核心机房交流供电模式的创新改造与应用Word文档下载推荐.docx
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为了规范“单路交流供电改双路供电工作”,节约成本,满足维护工作最实际的需求,也是建设部门采购设备、工程施工最实际需求,特推出本方案,重点针对现网关键网络设备交流供电隐患解决方案提出解决方案。
二、现状及需解决的问题
目前中等规模专业机房配置的UPS已从几年前的几十千伏安上升到了上百千伏安,而且为了保证多个交流用电设备的安全,分散因可能停电带来设备宕机的危害,在UPS配置上也已经采用N+1冗余系统分别对不同的负荷供电。
目前现网现状及存在问题如下:
1、UPS设备供电可靠性无法满足网络要求
虽然目前采用的双机、多机UPS并机系统供电可靠率已经很高,但由于设备本身设计、制造工艺、使用维修及市电干扰等原因还是会不断造成供电中断,产生设备严重故障。
2、原系统存在单节点引入的隐患
1).UPS一次及其配电电路在构成供电系统时常常被忽视,使得同样数量UPS组成的冗余系统,大大降低了供电可靠性,不但冗余备份起不到作用,而且造成供电系统扩容及故障时维护困难,如:
从低压室交流屏输出到UPS设备输入屏的交流引入、UPS主机与旁路(静态旁路与维修旁路)为单开关接入;
2).早期工程建设中过高估计UPS系统供电可靠程度,现网中的大部分UPS系统未按照双路UPS系统供电设计,即使有的机房大楼已安装了两套或两套以上的UPS系统,但是UPS系统的容量、型号、使用年限差异较大,不管所负担的负载要求单路供电还是双路供电的,均使用一套UPS为网络设备供电,双路供电其实是从一套UPS电源上引入;
3).当这套UPS电源供电中断时,网络全部瘫痪,即使UPS系统恢复供电时间非常短(如10ms),由于需排除服务器硬件故障、需加载数据等,故障恢复时间将很长。
3、网络设备已具备使用双路UPS电源供电的能力
1).网络中使用交流供电的关键设备大部分已具备双电源模块或多电源模块供电能力,可输入双路甚至多路交流电源,如汇聚层以上服务器、高端路由器、高端交换机等;
2).有些外围设备虽然只有单电源输入,但在设备上也有双机备份,如小型路由器和交换机等;
三、改造方案
1、改造目的
1).消除供电设备备份瓶颈;
2).消除供电路由瓶颈;
3).优化原有UPS系统,为今后业务发展作好准备;
4).有力地保障网络安全运行,提高现网运行质量;
2、改造范围
关键网络设备包括:
汇聚层以上服务器、高端路由器、高端交换机等,均要求进行供电双路由或互为主备份改造:
1).对UPS输入改造,对主回路和旁路回路进行分离,采用不同的空气开关输入,确保输入的稳定性,避免输入开关跳闸等造成设备供电中断。
2).增加设备,使原有系统有独立的备用路由。
3).对原网络设备的集装柜配电进行改造,使用备用空开、小型STS设备取代原有空开单一配电模式,使单一输入设备有备用供电路由,提高供电可靠性。
4).对有双路以上输入需求的设备进行割接,对输入路由进行分离,使其供电路由具有冗余备份。
5).对不具备改造条件的机房实行主设备搬迁。
3、项目组成员和专业分工建议
组长:
省公司分管副总
副组长:
各相关生产中心副总以上
组员:
建设部门、生产用电部门相关现场人员
厂家成员:
含UPS生产厂家、相关关键网络设备供应商
1).设备提供商的分工
UPS系统提供商负责提供本工程所需新增的蓄电池组、UPS设备及其所需的电力电缆,并负责安装、调试及开通所提供UPS和蓄电池组;
负责本工程涉及的UPS、蓄电池组的质量保证及技术支持;
2).施工单位的分工
