淺淡UPS并機項目中負載割接之要點

胡之榮

（云南電網有限責任公司昆明供電局，云南昆明650000）

0 引言

隨著“互聯網+”、智慧城市的不斷發展以及云計算、虛擬化、物聯網等科技水平的不斷提高，數據中心的規模不斷擴大。設備對電源的要求更加嚴格，而這其中UPS不間斷電源系統扮演著重要的作用。舊數據中心與新數據中心之間往往存在著需要進行新舊交替更換的現象，而這一過程往往相對周期過長、風險較大、技術性較強，因此，筆者根據我局此類UPS改造項目的經驗，結合UPS系統并機的特點，對新老系統負載割接過程中如何實現業務不中斷做出以下分析。

1 并機系統

在UPS電源方案的設計中，A類機房強制要求UPS必須要有冗余設計，而目前這主要是通過UPS的組網方式設計來實現的。業界對與UPS系統的組建方式主要有兩種，即N+N并機系統和雙總線系統。我局下屬各數據中心大多采用了第一種N+N并機系統，特別是1+1并機系統。1+1并機系統即兩臺具備并機功能的UPS構成1+1并機系統（單系統），系統有一套配電系統。1+1的意義在于當一臺主機因為故障或檢修停運時，另一臺主機會自動撐起整個負載。1+1并機系統原理圖如圖1所示。

圖1 1+1并機系統原理圖

系統中單臺UPS容量按照負載容量的120%設計，正常工作時，1+1并機系統均分負載，各負責50%；當一臺主機出現問題時，另一臺主機可以撐起100%負載。

2 雙總線系統

我局部分數據中心采用了雙總線系統，雙總線系統即兩套UPS單機組成系統，兩臺UPS主機的輸入市電有兩路，來自不同變壓器的供配，雙電源負載通過兩套系統分別接入，單電源負載通過兩套系統連接的STS開關單路供電。雙總線系統原理圖如圖2所示。

UPS系統的交流輸入由市電Ⅰ、Ⅱ兩路AC 380 V電源供電，它們分別來自大樓的市電Ⅰ、Ⅱ的不同配電變壓器低壓側母線。市電Ⅰ、Ⅱ兩路AC 380 V電源配置ATS自動切換開關進行切換，切換后一路交流電源同時給UPS供電。UPS輸入采用雙回路設計，即將主輸入和旁路輸入分別接到兩個不同的輸入開關，保證UPS主回路空開跳脫時，UPS旁路輸入仍能對負載進行供電，提高了系統的可靠性。每臺UPS都標配靜態旁路開關和維修旁路開關，維修過程不影響負載的正常運行，如果另一臺UPS不超載，則在故障機的維修和投運過程中，負載可使用經另一臺UPS逆變器輸出的高品質交流電。正常工作時，兩套UPS均分負載；當一套UPS系統（或說是其中一臺主機）需要維護或者宕機的時候，另一套系統（或是另一臺主機）可以完全撐起整個負載。雙總線系統的兩臺UPS是獨立工作的，UPS1和UPS2都分別連接自己的負載，其中雙電源設備由兩臺UPS共同負擔，單電源設備接在STS的輸出端，STS的輸入端分別接在兩臺UPS上，當其中一個系統發生故障時，經STS在1/4的周波時間切換到另一個系統供電，由此做到了點對點的冗余，極大地增加了整個系統的安全可靠性。

3 組網方式比較

結合以上兩種UPS組網模式，根據我局數據中心分步實施的建設特點，目前將老的并機系統都改造為雙總線系統，因為雖然采用1+1并機組網方式設計可以很好地提高UPS系統的可靠性，但前期投入兩臺相同容量的UPS主機，隨著以后業務的發展，可擴展N臺以上并機，實現N+1并機模式，但會增加投資，同時也不利于后期的維護。而系統采用雙總線模式，雙電源負載通過兩路不同回路分別接入，單電源負載通過兩套系統連接的STS開關單路供電；后期在擴容和運行維護上，都較1+1并機模式具有更大的優勢。

4 負載割接要點

4.1 并機停電事項

考慮到不中斷業務的負載割接情況，在實施過程中宜采用“分斷式停電實施方案”。目前大部分的UPS1和UPS2為1+1冗余并聯UPS供電形式，UPS1和UPS2的負載率應控制在50%以內，當UPS1停電后，其負載將全部轉移到UPS2上，從而使得UPS2的負載率控制在90%以內，達到高負載運行。故需要根據目前的情況，采用末端割接的方案，對各機柜逐一割接負荷，待所有負荷全部割接到新的UPS主機上后，再對舊的UPS進行停電操作。UPS供電系統圖如圖3所示。

