型計算機、網(wǎng)關(guān)等網(wǎng)絡(luò )設備出現“開(kāi)機自檢”誤動(dòng)作(此時(shí)的服務(wù)器會(huì )在瞬間“自動(dòng)關(guān)機”后，在極短的時(shí)間內、自動(dòng)執行重新”開(kāi)機啟動(dòng)”操作。這樣一來(lái)，它必然會(huì )導致信息網(wǎng)絡(luò )的操作系統和用戶(hù)的應用軟件破壞及關(guān)鍵數據的丟失)，從而致使“網(wǎng)絡(luò )癱瘓”事故發(fā)生。相關(guān)的統計資料證明：一旦出現這種局面，要使信息網(wǎng)絡(luò )恢復正常工作、往往需“耗時(shí)”短則幾十分鐘、長(cháng)則到幾小時(shí)以上，從而致使“網(wǎng)絡(luò )癱瘓”事故的影響面被急劇地擴大。例如：某電信公司的電信網(wǎng)絡(luò )在運行中，因UPS供電系統出現約3秒的“短暫供電中斷”而導致其計費系統及電話(huà)號碼的自動(dòng)查詢(xún)等關(guān)鍵系統停止工作，從而造成高達數百萬(wàn)元的營(yíng)運損失及用戶(hù)的大量投訴。為消除這種不幸事故的發(fā)生、所釆用的有效技術(shù)途徑之一是配置如圖1所示的UPS“雙總線(xiàn)輸出”供電系統。
從UPS-A和UPS-B兩套UPS供電系統送出的兩路交流電源負責向各種網(wǎng)絡(luò )設備供電(注：在這里，UPS-A和B兩套系統既可以是UPS單機、也可以是“N+1”型UPS冗余并機系統。在工作實(shí)踐中，在重要的IDC機房中，常釆用“1+1”/“2+1” 型UPS冗余并機系統來(lái)作為它的網(wǎng)絡(luò )設備的供電電源)。位于UPS“雙總線(xiàn)輸出”供電系統的輸出端的網(wǎng)絡(luò )設備可分為三大類(lèi)：
(a) 非關(guān)鍵性的設備(例：打印機、復印機及供瀏覽網(wǎng)絡(luò )用的PC機等)：
由于對非關(guān)鍵的設備而言，當因電源問(wèn)題而造成它們發(fā)生“停止工作”的故障時(shí)，一般說(shuō)來(lái)、它僅會(huì )給用戶(hù)帶來(lái)工作不便/工作時(shí)間的浪費的煩惱，并不會(huì )造成重大的經(jīng)濟損失。因此，僅向它們提供單路供電電源。
(b) 釆用“1+1”式冗余供電的、帶“雙電源輸入端”的關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò )設備(例：服務(wù)器、磁盤(pán)陣列機、網(wǎng)關(guān)等)：
對于帶“雙電源輸入”的網(wǎng)絡(luò )設備而言，從UPS-A和B的輸出配電柜所輸出的兩路UPS電源被分別送到這種設備的兩個(gè)輸入端上。在這樣的冗余式“雙路交流電源”供電設計的條件下，當遇到某套UPS供電系統因故出現“停電”事故時(shí)，它也能確保這些IT設備的正常運行。通過(guò)對當今的信息網(wǎng)絡(luò )機房的調查發(fā)現：因各類(lèi)用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )設備的配置水平/更新的速度的不同、所釆用的“雙電源輸入”供電的網(wǎng)絡(luò )設備在總網(wǎng)絡(luò )設備的配置中所占的比例大約在30% 到90%之間(注：對于某些重要的服務(wù)器而言，它們甚至釆用“2+1”冗余式的“叁電源輸入”供電設計方案)。
(c) 帶”單電源輸入端”的關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò )設備：
為確保向位于“信息網(wǎng)絡(luò )”中的關(guān)鍵“單電源輸入”供電的網(wǎng)絡(luò )設備提供365*24小時(shí)的高品質(zhì)UPS電源，就需要配置一種“負載自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)”(LTM：Load Transfer Module)。分別來(lái)自?xún)商譛PS并機系統A和B輸出端的兩路“逆變器電源”被送到“負載自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)(LTM開(kāi)關(guān))”的兩個(gè)輸入端上。在此，用戶(hù)可以通過(guò)調整它的系統參數設置的辦法，將其中的一路UPS電源設置為“優(yōu)先供電電源”、將另一路UPS電源設置為“備用電源”。正常工作時(shí)，“單電源輸入”的負載同用戶(hù)所指定的承擔“優(yōu)先供電”任務(wù)的UPS電源相接通。當這路“優(yōu)先供電電源”因故“出故障”時(shí)，LTM開(kāi)關(guān)將立即把用戶(hù)的負載切換到處于正常工作狀態(tài)下的“備用UPS逆變器電源”上。因此，利用這種”負載自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)”就能消除可能出現在UPS并機系統的輸出端與用戶(hù)負載端之間的“單點(diǎn)瓶頸”故障隱患。這樣一來(lái)，就能向用戶(hù)的關(guān)鍵負載提供具有100%”高可利用率”供電特性的高品質(zhì)的電源供應, 從而為”信息網(wǎng)絡(luò )”能長(cháng)期地、安全地和可靠地運行創(chuàng )造出優(yōu)良的電源運行環(huán)境。