工程涉及的UPS系统内部的连接及安装由UPS系统提供商负责;
施工单位负责完成UPS系统以外至二次输出屏以及二次屏至各业务系统负载的线缆安装布放、原有UPS输出屏供电的线缆安全割接。
3).设计单位的分工
对安装点进行前期工程勘察,配合收集有关电缆长度、电缆布放、设备安装位置等资料由设计单位负责,包括低压配电屏到UPS系统之间、UPS输出配电屏到各机房二次输出配电屏以及二次输出配电屏到各数据机柜配电空开所需的引接线缆布放。
4).公司内部分工
建设单位负责整个工程的协调、测试及组织验收。
4、建设部门职责建议
各电源系统的建设单位应根据省公司的统一规划按照建设程序进行建设,并做好以下几点:
1).新建网络和进行网络系统扩容时,在制定建设方案阶段应充分考虑电源系统的安全性和未来电源系统扩容的机房位置,应通知电源技术人员参加建设方案的讨论,并充分征求他们的意见。
2).工程验收应有电源专业技术人员参加,工程验收完后要作好固定资产归属管理,移交维护部门时应同步移交设备维护手册、线路及设备布置图、原始设计文件等,以确保今后维护工作顺利进行;
3).工程验收达不到设计要求,不合格的项目建设单位应组织整改,整改后经过维护单位验收才能投产使用,未验收系统由建设单位承担管理和安全责任。
4).电源系统重要设备的选型及采购,应充分考虑与现网络运行稳定的设备一致,以减少网上设备的种类,提高重要网元备品备件的利用效率。
5、生产用电部门职责
电源系统生产用电的使用部门包括各相关部门、生产中心及各分公司,各用电部门应做好以下工作:
1).确认本专业维护的关键网络设备供电路由、方式,参与方案审核;
2).完成责任段内的电源系统日常维护管理和安全检查工作;
3).确保后端用电安全和规范,若因后端使用、维护或管理不当造成前端设备或系统故障,应由使用部门负全部责任。
6、电源维护部门职责
1).积极做好机房电源系统规划和建设方案中电源系统的审核,确保重要机房电源的安全性、先进性和前瞻性。
2).按照集团公司和省公司关于工程的验收规范参加建设单位组织的验收,确保移交维护的设备符合规范要求。
3).做好维护责任段落内的电源设备的维护。
4).对各专业在重大电源故障处理时,提供技术支持;
四、改造内容
1、对双、多电源模块供电设备的改造
1).已有两套以上UPS系统,但需扩容的方案
(1)如果用两套UPS互为备份交叉供电的话UPS容量不够,可结合机房规划,新增一套UPS系统作为另两套UPS备份电源,在相应机房内新增二次输出屏,从UPS一次输出屏上引入电源线,再从二次柜上布线到各机柜提供备份电源;
(2)对于三电源模块,可利用该三套UPS分别接入;
(3)对于四电源模块,可利用富余度较大两套UPS交叉接入;
2).原机房已有两套以上系统无需扩容的改造方案
根据现场需求,在机房内新增二次输出屏,从UPS一次输出屏上引入电源线,再从二次柜上布线到各机柜提供备份电源
2、机房只有一套UPS改造方案
根据该机房今后扩容情况,采用以下二种方案:
1).如果机房面积足够,可新增一套UPS作为备份电源;
在机房内新增二次输出屏,从UPS一次输出屏上引入电源线,再从二次柜上布线到各机柜提供备份电源
2).如果机房面积受限,可将原系统中1+1冗余系统改造成2台独立的UPS单机使用,在机房内新增二次输出屏,从UPS一次输出屏上引入电源线,再从二次柜上布线到各机柜提供备份电源,如果采用不停电割接,需要在割接过程中增设外旁路。
本方案虽然实现了双路供电,但降低了原UPS系统的可靠性,遇到这种情况,生产用电部门应及时作好规划,将重要业务提前剥离、电源维护部门应加强设备巡检、维护,提高设备的可靠性。
