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数据中心基础物理设施工程之供电系统

来源:《UPS与机房》06月 作者:王其英 更新时间:2010-8-8 10:57:31

摘要:数据中心供电是保障业务安全运行的关键所在,但是如果接入市电的方案选的不好,那么就会带来很多麻烦,本文就数据中心供电系统中市电的接入方案进行探讨。

 往往会出现这样的情况,即便是数据中心供电设备选得很好,但由于接入市电的方案选得不好,结果带来很多麻烦。比如某电视台都是进口国外一流的UPS供电设备,就是因为接入市电的方案选得不对,故障频繁发生。
  
  1双路市电供电时的UPS连接
  
  1.1双市电向同一台UPS供电
  
  1)违背了一主一备的初衷两路市的初衷是一主一备。如图1这样的接法乍看起来就是一主一备:市电2供电时,市电1备用;市电2故障时,市电1供电。但如果从UPS的工作原理上看,两路市电都同时在用:市电2向整流器提供主回路电流,而市电1位输出电压提供频率和相位参考,因为UPS的输出电压始终在跟踪旁路,与旁路电压的频率和相位保持一致,这是UPS在设计时就规定好了的。因此,这种接法已经违背了一主一备的初衷。

  
  图1两路市电接在同一台UPS上

  2)打乱了UPS原来的正常工作秩序
  
  UPS原来的设计思想是旁路和整流器输入同用一个输入电压,所以才有旁路电压故障时电池放电的设计顺序。而以后的UPS几经改进并未更改这种基本功能,一直忠实地继承下来。在这里如果将另一路市电(市电1)接到旁路上,必然要将原来的功能做大的调整:市电故障时不让电池放电,因为此时市电2还在正常供电,这个更改的工作都是现场完成的,有的一次更改不行,还做了第二次更改,这就打乱了原来的工作次序;另一方面,由于UPS上都引进了计算机管理,使功能大增,一个点上的电位有多处引用,就不像早期那样简单了。因此,一个点的更改影响了好多地方。某电视台引进欧洲两个一流厂家的12台60kVAUPS,在采用此方案后,几年期间就一直没有稳定下来,“大错不犯,小错不断”使用户伤透了脑筋,甚至每逢节假日或重大活动时只好请该两个厂家的工程师到场保驾。
  
  3)负载得不到全面保护
  
  在两路市电供电的情况下一般电池的后备时间都比较短,一般不超过30min,另一方面,两路主干线也不容易出问题,但出了问题一般也不是30min可以解决的,有的几个小时,甚至更长。假如市电2故障,30min后若市电仍不恢复,必须由市电1供电,这是后面的负载就完全暴露在自由电网之中,电网中的各种干扰如雷电浪涌、电压起伏、电气噪声和自然噪声等随时会对负载造成威胁而导致故障。而且这种威胁要一直持续到市电2恢复正常,这个时间有多长?不得而知!
  
  1.2双市电分别向两台冗余连接的UPS供电
  
  在要求可靠性与可用性更高的地方,除双市电供电外,还要求双UPS冗余并联连接,有的厂
  
  家就提出了两路市电各接一台UPS的方案。尽管两路市的电压和相位不会完全相同,但由于并联冗余连接的两台UPS在起动后有“从机”跟踪“主机”的功能,可以保证系统正常运行,其连接方法如图16(a)所示。但这种连接方法的真正隐患出现在两台UPS切换到旁路(Bypass)时,应冗余并联连接的UPS有着共同转旁路的性能,在此情况下,由于两路市电的电压幅度不一致,就会形成巨大的环流,如图2(b)所示。尽管两路市电的电压差不大,比如几伏,但由于回路阻抗几乎为零,所以导致的环流就很大,一直到将其中的一路Bypass开关烧断,如果Bypass开关的同流能力非常强,那就会起火了,不是烧变压器就是烧电缆!

  
  图2双电源分别向两台UPS供电

  1.3最佳双市电供电连接方案
  
  利用输入配电(互投)柜将两路市电切换成一路后送出,如图3所示。这样一来既满足了原来UPS的设计思想,又保证了负载在100%的时间内得到保护。至于切换的速度不必太苛刻,因为即使一般的自动切换开关ATS也可以在零点几秒内完成这个动作,而UPS本身的电池对这点时间可忽略不计,即使用手动也来得及,当然自动最好。

  
  图3将两路市电切换成一路后送出

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