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谈银行数据中心UPS供配电系统建设

  

发布时间: 2022-06-17 07:22:44 来源:华体会体育观看 作者:华体会直播



  UPS作为电子设备最为常用的供电安全保障设备,如何选择恰当的供电方案构架是确保数据中心供电安全等级的最重要环节,如果构架上存在缺陷,很难可以在后期的运维服务中加以优化改善。

  UPS作为电子设备最为常用的供电安全保障设备,如何选择恰当的供电方案构架是确保数据中心供电安全等级的最重要环节,如果构架上存在缺陷,很难可以在后期的运维服务中加以优化改善,笔者就自身对各种供电机构的理解与大家做一下分享。

  如图1所示,该构架方案,适合在运行当中可以有计划中断或停止运行的负载设备供电,系统应配置内置或者外置手动维修旁路开关,以尽可能的提高负载可用性。

  单机系统是当前应用最多的解决方案,负载独立地由一台UPS提供动力保护,不停电维护是通过人为强制由逆变器切换至静态旁路供电,然后再闭合手动维修旁路开关,此时负载是由市电直接供给。退出运行的UPS主机,可进行不停电维护的。手动维修旁路的切换,可以进行无中断的“先通后断”切换过程,不会引起负载中断供电的问题。

  该构架方案,也通常被称为N+X构架,如图2所示。图2(a)所示为模块机N+X冗余系统电原理图;图2(b)所示为塔式机N+X冗余系统电原理图。N是根据负载量选定的UPS基础容量,X是系统备份数量,该系统可以接受“X”数量的设备或者模组出现故障而不影响系统运行。原则上X的数量越大,系统的安全系数越高,个人建议将X设置为1-2较为合适,既可以节省能耗,也具有相应的容错能力。

  在使用N+1并机系统时,可以允许1台UPS主机进行主动维护而不影响负载运行,相比单机系统的应用方案有很大的优越性。适合应用在不能停电的重要单电源负载供电系统中。如上图示,N+X系统可以分为塔式并联和模块化UPS两种,其基本工作原理相同,但模块化UPS因具有热插拔功能,维护更便利性,操作方便,系统可用性更高。

  图3给出了2N结构型UPS供电系统电原理图,这也是银行系统普遍采用的宫殿结构。

  2N供电系统是在负载双电源技术普及的基础上发展出来的一种电源供电构架,也被称为双母线供电方案,系统中的两路UPS系统采用完全独立的供配电单元组成,每套系统均能满足全部负载的用电需要,两个系统同时工作,互为备用。正常运行时,每个系统向负载提供50%的电能,当一个系统因为故障或维护停止运行时,由另一个单元向负载提供100%的电能。因两路电源互相独立没有任何连接,所以此方案可以有效的解决UPS输出与终端负载之间出现单点故障的隐患,进一步提高系统可靠性和可用性。

  在实际应用案例中,如存在部分终端设备不具有双电源构架的,可以考虑在其前端加入STS设备加以优化。图4所示的2N结构配电系统电原理结构图就可解决问题了。

  《数据中心设计规范》规定,A级数据中心应满足容错要求,可采用2N系统,也可采用其他避免单点故障的系统配置,主要有2N、DR、RR供电系统。在系统方案构架的选择上,如果经济条件允许,笔者个人更倾向于2N构架,2N因为系统的架构简洁明了,容易实现物理隔离,日常运行维护简单的优势是另外两个系统构架无法比拟的。

  断路器开关的主要作用是,当配电系统中有某个点产生故障时,可以被位于该故障点的上一级断路器消除,并且只由其消除。如果我们在做开关配置时无法做到协调一致,则可能会出现空气开关越级跳闸等生产安全的不利影响,该问题所造成的结果会非常恶劣,笔者也曾深受其害。

  当前市场上的主流UPS,从输入方式来看,可以分为单输入和双输入两种,其中采用单输入的UPS一般集中在小功率段上;图5示出了一般中大功率UPS电路原理结构图。

  相对于大功率UPS而言,因其后端负载量大,重要性高,影响面广等原因,一般都会标配双电源输入的构架,其主要目的是规避UPS在整流、逆变器等电路出现异常损坏时,可能会引发的“UPS上级输入配电”开关跳脱风险,如图5中的两个红色电流线路,如共用一个UPS输入断路器保护,负载则可能会存在较大的断电风险。

