萊鋼數(shù)據(jù)中心雙總線并機(jī)冗余供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

巫濤　連桂珍　丁元良

摘 要：文章介紹了雙總線并機(jī)冗余供電方式在萊鋼數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)建設(shè)中的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，分析了冗余、容錯(cuò)機(jī)制對(duì)提高電源系統(tǒng)可靠性的重要作用。

關(guān)鍵詞：雙總線冗余；冗余；容錯(cuò)；ATS

引言

萊鋼數(shù)據(jù)中心機(jī)房位于萊鋼新建信息能源管控中心二樓，面積約1300平方米，是萊鋼計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心機(jī)房。主要承擔(dān)著萊鋼生產(chǎn)和管理指揮系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)、語音及圖像等信息的收集、存儲(chǔ)和處理等工作。為確保機(jī)房內(nèi)各類設(shè)備穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行，要求電源系統(tǒng)必須提供365*24小時(shí)的不間斷供電作為支撐。片刻的停電故障，都會(huì)給萊鋼的生產(chǎn)和管理造成巨大的損失。根據(jù)這種情況，按照《電子信息機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》（即GB50172-2008）規(guī)定要求，本機(jī)房應(yīng)按數(shù)據(jù)中心A級(jí)機(jī)房設(shè)計(jì)，供電要求根據(jù)ANSI-TIA-942-2005數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)定為TIER4等級(jí)。因此，本設(shè)計(jì)應(yīng)采用雙總線并機(jī)冗余的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)A級(jí)機(jī)房供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)采用雙總線供電系統(tǒng)架構(gòu)，UPS采用雙總線并機(jī)冗余的運(yùn)行方式，通過UPS間的冗余來完成系統(tǒng)的容錯(cuò)功能，避免單點(diǎn)故障。

系統(tǒng)按功能劃分為市電輸入系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)和UPS輸出系統(tǒng)三部分。市電輸入系統(tǒng)包括：市電輸入配電屏、柴油發(fā)電機(jī)、ATS雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)、低壓配電開關(guān)等；UPS系統(tǒng)包括：UPS輸入配電柜、 UPS設(shè)備、UPS輸出配電柜；UPS輸出系統(tǒng)包括：列頭配電柜、PDU、STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)等。

1.1 市電輸入系統(tǒng)

從高壓配電室引來兩路出自不同變壓器的低壓380V交流電源作為主、備用電源，經(jīng)ATS轉(zhuǎn)換后輸出分成兩路電源，再分別同柴油發(fā)電機(jī)的兩路輸出電源經(jīng)ATS2、ATS3轉(zhuǎn)換后，輸出到兩臺(tái)UPS輸入配電屏上，形成雙總線鏈路。

當(dāng)兩路市電同時(shí)失電時(shí)，備用柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)單獨(dú)給UPS系統(tǒng)供電。柴油發(fā)電機(jī)必須具備識(shí)別市電狀態(tài)自動(dòng)啟停的功能。柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)長期工作于待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)兩路市電同時(shí)停電時(shí)，ATS2和ATS3自動(dòng)置于0位，柴油發(fā)電機(jī)控制電路檢測到ATS2和ATS3控制器的的電位發(fā)生變化時(shí)，控制電路向柴油發(fā)電機(jī)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)的輸出電壓正常后，ATS2和ATS3轉(zhuǎn)換到備用的柴油發(fā)電機(jī)側(cè)。當(dāng)任意一路市電恢復(fù)后，ATS2和ATS3轉(zhuǎn)換到主用的市電側(cè)，柴油發(fā)電機(jī)控制電路檢測到ATS2和ATS3控制器的電位恢復(fù)，控制電路則向柴油發(fā)電機(jī)發(fā)出熄火信號(hào)。

1.2 UPS系統(tǒng)

UPS系統(tǒng)由4臺(tái)同型號(hào)、同容量的UPS設(shè)備通過兩兩并聯(lián)連接構(gòu)成雙總線鏈路結(jié)構(gòu)，每條總線鏈路上有兩臺(tái)UPS并聯(lián)組成，形成2（N+1）結(jié)構(gòu)。每臺(tái)UPS容量為300KVA，每條鏈路上的總?cè)萘繛?00KAV。根據(jù)雙總線冗余的要求，兩條鏈路實(shí)際設(shè)計(jì)容量為600KVA。兩臺(tái)并聯(lián)的UPS之間采用自動(dòng)同步均流技術(shù)，避免流入U(xiǎn)PS的電流不均衡，而給系統(tǒng)帶來的損害。

