高校数据中心机房双电源切换供电改造

靳 盼

(西安科技大学 信息网络中心, 陕西 西安 710054)

0 引 言

数据中心机房是高校信息化建设和发展的重要基础设施,承载着高校内所有网络核心数据业务,需要有安全稳定及持续不断的电力供给。因此数据中心机房的供电模块关系到校园网能否正常运行。根据国家标准GB 50174—2017《数据中心设计规范》中的规定,B级数据中心宜由双重电源供电,当只有一路电源时,应设置柴油发电机组作为备用电源。

1 数据中心机房供电概况

陕西某高校在图书馆2F新建数据中心机房,主机房面积达160 m2,另外还设置UPS机房、调试间以及备品备件间。机房可容纳独立机柜40个,均提供双路PDU电源供电,配置2台UPS、2台精密空调,部署动环监控系统。目前新机房已正常运行1年多,放置的交换机及服务器等基础设备已经承载校内的重要业务,且此机房建设初期便设定为区域教育网节点,因此保证机房内部能够运行在可靠的电力环境下愈发重要。

当前为IT设备供电的模式有3种:直流供电模式,正弦波经过整流滤波后产生的各次谐波对IT设备易产生威胁,则使用240 V高压直流设备直接给其供电;交流UPS供电模式,通过交流UPS设备提供连续不间断电力供给的模式;交直流供电模式,IP设备的双电源输入,分别采用市电交流和高压直流进行稳定供电。

该高校数据中心机房的原供电方式:只有一路市电接入,电缆为YJV-4×70+1×35 mm,并且从校园图书馆的配电间接入,即与图书馆共用这一路输入电源,同时备用电源为1台30 kW的UPS,在断电后只能提供极短时间的保障。当前存在电路问题:输入电源只有一路,容易出现单点故障,没有冗余情况;与图书馆共用一路YJV-4×70+1×35 mm输入电源,用电量大时无法提供持续平稳的输入;备用UPS功率不足,且备用方式单一。

2 供电系统双电源改造

2.1 双电源转换开关

双电源转换开关(Automatic Transfer Switching,ATS)用于供电突然中断时,通过该开关能够自动从故障电路切换到备用电路,继续给设备提供电源输入,使其正常运行。通常ATS由控制器和开关两部分组成[1-2]。

(1) 控制器:在系统运行时,自动通过微处理器对两路输入电源的各项参数进行检测及数据的计算和整理,当监测到电源发生电压不足或频率出现变差的故障时,通过驱动电路向开关发出分/合闸的指令。控制器有两种形式:一种是由传统电磁继电器组成,另一种是数字化电子产品,即参数可调,精度及可靠性更高。

(2) 切换开关:实现双电源转换的模块,在电路出现故障时接收到控制器发送的指令,通过控制电机转向来实现开关在双电路之间的切换。开关主要分为PC级及CB级,PC级相比于CB级,不具备短路电流分段能力,只作接通和承载作用,但具有结构简单、转换速度快、安全可靠等优势[3-4]。

2.2 具体改造内容

配电改造后基础设备放置如图1所示。

图1 配电改造后基础设备放置

为保证该高校数据中心内所有运行设备不受到任何原因而导致停电,改造的配电竖向系统示意图如图2所示,将原有的一路和图书馆共用的市电留作备用,从临潼变电所和斜口变电所直接给机房单独引入2个独立的220 V市电输入,接入放置在1F UPS间的总市电配电柜。该配电柜内置ATS,能够自动在两路市电之间进行切换,在给UPS供电的同时还给2F数据中心的精密空调、灯光照明、新风系统、墙插等设备供电。

图2 改造的配电竖向系统示意图

1F UPS间内原部署50 kW的UPS模块4组,新增1套,共2套UPS与两路市电之间桥接互为热备,通过UPS输出柜分为两路,分别接入到2F两排机柜的精密列头柜上,给数据中心的机柜及机柜内设备提供不间断电源。

在1F原机房新增1套ATS及配电柜,用作切换原图书馆市电输入与新的两路市电,针对1F原机房内的核心接入设备,更多了一份保障。

2个变电所同时断电而导致两路市电都无法正常供电的情况已不常出现。因此,该高校后勤还配备发电机组,出现极端情况时通过断路器接入1F UPS间的配电柜。

3 改造后实现情况

改造后的数据中心电源进线采用三相四线加PE保护线,机房内运行的设备均为三相五线制,且线路配备过流、过载保护。改造后机房总配电情况如图3所示。UPS运行情况如图4所示。

图3 改造后机房总配电情况

图4 UPS运行情况

改造后经过测试,人工干预停止一路市电的输入,ATS成功实现自动切换至另一路电源;若两路市电都中断,则发电机和备用UPS会开启工作,给机房运维的工作人员留有足够时间。同时,若现有UPS随着使用时间的推移出现容量不够的情况,可随时再增加模块,用作冗余供电[5-7]。

4 结 语

高校数据中心机房在教育信息化的推进过程中处于重要地位。双电源切换供电改造实现了给数据机房电路系统提供平稳可靠电力的目标,避免单点故障情况的出现,保证机房内所有网络及校园服务设备在各种极端情况下的正常运行。