高校數據中心機房雙電源切換供電改造

靳 盼

(西安科技大學 信息網絡中心, 陜西 西安 710054)

0 引 言

數據中心機房是高校信息化建設和發展的重要基礎設施,承載著高校內所有網絡核心數據業務,需要有安全穩定及持續不斷的電力供給。因此數據中心機房的供電模塊關系到校園網能否正常運行。根據國家標準GB 50174—2017《數據中心設計規范》中的規定,B級數據中心宜由雙重電源供電,當只有一路電源時,應設置柴油發電機組作為備用電源。

1 數據中心機房供電概況

陜西某高校在圖書館2F新建數據中心機房,主機房面積達160 m2,另外還設置UPS機房、調試間以及備品備件間。機房可容納獨立機柜40個,均提供雙路PDU電源供電,配置2臺UPS、2臺精密空調,部署動環監控系統。目前新機房已正常運行1年多,放置的交換機及服務器等基礎設備已經承載校內的重要業務,且此機房建設初期便設定為區域教育網節點,因此保證機房內部能夠運行在可靠的電力環境下愈發重要。

當前為IT設備供電的模式有3種:直流供電模式,正弦波經過整流濾波后產生的各次諧波對IT設備易產生威脅,則使用240 V高壓直流設備直接給其供電;交流UPS供電模式,通過交流UPS設備提供連續不間斷電力供給的模式;交直流供電模式,IP設備的雙電源輸入,分別采用市電交流和高壓直流進行穩定供電。

該高校數據中心機房的原供電方式:只有一路市電接入,電纜為YJV-4×70+1×35 mm,并且從校園圖書館的配電間接入,即與圖書館共用這一路輸入電源,同時備用電源為1臺30 kW的UPS,在斷電后只能提供極短時間的保障。當前存在電路問題:輸入電源只有一路,容易出現單點故障,沒有冗余情況;與圖書館共用一路YJV-4×70+1×35 mm輸入電源,用電量大時無法提供持續平穩的輸入;備用UPS功率不足,且備用方式單一。

2 供電系統雙電源改造

2.1 雙電源轉換開關

雙電源轉換開關(Automatic Transfer Switching,ATS)用于供電突然中斷時,通過該開關能夠自動從故障電路切換到備用電路,繼續給設備提供電源輸入,使其正常運行。通常ATS由控制器和開關兩部分組成[1-2]。

(1) 控制器:在系統運行時,自動通過微處理器對兩路輸入電源的各項參數進行檢測及數據的計算和整理,當監測到電源發生電壓不足或頻率出現變差的故障時,通過驅動電路向開關發出分/合閘的指令。控制器有兩種形式:一種是由傳統電磁繼電器組成,另一種是數字化電子產品,即參數可調,精度及可靠性更高。

(2) 切換開關:實現雙電源轉換的模塊,在電路出現故障時接收到控制器發送的指令,通過控制電機轉向來實現開關在雙電路之間的切換。開關主要分為PC級及CB級,PC級相比于CB級,不具備短路電流分段能力,只作接通和承載作用,但具有結構簡單、轉換速度快、安全可靠等優勢[3-4]。

2.2 具體改造內容

配電改造后基礎設備放置如圖1所示。

圖1 配電改造后基礎設備放置

為保證該高校數據中心內所有運行設備不受到任何原因而導致停電,改造的配電豎向系統示意圖如圖2所示,將原有的一路和圖書館共用的市電留作備用,從臨潼變電所和斜口變電所直接給機房單獨引入2個獨立的220 V市電輸入,接入放置在1F UPS間的總市電配電柜。該配電柜內置ATS,能夠自動在兩路市電之間進行切換,在給UPS供電的同時還給2F數據中心的精密空調、燈光照明、新風系統、墻插等設備供電。

圖2 改造的配電豎向系統示意圖

1F UPS間內原部署50 kW的UPS模塊4組,新增1套,共2套UPS與兩路市電之間橋接互為熱備,通過UPS輸出柜分為兩路,分別接入到2F兩排機柜的精密列頭柜上,給數據中心的機柜及機柜內設備提供不間斷電源。

在1F原機房新增1套ATS及配電柜,用作切換原圖書館市電輸入與新的兩路市電,針對1F原機房內的核心接入設備,更多了一份保障。

2個變電所同時斷電而導致兩路市電都無法正常供電的情況已不常出現。因此,該高校后勤還配備發電機組,出現極端情況時通過斷路器接入1F UPS間的配電柜。

3 改造后實現情況

改造后的數據中心電源進線采用三相四線加PE保護線,機房內運行的設備均為三相五線制,且線路配備過流、過載保護。改造后機房總配電情況如圖3所示。UPS運行情況如圖4所示。

圖3 改造后機房總配電情況

圖4 UPS運行情況

改造后經過測試,人工干預停止一路市電的輸入,ATS成功實現自動切換至另一路電源;若兩路市電都中斷,則發電機和備用UPS會開啟工作,給機房運維的工作人員留有足夠時間。同時,若現有UPS隨著使用時間的推移出現容量不夠的情況,可隨時再增加模塊,用作冗余供電[5-7]。

4 結 語

高校數據中心機房在教育信息化的推進過程中處于重要地位。雙電源切換供電改造實現了給數據機房電路系統提供平穩可靠電力的目標,避免單點故障情況的出現,保證機房內所有網絡及校園服務設備在各種極端情況下的正常運行。