探讨信息机房UPS冗余并联供电方式的优化

PAGEPAGE1探讨信息机房UPS冗余并联供电方式的优化摘要：总结了某单位信息机房供配电系统升级改造施行经历体验，深切进入分析UPS冗余并联供电方式优化前后供配电系统可靠性及可维护性，对信息机房供配电系统的设计及运维管理有一定指点意义。本文关键词语：UPS并联供电;可靠性;可维护性;综合最优某单位信息机房于2006年投入使用，使用两台80kVAUPS作为机房信息设备后备电源，并机运行，至2013年底，单机负载达46%，任意一台故障退出运行，另一台UPS有过载的风险，对信息设备运行造成极大威胁。2014年立项对UPS系统进行升级改造，因原80kVAUPS无法增容，且配电房已无空间摆放新增UPS，只能在原位置更换成两台120kVAUPS。1工程概述经现场勘查，每台UPS输入有独立的输入开关，无独立输出开关，UPS输出通过电缆在输出开关(K6、K7)上桩并联，见图1，单台UPS退出情况下，UPS输出端一直处于带电状况，无法履行单台80kVAUPS保障的前提下逐台更换成120kVAUPS的方案。为控制造业风险，工程施工方要求将两台80kVAUPS关机，且UPS输入、输出端全部断开的前提下才可施行。这就表示清楚在整个施行经过中信息机房所有信息设备转由市电供电，失去UPS后备保卫。图180kVAUPS并机拓扑(2006年)确定最终施行方案后，信息中心在保障市电稳定、应急发电机正常情况下，通过临时开关K4将信息设备负载转移至市电供电，成功完成80kVAUPS原址更换成120kVAUPS的工作，并根据实际负荷情况，更换部分开关，同时对UPS并联电缆进行改造，方便日后UPS检修维护，见图2。图2120kVAUPS并机拓扑(2014年)此次升级改造困难重重，方案经三次现场讨论，细分至30项工作步骤，历时25小时施行，工程量堪比新建UPS系统两倍。固然最终完成施行，但回首10年前的UPS供配电系统设计，我们还是能发现当时的设计缺乏久远的考虑，对信息机房设备负载增加速度估算不足，对UPS整机升级、各开关检修可行性及作业安全性缺乏考虑。2UPS冗余并联供电组网方式优化2006年机房UPS采取冗余并联供电方式，两台UPS的输出同时送到并联配电柜上进行直接并联，共同分担负载电流，不存在主从关系。当某台UPS出现故障时，该机将自动退出并联络统，负载电流全部由剩余的一台UPS供电，输出不间断。在故障机维修完成后，能够将修复的UPS单元在线并入，继续对负载进行冗余供电，完成并联络统的在线热维护，见图3。图3经典UPS冗余并联供电方式冗余并联供电方式的设计是非常符合机房UPS供电要求的，能够施行并联络统的在线热维护，但由于并联柜(配电柜)的并联电缆连接方式(图1)，使得UPS输出端一直处于带电状况，UPS的在线热维护只能限制在对单台UPS设备内部，如整流器、电池、逆变器、降温风扇、电容、旁路开关等器件的维护，最终在施行UPS整机更换时遭受极大困难，不得不采取双机停机施行方案。看来并联柜(配电柜)中UPS并机线接入位置也是有讲究的，假如在2006年建设时UPS输出有一个外置旁路(K1上桩至K7下桩)，(如此图4)，则本次的UPS更换工作会简单许多，并机系统双机更换、联调时，负载由市电供电，UPS调试完成后不间断切换到UPS供电(逐台更换后，需进行并机调试)。但这样的设计又会造成一个新问题，由于32A空开在输入侧使用并联排连接，任意一个32A空开出现故障需要维修、更换或需要增长空开时，将会遭受本次UPS更换施行时同样的问题，32A空开在输入侧将一直处于带电状况，必需对该32A空开所在并联排全部停电才可操作，该并联排所挂载的信息设备将会断电。