圖3 UPS供電系統圖

UPS停電步驟如下：

（1）停運UPS1（或UPS2）的逆變器（按住UPS前面板上灰色的“逆變器停止”鍵3 s）；

（2）斷開UPS1（或UPS2）的隔離開關Q5N、Q4S、QF1和Q1；

（3）斷開UPS1（或UPS2）的市電上級開關。

4.2 停電應急預案

4.2.1 應急目的

由于本項目實施的特殊性以及數據中心機房的特殊性和重要性，在發生供電線故障等情況時，極有可能發生實施過程中機房突然停電的事故。為了有效預防以及正確、快速地應對信息機房電源系統突發事件，不斷提高預防和應對突發事件的能力，最大限度減少突發事件的影響和損失，保障信息機房的安全、穩定運行，在斷電時并不影響相關業務的正常運作，需要制定相應的應急預案。

4.2.2 處置原則

數據中心機房電源中斷過程中遵循以下原則：（1）在統一指揮調配下，按照“統一領導，誰主管誰負責，誰維護誰負責，各司其職”的原則協同配合，具體實施；（2）應布置專門應急工作人員，明確責任、明確任務，做到工作到人、責任到人；（3）應急過程中，各相關技術支持人員部署到位，確保停電期間重要系統和設備運行正常，以及恢復供電后所有系統、設備運行正常。

4.2.3 應急預案啟動的發起流程

如實施過程中突發中斷電源的情況，由現場監督人員通知項目管理人員，項目管理人員報告中心分管領導和報告信息中心主任，并向班組成員下達應急預案的啟動，當電源恢復供電或電源室故障處理完畢，信息機房系統設備電源恢復正常后，由應急總指揮宣布結束應急預案的執行。

4.2.4 負載割接應急處置方案

4.2.4.1 應急處置方案一

UPS旁路恢復機房供電：如果在UPS1更換過程中出現因UPS2過負荷、施工不當等原因導致機房供電中斷，此時，應及時合上UPS2旁路檢修開關Q3BP恢復機房供電，如果在UPS2更換過程中出現機房供電中斷，此時應該合上新更換的UPS1旁路檢修開關恢復機房供電，并立即查處故障。

此方案操作安全、簡單、可靠，便于快速復電。

4.2.4.2 應急處置方案二

數據中心機房動力配電柜供電，具體方式為：（1）預先準備好如下材料：應急電纜、應急工具等；（2）將UPS配電輸出柜總輸出斷路器和各機柜斷路器開關斷開；（3）將電纜一頭與總斷路器下端進行端接；（4）將電纜另一頭與動力配電柜備用斷路器下端進行端接；（5）檢查電纜的端接情況；（6）合上動力配電柜備用斷路器開關；（7）合上各機柜斷路器開關為各IT設備供電。

此方案操作安全風險較大，實施過程復雜，無法在短期內對機房復電。

4.2.4.3 應急處置方案三

備用UPS供電，具體方式為：（1）預先準備好如下材料：應急UPS電源、應急電纜、應急工具等；（2）將UPS配電輸出柜總輸出斷路器和各機柜斷路器開關斷開；（3）將電纜一頭與UPS配電輸出柜總斷路器下端進行端接；（4）將電纜另一頭與應急UPS電源輸出端進行端接；（5）檢查電纜的端接情況；（6）啟動應急UPS電源；（7）合上各機柜斷路器開關為各IT設備供電。

此方案操作風險較大，材料準備及操作復雜，無法在短期內對機房復電。

從材料準備、操作安全性、復雜性及復電時間等多個維度綜合對比，方案一最優。

5 結語

UPS系統為電力系統中的調度系統、通信系統和計算機系統提供可靠穩定的電源，同時支撐著整個核心網絡等關鍵業務的穩定運行，故選擇一套可靠的UPS并機負載割接方案，將更有效地進行新老系統的交替更新，從而有助于提高整個電力調度系統穩定運行性，并優化UPS供電系統，為電網的信息化建設發展提供有效的支撐。

[1]電子信息系統機房設計規范：GB 50174—2008[S].

[2]低壓配電設計規范：GB 50054—2011[S].

[3]中國南方電網有限責任公司信息機房建設技術規范：CSG 118005—2012[S].