分析强化管理UPS 电源对数据中心运行的重要性

陈恒民

［大众报业集团（大众日报）信息技术部，山东 济南 250014］

0 引言

为了保持数据中心机房设备的正常运行，采用UPS 不间断供电方式，提供恒压恒频的无电磁干扰净化交流220V，成为最后一道支柱和保险。根据其特殊性能，遇到市电出现异常时，有效化解。当市电突发故障时，通过电池组逆变输出，维持运行一段时间，便于技术人员应急处理，不至于造成网络中断。克服市电不稳定性，不会因瞬间电压电流的变化，导致损坏服务器线路板，丢失数据，损坏程序，避免造成不良社会影响，因此在重要行业中得到普遍采用。在数据中心系统运行中起重要防范作用，防止突发断电、送电时的浪涌、频率、谐波干扰，瞬间电压电流起伏过大，防止冲击核心设备。由于UPS 设计性能，在互联网以及重要行业使用中的到认可。随着互联网的快速发展，配置UPS 电源做数据中心供电方式，普遍使用在信息整理保存、传送、存储，UPS 的使用为国民经济的发展起到推动作用。

由于UPS 电源配置了存储功能的电池组，当市电输入突发中断时能以瞬间将蓄电池组输出的直流电经过整流器、逆变器转换交流。当市电正常输入，输出整流滤波后的无电磁干扰的交流220V 供给负载，此时的UPS 就是一台交流稳频稳压电源，还可以向电池组充电。利用自身检测功能，发现异常，快速启动逆变程序为负载供电，保护服务器线路板不受损伤，数据丢失，损坏运行程序。利用滤波、恒压、恒流、稳频功能，可以将负载电压保持在220V±5%。

1 主机组成与性能

该有主机和储能电池组两部分组成。艾默生主机的参数为，容量500kVA，额定电压380/400/415VAC 使用三相五线，输入电压在220～478V，输入频率40～70Hz，铅酸电池组。承载取决于主机性能，对负载的驱动能力不同。正常情况下，负载大小应满足UPS 电源50%的额定功率，满载功率控制在85%之内。储能电池组容量的配置应当根据负载功率的大小、维持时间的长短、因需而定；维持时间的长短，主要有电池组的容量和负载决定。因为UPS 系统具备自检和瞬间启动逆变程序，并且随着电池组的慢慢放电时间，容量会逐渐降低。因此电池组容量大小，需要合理配置。

主机的组成分整流器、逆变器、旁路开关，维修和电池组核心部分组成。主机的稳压功能是由整流器和逆变器完成，整流器的采用分可控硅或高频开关整流器，可随市电的变化进行控制，控制输出净化后的稳定电压。净化功能由电池组和整流逆变完成，由于整流器不能无法完全排除瞬时脉冲的干扰，整流后的电压存在脉冲干扰。电池除了具备存储直流电的功能，对整流器来说好像接了一只大容量的电容，电池容量大小关键在选配。电容两端的电压不会突变，充分利用电容器对脉冲的平滑特性排除和屏蔽干扰，还能起净化作用。频率的稳定性利采用变换器的特性完成的，主要在于变换器的振荡频率的稳定程度来决定。为了方便维护保养和操作，利用专属控制开关，检修测试更加安全方便。

2 运行环境的要求

因为UPS 电源适宜运行在18～25℃室温内，电池组需要定期冲放电，每季度不能超过3 次，定期进行检查和测试。温度的变化会导致电池放电能力有所改变，会严重影响电池的使用周期。当环境温度超过25℃时，每升高10℃，严重影响电池使用寿命。环境温度的变化，会导致电池阻值增大或减小、造成电池释放大量的热能，有容易造成周围环境温度突变，造成铅板连片活化物腐化脱落，产生沉浮。如恶性循环，使用寿命缩短，厂家标称的电池使用期限，一般指环境温度20℃。