图480kVAUPS并机拓扑(设想)由此能够得出初步结论：当UPS双机系统运行可靠性高于32A空开及信息设备电源插座可靠性时，UPS并联线在输出开关(K6、K7)上桩连接，方便对32A空开及信息设备电源插座进行维护。当UPS双机系统运行可靠性低于32A空开及信息设备电源插座可靠性时，UPS并联线在输出开关(K6、K7)下桩连接，方便UPS整机维护。信息中心在施行前对UPS双机系统运行可靠性、32A空开可靠性、信息设备电源插座可靠性、5年内信息设备负载增加速度、32A空开扩容需求进行充足评估，见表1。表1可靠性与需求评估同时结合现场实际(K6、K7下桩无空间并入新电缆且配电柜空间狭窄)，在原并联线中间增长一个250A开关(K5)，如此图2所示，通过K2、K3、K5、K6、K7的开关状况组合，如表2所示，分区停电控制造业风险，实现UPS系统、配电系统的按需安全检修，整个UPS系统冗余优势得到充足发挥，到达UPS系统、32A开关、信息设备电源插座运行可靠性与可维护性综合最优。表2开关状况组合控制检修范围3并联络统优化前后可靠性讨论本工程中，在原并联线中间增长一个250A开关(K5)，通过K2、K3、K5、K6、K7的开关状况组合，分区停电控制造业风险，实现UPS系统、配电系统的按需安全检修，但多引入一个开关对整个供配电配电系统来说就是多了一个故障点。如今假设UPS设备及所有供电配电开关失效率恒定，只考虑供电配电开关对整个供配电系统的影响，对整个系统的供电可靠性进行从新评估。定义K1、K2、K3、K5、K6、K7、32A开关可靠率分别为rk1、rk2、rk3、rk5、rk6、rk7、r32a，则改造前A、B路信息设备供电可靠率为：RA路=rk1*[1-(1-rk2)*(1-rk3)]*rk6*r32aRB路=rk1*[1-(1-rk2)*(1-rk3)]*rk7*r32a假如信息设备配置双电源模块，则该设备供电可靠率为：R信息设备=1-(1-RA路)*(1-RB路)并入K5开关后，A、B路信息设备供电可靠率为：R`A路=rk1*[1-(1-rk2)*(1-rk3*rk5)]*rk6*r32aR`B路=rk1*[1-(1-rk2*rk5)*(1-rk3)]*rk7*r32a假如信息设备配置双电源模块，则该设备供电可靠率为：R`信息设备=1-(1-R`A路)*(1-R`B路)由公式能够看出，在并入K5开关后，理论上信息设备供电可靠率会有一定水平的降低，但由于本次施行经过中全部更换为更大额定电流的新开关，且新开关的可靠性极高，在实际运行经过中对最终信息设备供电可靠率的影响能够忽略不计。4结语由此能够看出，本次改造能够结合实际情况，在知足总体供配电系统可靠性前提下，未对机房供配电系统拓扑做大改动，有针对性对UPS冗余并联供电组网方式进行优化，精简工程施行步骤，有效控制了工程施行风险。同时通过开关状况组合，分区停电控制造业风险，实现UPS系统、供配电系统的按需安全检修，整个UPS系统冗余优势得到充足发挥，到达UPS系统、32A开关、信息设备电源插座运行可靠性与可维护性综合最优。以下为参考文献[1]中国南方电网有限责任公司.南方电网公司信息机房建设技术规范[S].广州:中国南方电网有限责任公司,2012.[2]全亚斌.UPS电源系统的可用性设计[J].电源世界,2011(2):55-58.[3]林新春，段善旭，康勇，等.UPS无互联线并联中基于解耦控制的下垂特性控制方案[J].中国电机工程学报，2003，23(12):117-122.[4]赵妮.高校机房UPS电源系统的使用与维护[J].电子制造,2014(6):26.[5]穆文捷，浅谈UPS机房基础设备维护[J].科技风,2014(18):87.[6]于玮,徐德鸿,周旭日.并联UPS系统均流控制[J].中国电机工程学报,2008,28(21):63-67.[7