浅淡UPS并机项目中负载割接之要点

胡之荣

（云南电网有限责任公司昆明供电局，云南昆明650000）

0 引言

随着“互联网+”、智慧城市的不断发展以及云计算、虚拟化、物联网等科技水平的不断提高，数据中心的规模不断扩大。设备对电源的要求更加严格，而这其中UPS不间断电源系统扮演着重要的作用。旧数据中心与新数据中心之间往往存在着需要进行新旧交替更换的现象，而这一过程往往相对周期过长、风险较大、技术性较强，因此，笔者根据我局此类UPS改造项目的经验，结合UPS系统并机的特点，对新老系统负载割接过程中如何实现业务不中断做出以下分析。

1 并机系统

在UPS电源方案的设计中，A类机房强制要求UPS必须要有冗余设计，而目前这主要是通过UPS的组网方式设计来实现的。业界对与UPS系统的组建方式主要有两种，即N+N并机系统和双总线系统。我局下属各数据中心大多采用了第一种N+N并机系统，特别是1+1并机系统。1+1并机系统即两台具备并机功能的UPS构成1+1并机系统（单系统），系统有一套配电系统。1+1的意义在于当一台主机因为故障或检修停运时，另一台主机会自动撑起整个负载。1+1并机系统原理图如图1所示。

图1 1+1并机系统原理图

系统中单台UPS容量按照负载容量的120%设计，正常工作时，1+1并机系统均分负载，各负责50%；当一台主机出现问题时，另一台主机可以撑起100%负载。

2 双总线系统

我局部分数据中心采用了双总线系统，双总线系统即两套UPS单机组成系统，两台UPS主机的输入市电有两路，来自不同变压器的供配，双电源负载通过两套系统分别接入，单电源负载通过两套系统连接的STS开关单路供电。双总线系统原理图如图2所示。

UPS系统的交流输入由市电Ⅰ、Ⅱ两路AC 380 V电源供电，它们分别来自大楼的市电Ⅰ、Ⅱ的不同配电变压器低压侧母线。市电Ⅰ、Ⅱ两路AC 380 V电源配置ATS自动切换开关进行切换，切换后一路交流电源同时给UPS供电。UPS输入采用双回路设计，即将主输入和旁路输入分别接到两个不同的输入开关，保证UPS主回路空开跳脱时，UPS旁路输入仍能对负载进行供电，提高了系统的可靠性。每台UPS都标配静态旁路开关和维修旁路开关，维修过程不影响负载的正常运行，如果另一台UPS不超载，则在故障机的维修和投运过程中，负载可使用经另一台UPS逆变器输出的高品质交流电。正常工作时，两套UPS均分负载；当一套UPS系统（或说是其中一台主机）需要维护或者宕机的时候，另一套系统（或是另一台主机）可以完全撑起整个负载。双总线系统的两台UPS是独立工作的，UPS1和UPS2都分别连接自己的负载，其中双电源设备由两台UPS共同负担，单电源设备接在STS的输出端，STS的输入端分别接在两台UPS上，当其中一个系统发生故障时，经STS在1/4的周波时间切换到另一个系统供电，由此做到了点对点的冗余，极大地增加了整个系统的安全可靠性。

3 组网方式比较

结合以上两种UPS组网模式，根据我局数据中心分步实施的建设特点，目前将老的并机系统都改造为双总线系统，因为虽然采用1+1并机组网方式设计可以很好地提高UPS系统的可靠性，但前期投入两台相同容量的UPS主机，随着以后业务的发展，可扩展N台以上并机，实现N+1并机模式，但会增加投资，同时也不利于后期的维护。而系统采用双总线模式，双电源负载通过两路不同回路分别接入，单电源负载通过两套系统连接的STS开关单路供电；后期在扩容和运行维护上，都较1+1并机模式具有更大的优势。

4 负载割接要点

4.1 并机停电事项

考虑到不中断业务的负载割接情况，在实施过程中宜采用“分断式停电实施方案”。目前大部分的UPS1和UPS2为1+1冗余并联UPS供电形式，UPS1和UPS2的负载率应控制在50%以内，当UPS1停电后，其负载将全部转移到UPS2上，从而使得UPS2的负载率控制在90%以内，达到高负载运行。故需要根据目前的情况，采用末端割接的方案，对各机柜逐一割接负荷，待所有负荷全部割接到新的UPS主机上后，再对旧的UPS进行停电操作。UPS供电系统图如图3所示。