  因此在UPS系统建设时,对UPS采取双电源输入的方式进行安装是非常关键的,万不可为了降低建设成本,缩减开关配置。

  断路器是配电系统中主要的保护电器之一,也是功能最完善的保护电器,其主要作用是作为短路、过载、接地故障、失压以及欠电压保护。根据不同需要,断路器可配备不同的脱扣器来实现其保护功能。断路器的脱扣器型式有过电流脱扣器、欠电压脱扣器、分励脱扣器等等。过电流脱扣器还可分为过载脱扣器和短路(电磁)脱扣器,并有长延时、短延时、瞬时之分。过电流脱扣器是目前市场应用中最为常用的。

  低压断路器电流特性的参数很多,容易混淆不清。在设计文件中,常常在标明断路器的电流值时,不说明电流值的意义,这给我们在进行产品采购和使用时带来了一些困扰,因此如需要完整准确的选择断路器,我们必须清楚地掌握断路器各个电流参数含义。

  标明过电流脱扣器的电流有以下几个参数:——脱扣器额定电流In,指脱扣器能长期通过的最大电流。

  ——长延时过载脱扣器动作电流整定值Ir或Irth,固定式脱扣器其1r=In,可调式脱扣器其Ir为脱扣器额定电流1n的倍数,如1r=0.4~1×1n。

  ——短延时电磁脱扣器动作电流整定值Im,为过载脱扣器动作电流整定值Ir的倍数,倍数固定或可调,如Im=2~10×Ir。

  ——瞬时电磁脱扣器动作电流额定值Im,为脱扣器额定电流In的倍数,倍数固定或者可调,如Im=1.5~11×In。

  ——额定短路分断能力Icn,常采用Icu、Ics表示,具体以产品标识为准。

  ——额定极限短路分断能力Icu,是断路器在规定的试验电压和其他规定条件下的极限短路分断电流值,它可以用预期短路电流表示。

  ——额定运行短路分断能力Ics,是断路器在规定的试验电压和其他规定条件下的一种比极限短路分断电流小的分断电流值,Ics是Icu的一个百分数。

  对于额定短路分段能力大于1500A的小型断路器,国标《家用及类似场所用断路器》GB10963(等效IECB98)规定应进行额定极限短路分断能力Icu和额定运行短路分断能力Ics实验。当Icu≤6000A时,Icu=Ics,故只需做Ics试验,所以标明短路分断能力为4500A、6000A的小型断路器,其Icu=Ics=Icn,故一般只提及额定短路分断能力Icn值。

  ——额定短时耐受电流Icw,是指断路器在规定的试验条件下短时间承受的电流值,

  在选配开关时除了基本的额定电压之类的基本参数需要考量外,还需要遵循:断路器的整定阀值Ir上线Ir下线,Im上线Im下线两个基本原则。

  如图6所示电路需要实现选择性保护的设计注意事项,否则就会出现越级跳闸故障:

  蓄电池是UPS电源系统中最为重要后备能源,因此重要性就不用笔者去赘述了。近年来各种电池监测系统也是百花齐放,这些系统能够帮助运维人员,实时监测每节蓄电池电在放电和充电状态下的电流和端电压变化,检测每节蓄电池的内阻性能,其中电池内阻是目前业内用来判定电池性能是否存在老化的一个重要指标。

  这些系统的主要工作原理基本上都是雷同的,通过控制系统使用交、直流方法让蓄电池向一个特定的负载放电,然后利用欧姆定律计算出相应电池的内阻参数,所以每一次在计算电池内阻时,监控系统均会对蓄电池进行一次放电。

  笔者在实际应用过程中发现,在长期使用电池内阻监测系统时,UPS蓄电池组呈现电池内阻均一性差异的概率会相对变高,这种情况在部分使用间歇式充电技术的UPS设备上表现会更加显著,笔者认为这应该与监控系统频繁对蓄电池进行放电检测有关,所以在使用电池监测系统时,最好请厂商将UPS的充电调整为浮充模式,另外在每年至少需要安排对蓄电池进行1~2次的均充维护,以保障蓄电池系统的均一性趋于良好。



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