唐維奇

摘要：我國(guó)數(shù)據(jù)機(jī)房的發(fā)展經(jīng)過(guò)了近三十年左右的歷程，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入到大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)時(shí)代。隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)。信息的傳輸、處理、儲(chǔ)存都需要更寬的帶寬，更穩(wěn)定的供電，更加綠色節(jié)能的基礎(chǔ)設(shè)施的支持。隨著技術(shù)的進(jìn)步及信息處理量的增加，前些年建設(shè)的一大批數(shù)據(jù)機(jī)房急需進(jìn)行改建、擴(kuò)容。以適應(yīng)IT行業(yè)飛速發(fā)展的需要，尤其是金融系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；改造；電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）26-0199-02

1 概述

這個(gè)行業(yè)的數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)的時(shí)間比較早，機(jī)房面積小，不節(jié)能且普通的供電系統(tǒng)是單路供電。不符合現(xiàn)在新的數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房的技術(shù)要求。這樣有大量的數(shù)據(jù)機(jī)房需要進(jìn)行改進(jìn)。在改造過(guò)程中有建筑系統(tǒng)的改造，空調(diào)系統(tǒng)的改造，弱點(diǎn)系統(tǒng)的改造，消防系統(tǒng)的改造，綜合布線(xiàn)系統(tǒng)的改造改建升級(jí)，但最重要的是電源系統(tǒng)的改造。因?yàn)閿?shù)據(jù)機(jī)房中，電源系統(tǒng)是整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房大環(huán)境中的源泉，沒(méi)有電源系統(tǒng)的質(zhì)量保證整個(gè)數(shù)據(jù)中心機(jī)房這個(gè)大系統(tǒng)就會(huì)癱瘓，而金融系統(tǒng)在改造過(guò)程又不允許停電改造，一般在整個(gè)改建過(guò)程中只在深夜給出2個(gè)小時(shí)的窗口停電時(shí)間，在整個(gè)改建過(guò)程中這種窗口時(shí)間也只能是30-40個(gè)小時(shí)。這30-40個(gè)小時(shí)過(guò)程中包括其全部全系統(tǒng)的切換，這樣 電源系統(tǒng)窗口時(shí)間就少之又少了。根據(jù)上述困難，下面我們討論一下如何萬(wàn)無(wú)一失的完成從單電源系統(tǒng)到雙電源的安全切換。

2 為了討論方便，我選了一個(gè)在金融系統(tǒng)改造中的一個(gè)實(shí)際案例來(lái)做陳述電源系統(tǒng)安全切換的方案

從上圖可知，本電源系統(tǒng)是一個(gè)典型十幾年前建設(shè)的數(shù)據(jù)機(jī)房。首先是一個(gè)單路供電系統(tǒng)，市電流過(guò)輸入配電柜630A開(kāi)關(guān)將交流電引入機(jī)房?jī)?nèi)，在輸入配電柜的輸出端，有三路開(kāi)關(guān)，其中兩路630A的開(kāi)關(guān)分別為兩臺(tái)400KVA的UPS電源供電，一個(gè)400A的開(kāi)關(guān)為一臺(tái)150KVA的UPS供電。此處兩臺(tái)400KVA的UPS在輸出端并聯(lián)作為負(fù)載供電。1臺(tái)150KVA的UPS輸出單獨(dú)為某些負(fù)載供電。在機(jī)房?jī)?nèi)有些雙電源系統(tǒng)服務(wù)器，則由2x400KVA的輸出配電柜引出的電源與150KVA的UPS電源輸出配電柜引出的電源供電。通過(guò)上圖我們可知，這是一個(gè)典型的單路供電系統(tǒng)。系統(tǒng)中存在若干不合理的部分。

1） 市電輸入的總開(kāi)關(guān)額定電流僅為630A顯然不合理，當(dāng)單臺(tái)400KVA滿(mǎn)載時(shí)輸入電流值遠(yuǎn)大于630A，這里沒(méi)有計(jì)算150KVA的UPS所需的輸入電流。一旦出現(xiàn)上述情況整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)崩潰。

