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金融业数据中心UPS设备整机更换方案研究

发布时间:2022-04-25 00:09:26 所属栏目:快递行业 阅读:

随着业务量逐年增加,数据中心机房的计算机设备数量不断增多,用电量持续增大。目前,上述UPS系统容量已无法满足设备用电需求,甚至成为了后级机房的扩容瓶颈。

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UPS系统前后级供电架构分析

以金融业某大型数据中心为例,目前该数据中心在特定区域部署了6组UPS系统,每组装机容量为1600kVA,采用双母线2N冗余供电架构,分为A/B两路,且每个机房均有A/B两路UPS电源输入。同时,每组UPS系统前级两路市电输入来自不同变压器,均配备柴油发电机组,市电中断或电压波动时柴油发电机组可自动启动。此外,每组UPS系统包含了4台UPS主机、蓄电池以及配套的电源输入柜、集中输出旁路柜,并配备了一个3200A输入总开关、四个800A输入开关,且每台UPS主机配备了一组蓄电池(180AH、128节)。单组UPS系统结构如图1所示。

金融业数据中心UPS设备整机更换方案研究

02

UPS设备目前存在的问题

1 ✦设备老化

上述UPS设备于2007年初正式投产运行,至今已超过14年,运行期间于2016年对部分部件(包括电容、电源板和散热风扇等)进行了更新,于2011年底完成了配套胶体蓄电池的更新。然而,随着该UPS设备使用年限的增长,设备不断老化、设备故障率逐渐升高,运行风险也随之逐步加大。为保障后级生产用电安全,急需对原有UPS进行整机更换,以提高UPS设备运行的稳定性。

2 ✦设备容量不足

随着业务量逐年增加,数据中心机房的计算机设备数量不断增多,用电量持续增大。目前,上述UPS系统容量已无法满足设备用电需求,甚至成为了后级机房的扩容瓶颈。对此,数据中心在实现UPS设备更新的同时,需要对UPS设备进行扩容,以充分利用其他现有基础环境剩余资源,进一步提升机房容量。

3 ✦集中旁路柜存在故障隐患

由于该UPS系统架构设计较早,采用了中央集中旁路并机架构模式。在此模式下,在旁路柜发生故障后,UPS将无法自动切换到旁路,存在单点故障隐患,且对旁路柜进行维护时,需要将UPS切换至维修旁路模式下运行,此时后级计算机设备由市电供电,如果市电发生波动或中断,可能影响后级计算机设备供电质量,维护风险较大。

4 ✦UPS机组输入功率因数低、运行效率低

上述UPS机组为十多年前生产的工频机型,输入功率因数仅为0.9,满载时最大输出功率因数仅为0.8,整机运行效率较低(约90%),大幅低于目前主流高频UPS机组的性能水平(输入功率因数0.99以上,最大输出功率因数1,整机效率95%以上),不仅无法充分利用上级变压器容量,而且发热量较大,需配备相应的空调机组,从而造成了非必要的资源浪费。

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优化方案及实施建议

针对上述难点,本文根据目前该数据中心供电系统架构和电力资源使用现状,提出了一种通过搭建备用UPS供电链路实现UPS整机更换的可行方案。

1 ✦整体更换方案

对于有类似难题的数据中心而言,可考虑利用富余可用电力资源(包括有富余容量的变压器及其备用输出开关)构建一条备用UPS系统供电链路,即将富余变压器作为备用UPS系统的上级输入电源,而备用UPS系统的输出经输出柜通过电缆输送至待更换UPS系统对应的后级母排接插开关输出端,之后对接插开关按序依次进行割接操作,将待更换UPS系统后级负载切换至备用UPS系统供电,直至待更换UPS系统从现有供电链路中整体断电隔离,再对待更换UPS系统设备依次实施整体更换。此外,对于一般用户而言,如果在以上各方面都缺乏相应资源,还可考虑利用原有旁路,通过多次割接、腾挪置换的方案。备用UPS系统链路如图2所示。

金融业数据中心UPS设备整机更换方案研究

2 ✦备用UPS系统场地规划

在本文所述案例中,考虑场地空间、散热条件和UPS输入输出电缆距离等因素,新搭建的一组备用UPS系统计划部署在原UPS机房北侧电池间中间过道空地。同时,鉴于需要更换的UPS系统单组预计最大负载约1600kVA,故备用UPS系统容量按2000kVA配置,备用UPS系统计划由4台500kVA高频UPS机组并机组成,采用分散式旁路架构,包括备用UPS系统配置输入柜1个(开关容量1000A×4)、并机输出柜1个(开关容量4000A)、蓄电池688节(43节×4组×4台)。其中,虽然500kVA高频UPS效率可达95%以上,但上述4台备用UPS系统满载发热量总体不高于100kW,而该处电池间空调制冷剩余量为120kW,因此无需额外增加空调资源,也可满足备用UPS系统运行环境要求。

3 ✦备用UPS系统输入链路