3、对单电源模块的主、备用设备的电源改造
可根据现场情况,将两套UPS输出电源对主、备用设备的电源进行交叉供电,参照1、2点二次屏的双路由引入;
4、对单电源模块无主、备用设备的电源改造
由于UPS供电特点,单套UPS故障中断后,后端设备供电恢复时间较快(应小于15min),而该类设备为汇聚层以下设备,中断后影响范围较小,可根据负载重要程度,采用以下三种方案:
1).在机柜内新增备用空开,当一路电源出现故障恢复时间较长时,采用人工切换到备用空开上;
同时根据负载使用情况,及时更换为双电源设备;
2).在机柜内新增小型STS(StaticTransferSwitch静态切换开关),切换时间小于5ms,可达到双路输入的目的;
3).在机柜内新增小型ATS,切换时间小于50ms,也可达到双路输入的目的,但负载存在瞬间供电中断。
推荐采用第一种方案。
5、对交流引入,主、旁路共用一路输入开关的电源改造
对所有UPS输入路由进行双路由改造;
将旁路输入路由与主路输入路由分离,推荐采用每台UPS都有自己独立静态旁路。
6、对机柜内采用插线板改造
1).一个电源插座同时供应多个数据设备用电,容易造成用电设备之间互相影响,小范围内的故障往往引起大范围的故障;
2).将机柜普通插线板更换为带独立空开的接线面板,每路输出独立设置空气开关;
目的在于当单个设备过载或电源短路等故障时,不会影响其他设备正常运行。
7、其他情况
1).在新建工程涉及UPS电源部分时,相应的电源系统设计应把握以下原则:
(1)凡双电源系统、成对设计进行业务负荷分担系统或主备用关系的通信设备,均不得使用同一套电源系统供电,以实现完全意义上的双路由供电;
(2)不管是釆用“一步到位”设计方案、还是“分期施工”设计方案,对于在电力基础设施中所用的主变压器、输入切換柜、主输入配电柜、电缆桥架、各种地线系统等基础性的输配电电力系统均应按机房的最终容量来进行建设;
(3)在供电系统输出功率相同的条件下、宜选用UPS单机容量大、可靠性高、并机数量少的“N+1”UPS冗余并机多系统(典型配置为“1+1”并机系统),将负载功率根据要求供电路数,平均分配到不同UPS供电系统,不宜选用UPS单机容量小、可靠性低、并机数量多的“N+1”UPS冗余(典型配置为“4+1”/“5+1”并机系统)单系统。
这是因为后者存在故障率高、设备采购成本高、对机房楼房的局部承重“超重”及部件的更换维修成本偏高等弊端。
(4)在设计UPS供电系统时,应时刻牢记:
可靠性第一、节能第二。
即“省电”服从于“可靠性”的设计原则。
4).有些关键网络设备还成对放置在不同的机房、楼层或者城市中,其供电系统自然相互独立,可以允许UPS并机系统单路由供电。
5).不推荐采用直接使用市电作为关键网络设备备用交流电源,因为普通的市电电源存在市电停电、过压/欠压、频率突变、高能瞬态浪涌、各种电磁干扰等电源问题,它难于确保信息网络的安全运行;
6).如果两套UPS系统都按并机系统配置,应保证当一套UPS系统故障出现系统供电中断时,另一套UPS系统须负担起全部的负载,而平时正常运行时单套UPS负担1/2的负载,与1+1并机冗余系统正常运行时所带负荷率一致,不存在设备浪费的问题;
7).如果系统输入、输出、旁路开关原来只按照单机的容量设置,必须根据具体情况增大开关的容量,满足单系统满载供电要求。
附件1×
×
机房UPS交流供电系统查勘表
序号
设备型号
输入供电路数
现有负荷
输入电源容量冗余
整改方法
备注
附件2、×
关键网络设备交流用电情况
机柜编号
用途
用电设备(台)
机柜已有电源模块
电源引入方式
功率
占用UPS编号
单电源