图3 UPS供电系统图

UPS停电步骤如下：

（1）停运UPS1（或UPS2）的逆变器（按住UPS前面板上灰色的“逆变器停止”键3 s）；

（2）断开UPS1（或UPS2）的隔离开关Q5N、Q4S、QF1和Q1；

（3）断开UPS1（或UPS2）的市电上级开关。

4.2 停电应急预案

4.2.1 应急目的

由于本项目实施的特殊性以及数据中心机房的特殊性和重要性，在发生供电线故障等情况时，极有可能发生实施过程中机房突然停电的事故。为了有效预防以及正确、快速地应对信息机房电源系统突发事件，不断提高预防和应对突发事件的能力，最大限度减少突发事件的影响和损失，保障信息机房的安全、稳定运行，在断电时并不影响相关业务的正常运作，需要制定相应的应急预案。

4.2.2 处置原则

数据中心机房电源中断过程中遵循以下原则：（1）在统一指挥调配下，按照“统一领导，谁主管谁负责，谁维护谁负责，各司其职”的原则协同配合，具体实施；（2）应布置专门应急工作人员，明确责任、明确任务，做到工作到人、责任到人；（3）应急过程中，各相关技术支持人员部署到位，确保停电期间重要系统和设备运行正常，以及恢复供电后所有系统、设备运行正常。

4.2.3 应急预案启动的发起流程

如实施过程中突发中断电源的情况，由现场监督人员通知项目管理人员，项目管理人员报告中心分管领导和报告信息中心主任，并向班组成员下达应急预案的启动，当电源恢复供电或电源室故障处理完毕，信息机房系统设备电源恢复正常后，由应急总指挥宣布结束应急预案的执行。

4.2.4 负载割接应急处置方案

4.2.4.1 应急处置方案一

UPS旁路恢复机房供电：如果在UPS1更换过程中出现因UPS2过负荷、施工不当等原因导致机房供电中断，此时，应及时合上UPS2旁路检修开关Q3BP恢复机房供电，如果在UPS2更换过程中出现机房供电中断，此时应该合上新更换的UPS1旁路检修开关恢复机房供电，并立即查处故障。

此方案操作安全、简单、可靠，便于快速复电。

4.2.4.2 应急处置方案二

数据中心机房动力配电柜供电，具体方式为：（1）预先准备好如下材料：应急电缆、应急工具等；（2）将UPS配电输出柜总输出断路器和各机柜断路器开关断开；（3）将电缆一头与总断路器下端进行端接；（4）将电缆另一头与动力配电柜备用断路器下端进行端接；（5）检查电缆的端接情况；（6）合上动力配电柜备用断路器开关；（7）合上各机柜断路器开关为各IT设备供电。

此方案操作安全风险较大，实施过程复杂，无法在短期内对机房复电。

4.2.4.3 应急处置方案三

备用UPS供电，具体方式为：（1）预先准备好如下材料：应急UPS电源、应急电缆、应急工具等；（2）将UPS配电输出柜总输出断路器和各机柜断路器开关断开；（3）将电缆一头与UPS配电输出柜总断路器下端进行端接；（4）将电缆另一头与应急UPS电源输出端进行端接；（5）检查电缆的端接情况；（6）启动应急UPS电源；（7）合上各机柜断路器开关为各IT设备供电。

此方案操作风险较大，材料准备及操作复杂，无法在短期内对机房复电。

从材料准备、操作安全性、复杂性及复电时间等多个维度综合对比，方案一最优。

5 结语

UPS系统为电力系统中的调度系统、通信系统和计算机系统提供可靠稳定的电源，同时支撑着整个核心网络等关键业务的稳定运行，故选择一套可靠的UPS并机负载割接方案，将更有效地进行新老系统的交替更新，从而有助于提高整个电力调度系统稳定运行性，并优化UPS供电系统，为电网的信息化建设发展提供有效的支撑。

[1]电子信息系统机房设计规范：GB 50174—2008[S].

[2]低压配电设计规范：GB 50054—2011[S].

[3]中国南方电网有限责任公司信息机房建设技术规范：CSG 118005—2012[S].