建设企业级的数据中心,实现对数据的集中管理和运营,从技术层面提升核心竞争力,加强风险管控水平,已成为大中型企业的一种必然选择。UPS供电系统作为数据中心机房的“动力源”,是实现机房内IT设备安全稳定、不间断运行的重要电源保障。但是,在数据中心日常运行过程中,由于某些突发事件或运维工作失误,在UPS供电系统“励磁涌流”的共同作用下,可能导致重大的安全事故,带来不可挽回的损失。本文将对数据中心机房中UPS供电系统的励磁涌流现象进行初步探讨,并提出相关防范措施。

　　1 UPS供电系统励磁涌流现象概述

　　在晶闸管整流工频UPS的整流电路中,整流变压器是根据电磁感应原理制成的电压变换装置。通电时,断路器合闸瞬间产生很大的电流值,然后很快返回到正常的电流值,这个冲击电流通常称之为“励磁涌流”。

　　整流变压器投入工作瞬间,励磁涌流的大小与变压器铁心剩磁、市电输入合闸相角以及电源系统阻抗等因素有关,可达到额定电流的6～8倍。在不考虑剩磁和系统阻抗的情况下,根据励磁电流和磁通的关系,在最不利的合闸瞬间(六脉冲整流在0°或180°相角,十二脉冲整流在30°或210°相角时),励磁电流的数值很大,如果断路器整定值设置不当,可能引起跳闸保护,造成安全事故。

　　2 UPS供电系统励磁涌流的危害

　　新建机房工程中，UPS供电系统安装调试检测完成试运行后，机房内IT设备方可进行加电上线工作。IT设备加电运行前，即使出现UPS供电系统励磁涌流导致的突发事件，也不会造成实质性的事故。

　　对UPS供电系统已投入使用的机房,IT设备保持运行状态。若出现市电闪断现象,或者发生更换UPS设备、UPS设备停机检修事宜,UPS设备重新投入使用时,如果配电系统设计不合理、操作过程不规范,励磁涌流现象可能导致严重的安全事故。以下举例进行分析说明。

　　主机房中两台UPS冗余并机,采用双母线方式为IT设备供电,如图1所示。鉴于外部电源或施工环境限制,两路UPS的市电输入来自同一路电源。该机房内的IT设备已投入使用,处于运行状态。

　　(1)UPS正常运行,由于励磁涌流的影响市电出现“闪断”现象

　　UPS供电系统正常运行时,UPS主输入开关、旁路输入开关、电池柜开关均处于闭合状态,处于市电→整流→逆变供电方式运行。市电出现“闪断”现象时,UPS供电系统市电输入中断,蓄电池组放电,进入电池组→逆变供电方式运行。当市电恢复时,UPS供电系统准备回到市电→整流→逆变供电方式。这一瞬间,在整流变压器剩磁、合闸相角等因素的共同作用下,可能产生很大的励磁涌流, 如果断路器的瞬时耐受电流值整定不合理,将引起断路器S2、S3跳闸保护,甚至断路器S1出现跳闸保护,UPS供电系统无法切换到正常供电方式,继续保持电池组→逆变供电方式。