UPS之間的并機(jī)是通過UPS輸出配電柜中的3個(gè)開關(guān)配合實(shí)現(xiàn)（見圖2）。并聯(lián)操作時(shí)，首先將K1，K2合上，然后再將K3合上，就完成了兩臺(tái)UPS的并聯(lián)。這種方法能夠快速的將兩臺(tái)UPS并聯(lián)在一起，也能將任意一臺(tái)UPS解除并聯(lián)，并退出系統(tǒng)。每一條總線鏈路都設(shè)一條手動(dòng)檢修旁路，當(dāng)某一鏈路的設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可將手動(dòng)檢修旁路開關(guān)閉合，使整個(gè)鏈路的設(shè)備被短路而退出系統(tǒng)，此時(shí)手動(dòng)旁路承擔(dān)整個(gè)鏈路的負(fù)荷。

1.3 UPS輸出系統(tǒng)

UPS輸出配電屏分路開關(guān)與數(shù)據(jù)機(jī)房列頭配電柜相對(duì)應(yīng)，每臺(tái)列頭配電柜分上下兩個(gè)單元，完成兩個(gè)供電總線的接入與配電輸出。每臺(tái)信息機(jī)柜均配置兩套PDU，滿足兩路電源接入與分配。

系統(tǒng)為負(fù)載提供了兩種供電方式：（1）對(duì)于大型的核心或匯聚交換機(jī)、大型服務(wù)器等雙電源設(shè)備，可直接從網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜中的兩套PDU上取電。（2）對(duì)于一般性單電源用電設(shè)備，可在網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜中安裝STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，由STS開關(guān)從兩套電源中選取一套作為主用電源，而另一套做為備用電使用。

2 系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)

市電輸入系統(tǒng)為兩路獨(dú)立的市電，與備用柴油發(fā)電機(jī)構(gòu)成了三路交流電源輸入的冗余設(shè)計(jì)，柴油發(fā)電機(jī)的容量能夠負(fù)擔(dān)起兩條鏈路的總負(fù)荷，由于兩路市電一年中平均停電時(shí)間很短，同時(shí)停電的概率很低，因此，備用柴油發(fā)電機(jī)的儲(chǔ)油量在8小時(shí)左右。

兩條獨(dú)立運(yùn)行的總線由4臺(tái)300KVA的UPS通過兩兩并聯(lián)構(gòu)成，共同分擔(dān)負(fù)荷，最大承載量等于1條總線的容量，即600KVA，每條總線具備50%冗余度；每條總線由1+1并機(jī)冗余系統(tǒng)構(gòu)成，總線內(nèi)部UPS具備50%冗余度；雙總線供電模式的推出主要為適應(yīng)雙電源設(shè)備高可靠供電要求，每條總線PDU對(duì)應(yīng)提供雙電源設(shè)備其中1路電源的輸入，單電源設(shè)備可通過STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇其中1條總線PDU供電。

3 系統(tǒng)的容錯(cuò)功能設(shè)計(jì)

雙總線冗余系統(tǒng)是通過總線間和同一總線中相互并聯(lián)的UPS間的冗余來完成容錯(cuò)功能的。兩條總線鏈上各承載設(shè)備都有足夠的相同比例的冗余量，兩條總線的容量是完全對(duì)稱的。系統(tǒng)中任意設(shè)備或線路出現(xiàn)報(bào)警、跳閘或故障，均可退出工作進(jìn)行維修，而不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，不存在單點(diǎn)故障。

4 結(jié)束語

數(shù)據(jù)中心建設(shè)是企業(yè)信息化建設(shè)的核心，穩(wěn)定可靠的電源系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心機(jī)房可靠、穩(wěn)定、準(zhǔn)確、高效運(yùn)行的保障。雙總線冗余供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足了萊鋼數(shù)據(jù)中心機(jī)房的實(shí)際需求，最大程度的保障了數(shù)據(jù)中心機(jī)房運(yùn)行的安全性與可靠性。持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷的電源供應(yīng)，給數(shù)據(jù)中心機(jī)房的各項(xiàng)業(yè)務(wù)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，彌補(bǔ)了雙總線冗余供電系統(tǒng)投資額度較大的問題。

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