3 定期检修主机

首先，每年定期对UPS 进行一次全面保养，清除灰尘，检查测试。首先断开市电开关（A 或B），断开电池直流开关，使UPS 处于安全停机状态，然后进行检查测试。检查逆变器和整流驱动线路板、各端口串口连接虚实、有无虚焊，元器件有无老化变色。逐步迅速测温或用手触摸元器件有无过热现象，对高温元器件做详细的检查记录，发现问题及时处理。检查电容外壳是否变色、膨胀现象，如检测到性能指标下降，及时更换，防止爆裂。检查变压器与连接处以及扼流圈有无过热、变色、漆包线分层绝缘和连线链接是否牢固，用摇表测量变压器绝缘阻值。检查排风扇，空气中灰尘较多，风机将灰尘吸入机内，遇到阴雨天潮湿时，容易产生主机控制程序紊乱失常，产生误报警，不利于元器件散热。

其次，检查面板显示设置的各项参数是正常，包含额定电压、电流、负载、电池状态。严格禁止对UPS 频繁的开启和关闭。主机电源关闭后，不能立即开启，需要等待几分钟，否则出现UPS 进入“启动失败”的状态，产生既无市电输出，又无逆变输出的现象。需要正确的开、关机顺序操作，防止因负载突然增大和减小造成输出电压、电流的变化，出现无法正常工作的现象。如果借用UPS 的电源时，检查所接的火线、零线、地线符合要求，不能随意改变相互的位置和顺序。根据操作流程进行开关机，防止因负载的突然增加或减小时，电压输出波动大，导致无法正常运转。理想的UPS 电源启动负载控制在75%，如果长期超载运行，在逆变状态下，会击穿逆变器元器件。经过参考对比，将控制在75%额定输出功率范围之内为宜。

最后，预防雷击现象的危害。对UPS 电源系统做好有效屏蔽和接地保护，尤其是雷击现象。遇到阴雨天，云层放电时，高空电源线和通信线路因电磁感应，会产生高电磁脉冲，容易沿着线路进入UPS 主机，损伤线路板中的集成电路模块和电子元器件，因为这些原件对雷电的电磁脉冲非常敏感，很容易被击坏。对UPS 施行有效屏蔽和保护接地的前提下，一定要做好输入性电源线和通信线（远端监控信号线）的屏蔽，避免对主机造成损伤。

4 对蓄电池检查与维护注意内容

4.1 免维电池的认知

片面认为免维护蓄电池是不用维护的而不加重视是错误的，必须改变认知。免维护只是免除以往量比、配比、添加蒸馏水的工作。使用环境的影响没有改变，异常的运行状态造成的影响没有变，定期检查维护是非常重要的。因为大量维护工作主要在电池部分，有电池引发的故障比例大约为1/3。因此，加强对电池的使用与维护，维持延长蓄电池使用寿命、减少供电系统故障率十分关键。

4.2 主机维护工作

首先，每季度至少放冲电一次，电池在浮充电状态运行，需放电活化检测。放电前测量电压，维持一定容量。放电过程中出现放电终止电压现象，立即停止操作，进行检查或单块更换新电池。其次，保养检修时重点检查电池外壳是否变形和漏液、测量电池两端电压、连线是否松动、腐蚀现象、检测连接片之间压降、极柱、安全阀是否完好，根据记录对比主机运行参数是否有变化。遇到电池出现故障时，首先区分是主机，还是电池组。发现电池组中电压反极、压降和压差大，漏液以及形成碱性物现象时，及时更换。严禁把不同容量、性能、品牌的电池混装在一起，严重缩短使用期限。最后，随着电池的性能、周期、环境温度的变化，谨慎改变对浮充电压参数值。环境温度超过25℃，充电时会随着温度升高或降低发生变化，无疑会缩短使用寿命。

4.3 电池放电的作用与防范

针对连续运转无法停机的UPS，尽可能的做到每隔3～6 个月对电池组进行放电激活，然后重新充电，目的是延长使用期限和保持容量。

电池放电时，放电到自动关机后，电池会自动回复一定的电压，此时严禁开机检测；电池容易出现过度放电，也叫欠电压，尽量避免大电流充放电，否则会造成铅极块变形，腐蚀沉浮现象，导致极板产生质变和脱落，产生内阻增大，温升越高，严重时会造成容量下降，严重影响使用寿命。当重新充电完成后才能开机运行投入使用。电池组电压很高，有电击危险，在装卸导电连片、输出线时应使用带有绝缘的工具，严禁用手触摸。