2） 機(jī)房?jī)?nèi)部分雙電源負(fù)載由400KVA的UPS并機(jī)輸出與單臺(tái)150KVA的UPS輸出供電。由于雙邊的UPS輸出功率不對(duì)稱(chēng)，品牌不一樣且150KVA的UPS還要為一些單電源負(fù)載供電。這樣隨著機(jī)房?jī)?nèi)雙電源負(fù)載的增加，整個(gè)系統(tǒng)將不滿(mǎn)足供電需求。

通過(guò)以上分析可知：現(xiàn)在這個(gè)電源系統(tǒng)已不能保證數(shù)據(jù)中心的安全運(yùn)行，整個(gè)電源系統(tǒng)存在單點(diǎn)瓶頸，一旦市電供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)的故障將是災(zāi)難性的會(huì)造成不可預(yù)估量的損失。

根據(jù)上述問(wèn)題，對(duì)本電源系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造設(shè)計(jì)。

改造的圖紙如圖2所示。（注：將圖中630A改成800A）

本次改造的設(shè)計(jì)思想為：

1） 加入一路市電電源；

2） 將A、B路市電的輸入開(kāi)關(guān)換成1250A；

3） 將400KVA的UPS由雙機(jī)并聯(lián)改成A、B路各安裝一臺(tái)；

4） 將400KVA的UPS的輸入開(kāi)關(guān)由630A改成800A；

5） 從市電A、B路各引出一路，供機(jī)房空調(diào)用電，A、B路市電在空調(diào)設(shè)備前通過(guò)ATS開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換，保證精密空調(diào)系統(tǒng)的不間斷供電；

6） 在A(yíng)、B路UPS電源的輸出端加母聯(lián)空開(kāi)K4 630A（注意：K4 UPS電源的輸出的母聯(lián)開(kāi)關(guān)在本次改造中是至關(guān)重要的）。

本次設(shè)計(jì)的思路為：當(dāng)一路市電長(zhǎng)時(shí)間中斷時(shí)，通過(guò)市電母聯(lián)空開(kāi)K3可對(duì)機(jī)房所有負(fù)載供電。當(dāng)一路UPS故障或維修需要長(zhǎng)時(shí)間中斷時(shí)通過(guò)K3母聯(lián)開(kāi)關(guān)對(duì)機(jī)房所有IT負(fù)載供電。實(shí)踐證明本設(shè)計(jì)在此一次機(jī)房電源系統(tǒng)改造中起到了關(guān)鍵作用。

3 改造過(guò)程分步實(shí)施

根據(jù)金融系統(tǒng)的特點(diǎn)，為了大量減少電源系統(tǒng)改造引起的負(fù)載停電，最大限度地減小停電的窗口時(shí)間，確保在現(xiàn)有系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下，實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的改造，本次設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)改造分兩部分進(jìn)行。

3.1 第一步

對(duì)現(xiàn)有400KVA的UPS 1+1并機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行拆分。需要UPS輸出端IT負(fù)載停機(jī)。對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)不能停電的設(shè)備采用臨時(shí)電源供電。改造過(guò)程中在UPS輸出并機(jī)柜上增加了一個(gè)K4 UPS輸出母聯(lián)空氣開(kāi)關(guān)。拆分改造完成后，將原400KVA的UPS并聯(lián)系統(tǒng)改造為單機(jī)雙總線(xiàn)系統(tǒng)。并將原150KVAUPS的負(fù)載分別納入到拆分后400KVA的UPS輸出的A、B路配電柜。

3.2 第二步

啟用新的市電配電柜，將UPS輸入、輸出割接到新配電柜上。利用K4 UPS輸出母聯(lián)空開(kāi)保障了機(jī)房所有計(jì)算機(jī)負(fù)載不間斷供電，擺脫單電源設(shè)備。