双电源
三电源
1
2
3
4
5
6
7
8
9
附件3、×
关键网络设备交流供电单改双路进度
XXX机房UPS双路供电改造计划表
机架位置
业务系统名称
占用UPS系统编号
计划改造时间
实际完成时间
调整前UPS
负荷率
调整后UPS负
荷率
系统配合人员
附件4、对不同类型STS开关进行的调研
从UPS双母线结构中可以发现,无论采用何种双母线系统结构,为了解决核心网中单电源设备的供电备份问题,都引入了STS开关。
STS开关有两路电源输入,并能在两路电源之间进行供电质量的比较,当其主路电源质量不能满足负载需求时(电源质量的关键指标如电压、频率等均可设置),STS可以迅速切换到备用电源上,为负载提供稳定的电源输出。
在UPS双母线系统中,STS开关是一种非常重要的辅助供电设备,其性能指标对于负载供电安全性有着重要影响。
目前的STS主要以容量划分为小容量和大容量两类,我们也对不同类型的STS开关进行了比较和分析。
(1)小容量STS
小容量STS的带载能力一般不超过32A,采用快速继电器为切换元件,一般为单相切换方式,可以挂装于任何标准机架中,安装方便。
我们进行测试的小容量STS开关为16A,其理论切换时间不大于6ms。
测试时我们使用两台独立的UPS分别输入STS的主、备电源接口,STS输出端使用Fluke43B电力质量分析仪测量切换波形和时间,同时接入1台PC终端电脑作为测试负载。
为了验证切换效果,我们分别进行了市电——逆变情况下和电池——逆变情况下的不同切换试验,并记录了切换时间。
见表5-1,5-2,5-3:
表5-1市电——逆变情况下切换输出电压波形测试
表5-1电池——逆变情况下切换输出电压波形测试
表5-3不同切换方式的切换时间测试表
在整个测试过程中,无论采用何种供电方式或切换方式,用于测试的PC终端设备均能正常工作,没有发生停机、闪断或宕机的情况。
(2)大容量STS
大容量STS的带载能力可以从100A至300A不等,使用晶闸管作为切换元件,理论切换时间不超过5ms。
一般为三相切换的方式,采用柜式独立安装。
由于没有拿到实际的STS样品,因此我们没有能完成对大容量STS的测试。
由于使用晶闸管,可以预计其切换时间将大大小于小容量的STS开关。
最后我们从各方面对两种STS进行了比较分析,结果见表5-4:
表5-4STS开关特性比较
容量
切换元件
切换时间
(理论)
(实测)
特点
小容量STS
16A~32A
继电器
≤6ms
最大16.4ms
风险小,投资小,可做UPS双母线间的负载平衡。
大容量STS
100A~250A
静态开关
(晶闸管)
1ms~5ms
无
容量大,投资大,风险大,无法平衡负荷,会造成其中一条母线负载过大。
通过比较可以发现,从网络最关键的安全性能来考虑,大容量的STS开关存在着风险面大的问题,很容易形成新的“瓶颈”。
而小容量的STS开关也有缺陷,就是其切换时间较长。
虽然在试验中用于测试的负载PC没有掉电情况,但在理想情况下其最长14ms的切换时间是否能满足精密设备的使用要求还没有经过试验证明。
因此,出于安全考虑,我们建议最好不要在UPS供电网络中使用STS开关,所有供电负载都应具备双电源工作模块。
如果因条件限制确实需要使用STS开关时,建议使用小容量STS来减少风险和投资。
使用时可以通过在专业机房配置综合柜,集中放置小容量STS来实现“分散供电,集中管理”,既分担了风险,降低了投资,又方便了管理和维护。
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- 核心 机房 交流 供电 模式 创新 改造 应用