充电。无论在浮充电状态还是放电、检修测试，需要可使用的电压、电流在控制在合理范围，温度的高低会造成温度失控、酸液减少；电压和电流过小，会导致内阻与温度变化，影响电池容量和寿命。电池欠压，危害性更大。防止短路或过度放电，因为电池的使用寿寿命和放电深度温度有直接关系。放电的度越深、循环期限越短。在检测容量测试中或是放电过程中，限制放电的度达到容量的30%～50%为宜。假如低于30%，及时采取措施防范。

4.4 更换电池

充电时内阻增大，温度升高，容量降低。当放电时，内阻增大，温度上升，降低使用寿命。严重时会造成铅板连接片活化腐蚀，形成沉浮，造成短路或短路。发现这种现象应当及时更换电池，加以防范。

5 电池选择

目前多数大中型UPS 电源用的是铅酸蓄电池，而不是锂电池。由于二者特性不同，充电曲线及回路不同。因为UPS 电源锂电池组都有一个控制过充过放的保护板BMS。如果现在锂电池按铅酸电池方式，以一个电压及容量存一个单元，然后再按需求进行并联堆叠，就会发生每个锂电池组BMS 之间，因为每个电池组已存在的电压及电量不同，在充电或放电状态会产生保护状况，无法使用。主要原因还是因为锂电池的成本高，用户还不能接受，应用范围不广。现阶段锂电池UPS 大多数应用在一些性能要求比较高的特殊项目上，不过主流还是铅酸蓄电池的UPS，锂电池要比传统铅酸蓄电池贵两到三倍的价格。铅酸电池除了价格优势外，稳定，容量大，性价比高，最重要的因素是——铅酸电池可以浮冲。目前多数主机是不支持锂电池的，还有就是现在锂电池UPS 的市场份额占整个市场的比重还非常小，不愿意花费过多的人力物力去推广，核心原因锂电池太贵，应用场景中算不上“优势”，但劣势却不少，也就优选便宜成熟可靠的铅酸电池。

6 加强管理维护的重要性

使用UPS 不间断电源不等同于普通的稳压电源，平时需要加强管理和维护，因为主机有大量的电子元器件构成，需要适宜运转环境，会因温度、湿度、通风、室内整洁度等方面因素制约。不注重管理，导致故障率升高，影响运行。由于管理和维修保养的重视度不同，发生的故障率和使用期限也不同。科学管理，提早预防，至关重要。制定检修制度，严格执行，是保障供电和信息网络系统安全平稳运行的手段。

密切注意空间温度、输入电压和频率、输出电压、线路功率（负载变化）、电池功率变化。采用交流输入与输出，是防止市电的浪涌、尖峰、瞬变、跌落、瞬态脉冲电压过高过低、频率变化。单独用UPS 只能解决突然断电，无法对输入的杂质进行滤波。针对此类问题，针对电压和电流变化、输入杂质，采用逆变器和整流器来解决。因市电突发故障造成断电或瞬态干扰以及频率误差较大，严重影响或造成数据中心的传输和程序紊乱，使用UPS 不间断电源供电方式来解决。因为UPS 是采用整流器，逆变器，净化稳压器的特殊性能，才能解决输入的电磁干扰，解决数据中心信息设备的用电质量问题。

从功能上讲，可以有效地净化与稳压、稳频输出；瞬间逆变进行转换，维持供电。利于网管人员及时采取措施，不会因瞬间电压电流变化导致损坏服务器的线路板，丢失数据，破坏程序，避免造成不良社会影响。因此在整个网络系统中起到主要支柱作用，防止瞬间电压电流起伏的冲击，对数据中心信息设备运行起到关键作用。

7 结语

总之，根据数据中心机房的特殊要求，满足系统运行的安全性、保密性、稳定性、持续性的条件和管制，需要提供稳定的运行支持。因此配备品质过硬、性能稳定、安全可靠，高效运行的UPS 不间断电源至关重要。电池组是最后的支柱，无疑成为最后一道保险。UPS 电源在互联网和重要行业的使用中的到认可和推广，为信息网络的发展奠定基础作用。互联网产业的快速发展，UPS 不间断供电方式用信息整理、传送、处理、储存。无纸化办公，社交，生活普遍使用。其重要性是随着大数据中心的发展和应用得到高度重视，更好的为社会经济发展奠定基础。