有鑒于此，配置“負載自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)”后、它將有助于UPS的輸出線(xiàn)路能順利地完成的如下調控任務(wù)：
(1) 提高UPS供電系統的可利用率：它能消除從UPS輸出配電柜到用戶(hù)負載端之間所可能出現的”單點(diǎn)瓶頸”故障隱患，達到能最大限度地降低網(wǎng)絡(luò )設備因”輸入停電”而出現”網(wǎng)絡(luò )癱瘓”故障的發(fā)生的幾率的目的。
(2) “擇優(yōu)供電”功能，提高UPS供電系統的供電質(zhì)量：用戶(hù)可以通過(guò)對輸入到”負載自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)”上的兩路交流源的電壓和頻率設置”不同級別”的工作窗口大小的辦法，將具有最高供電質(zhì)量的那路UPS電源送到用戶(hù)的負載上。
(3) 提高UPS供電系統的可維護性：當某套UPS供電系統因故需要執行”停電”維護或檢修時(shí)，可通過(guò)重新選擇“優(yōu)先供電電源”的辦法、將用戶(hù)的負載自動(dòng)切換到原來(lái)的“備用電源”上，從而達到在繼續向負載提供高品質(zhì)的UPS逆變器電源的同時(shí)、將原來(lái)處于“優(yōu)先供電電源”工作狀態(tài)的那套UPS供電系統置于“停電”和“脫機”的工作狀態(tài)之下，以便為操作人員提供一個(gè)執行安全維修/檢修操作的優(yōu)良工作環(huán)境。
(4) 增強UPS供電系統的“故障隔離”功能：從上所述可知，造成”負載自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)”執行切換操作的前提條件是：從”優(yōu)先供電電源”送到LTM開(kāi)關(guān)的輸入端上的電源、一定是因故曾經(jīng)出現過(guò)”停電”或”嚴重超限”事故。眾所周知：能導致產(chǎn)生這種事故的原因、此時(shí)它所應執行的調控功能有：
當承擔“優(yōu)先供電電源”任務(wù)的那套UPS電源因故出現“停電”、“嚴重過(guò)壓/欠壓“故障”時(shí)，對于設計合理的“負載自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)”來(lái)說(shuō)，要求它必須自動(dòng)執行“先斷后通”的快速切換操作、以便在確保后接的網(wǎng)絡(luò )設備安全運行的同時(shí)、還能有效地防止上述故障從”優(yōu)先供電電源”系統擴散到另一套處于正常工作狀態(tài)下的“備用電源”供電系統上。
當因故在“負載自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)”的后接負載端出現“短路”/“嚴重過(guò)載”故障時(shí)，它不僅具備有“禁止切換”的保護功能。而且，還具備能承受往巨大的短路電流“沖擊”的能力。這樣一來(lái)，就能將短路故障的影響范圍局限在最小范圍之內,將可能造成的損失降低到最小的程度上。
(5) 釆用模塊化的標準設計、降低它的平均維修時(shí)間(MTTR)：鑒于“負載自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)”是處于“上接”兩路冗余輸入電源、“下接”各種網(wǎng)絡(luò )設備的樞紐供電位置上及重要的信息網(wǎng)絡(luò )必須向用戶(hù)提供365*24小時(shí)的不間斷的互聯(lián)網(wǎng)增值服務(wù)的實(shí)際需求，不僅將它的各個(gè)關(guān)鍵部件(例：“可控硅”切換模塊、斷路器開(kāi)關(guān)部件)設計成允許值班人員執行“帶電、熱插拔”操作的模塊化結構。而且，還釆用將“弱電”控制部件同“強電”切換部件進(jìn)行徹底“電隔離”的機械設計方案，從而達到消除因“人為誤操作”而導致誘發(fā)其它的災難性的故障的發(fā)生的目的。
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