為防止UPS轉(zhuǎn)維修旁路期間，市電突然停電，需啟用后備發(fā)電機(jī)組，給機(jī)房供電。

4 電源系統(tǒng)切換步驟

為確保在IT負(fù)載工作狀態(tài)不停頓的狀態(tài)下完成電源系統(tǒng)新、舊方案的切換采取了下列措施。

第一步：

（1） 停市電電源同時(shí)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)供電

1） A、B路UPS由發(fā)電機(jī)供電，待A、B路的UPS在發(fā)電機(jī)供電的情況，工作狀態(tài)正常后，將A、B路UPS轉(zhuǎn)維修旁路。將UPS轉(zhuǎn)維修旁路的作用是：防止A路UPS退出運(yùn)行時(shí)，全部負(fù)載轉(zhuǎn)移到B路UPS時(shí)所引起的瞬時(shí)沖擊電流。這個(gè)沖擊電流有可能造成UPS的故障。檢測(cè)UPS輸出柜K4母聯(lián)開(kāi)關(guān)兩端是否同相，若同相則合上母聯(lián)開(kāi)關(guān)K4。

2） 斷開(kāi)A路UPS的輸出開(kāi)關(guān)，輸入開(kāi)關(guān)，電池開(kāi)關(guān)，將A路UPS退出運(yùn)行?，F(xiàn)在機(jī)房所有IT負(fù)載由B路UPS供電。

3） B路UPS開(kāi)啟逆變器，B路UPS恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

（2） 停發(fā)電機(jī)，此時(shí)B路UPS由電池，逆變輸出供電。

（3） 恢復(fù)市電供電，此時(shí)B路UPS進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

（4） 拆除A路UPS原輸入電纜，原輸出電纜不拆，A路UPS輸入，輸出連入新配電柜。

（5） 停市電啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)供電

1） A、B路UPS由發(fā)電機(jī)供電，待A、B路UPS工作正常后，將A、B路UPS轉(zhuǎn)維修旁路。

2） 檢查A路UPS在舊并機(jī)柜的輸出開(kāi)關(guān)兩端的電壓是否同相，若同相則合上A路UPS在新配電柜上的輸出開(kāi)關(guān)，A路UPS將接管B路UPS的負(fù)載。

3） 斷開(kāi)K4 UPS輸出母聯(lián)開(kāi)關(guān)，A路UPS接管A路UPS負(fù)載。

4） A路UPS開(kāi)啟逆變，正常運(yùn)行后A路UPS輸入、輸出切換完成。

同理重復(fù)上述步驟完成B路UPS輸入、輸出切換改造。

第二步：

電流系統(tǒng)改造完成后，UPS輸入啟動(dòng)新配電柜供電，UPS輸出即連接了原有配電柜，保障現(xiàn)有環(huán)境的供電，又連接了新的UPS輸出配電柜。當(dāng)新的電源列頭柜啟用后，原有的UPS輸出配電柜即可拆除。

以上電源系統(tǒng)改造過(guò)程中K4 UPS輸出母聯(lián)空開(kāi)的設(shè)計(jì)是保障機(jī)房的IT負(fù)載不間斷供電的關(guān)鍵。K4 UPS輸出母聯(lián)空開(kāi)操作的前提是兩臺(tái)UPS輸入市電必須是同一電源且同相序，當(dāng)兩臺(tái)UPS都工作在維修旁路時(shí)K4母聯(lián)空開(kāi)的兩端的市電同源，相序相同即可合閘。

由于有了K4 UPS輸出母聯(lián)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)，在第一步的電源改造完成后的UPS輸出配電系統(tǒng)的相關(guān)改造，如UPS電池及匯流箱的搬遷改造，第二步UPS輸入，輸出配電柜的切換。故實(shí)現(xiàn)了機(jī)房IT負(fù)載的不間斷供電。

現(xiàn)在在機(jī)房領(lǐng)域存在大量如本案例描述的案例，本案例的設(shè)計(jì)思想對(duì)于改造、改建、單電源市電輸入的機(jī)房供電系統(tǒng)為符合國(guó)家數(shù)據(jù)中心規(guī)范的雙路供電系統(tǒng)，提供了可操作的方法。endprint