IDC机房高可用性双总线供电结构的技术研究

　　近年来，由于UPS系统的冗余不一定全部解决配电系统的单电源瓶颈，追求数据中心机房（IDC）的供配电系统高可用性越来越被人们重视。然而，随着供配电器件的安全系数和参数定义发生翻天覆地的变化，让建设下一代高可用性IDC机房的供电系统成为可能。本文就上海电信某投产近10年的IDC机房配电系统改造实例，谈谈单电源回路系统实现在线改造为双总线供电结构的方案，以研究旧配电系统合理改造的有效途径，从而为高可用IDC机房的供电方案做有益的探索。
　　
　　二.实例分析
　　
　　1. 上海电信A机房作为IDC数据中心始建于2001年初，其机房基础设施概况见下表1：

　2. 业务概况：该机房主要业务为大型游戏网站及其计费系统、教育及政府性的信息网站。　　
3. 原UPS设备及负载参数的情况见下表2：
　　

　　对电池总体情况评价：电池运行超过8年后，其温升、漏液、内阻增大或开路、短路等现象时有出现，所以，将电池全面淘汰更新势在必行！
　　
　　5. 故障分析：该机房自2001年投入运行到2007年，未发生过具有重大影响的电力事故，但08年以来，以UPS为主的电力事故不断。其事故的表面原因，多为UPS设备及电池老化、性能下降、输配电器件误动作等引起的故障，但究其实质还是单电源、单回路的配电结构没有对负载形成真正的冗余回路所致，并由此使小故障升级为大事故。
　　
　　三.旧系统的结构及缺陷
　　
　　1. 旧系统的配电回路结构简图（图1）：

　　
　　图1

2. 单路径的缺陷分析：从上图1可看出，该机房UPS的整个供配电回路结构上存在着严重的单点故障隐患，分析如下：
　　
　　1) ATS1的单点性：从市电输入侧看，虽然市电1、2形成了双路输入，但ATS1就是一个单点故障点，一旦其故障，油机能支撑的时间和可靠性便让人担忧；
　　
　　2) ATS2的单点性：虽然由ATS1转换后的两路市电与柴油机组通过ATS2形成了有效的回路备份，但ATS2的单点故障性将使3路电源的备份形同虚设；
　　
　　3) UPS总输出开关柜的单点性：虽然在UPS输入柜中的各分机主输入和旁路输入端都都设置了分路开关，看上去与2+1的UPS设备已经形成了有效分路备份，但却在总输出开关柜中将所有UPS的输出通过母排并接在一个总容量为1250A的电子开关（K1）的上桩头，无疑是一个致命的单点故障点，如果该开关故障或者误动作，将会使整个的后端负载失电（08年其中一次大的断电事故便是由此开关受谐波干扰后误动作引起的）；
　　
　　4) 下游的单点性：从UPS总输出柜K1的下端直至机房内的配电尾端——机架，可以看出所有的路径均是单路径的单点配电结构，其中任何一个中间器件故障都会影响其下级设备的正常运行，只是不同点位的故障影响范围有所区别罢了（一般情况下，开关故障需要更换时，还影响其上级配电，否则就必须带电操作）；
　　
　　3. UPS设备老化的缺陷分析：从表2数据输入功率因数0.77，输入输出效率73%可知，其UPS的运行参数已远远偏离了其高效节能的合理区间。该UPS设备在日常运行中，时常出现误告警、实际运行参数和显示参数不一致、误转或拒转旁路、逆变器IGBT击穿、交直流电容泄露等严重的故障现象，所以更新该套UPS设备也属必然！
　　
　　4. 下走线的缺陷：该机房服务器装置在机架内，采用活动地板下走线、下送风、上回风的送风方式，线缆严重制约了空调的制冷和送风效果，致使空调系统的能效占比高、效率低（表2数据中，空调能耗与UPS有功输出比为0.89），从节能减排的角度出发，对本系统改造下走线为上走线，避免空调送风与线缆冲突也是迫切需要的。

　　四.改造方案解析
　　
　　1. 改造目标：
　　
　　? 将低效能的旧UPS及蓄电池系统在线更新；
　　
　　? 将单回路供电模式改造为双总线结构的供电模式；
　　
　　? 地板下综合布线的走线方式改为上走线方式；
　　
　　2. 改造原则：改造全过程不能中断或影响业务的正常运行，尽量利用原系统的输入输出配电柜和可用线路，节约投资；
　　
　　3. 高可用双总线结构的UPS供电系统：
　　
　　目前，业内比较流行和公认的“高可用双总线UPS供电系统”结构由三部分组成：
　　
　　? 前级输入：两路以上的市电（AC）、油机（M）及适当数量的ATS组成的输入配电系统，系统组成为（2*AC+M）*ATS；
　　
　　? 不间断电源设备：采用2*N或2*（N+1）UPS+电池系统，组成不间断供电系统；
　　
　　? 后级输出：由若干数量的静态开关组成的不间断自动切换装置，内容为K*STS。　　
　　对于不同的机房系统，其三级组成结构会稍有差异，系统的冗余度、冗余结构和冗余形式也各不一样，不同的冗余方式会直接影响系统的投资和系统的可用性。但其基本的结构形式示意图大致如下图2：