數據中心改造（建）遷移中電源系統(tǒng)的設計

唐維奇

摘要：我國數據機房的發(fā)展經過了近三十年左右的歷程，現在已經進入到大型數據中心的建設時代。隨著云計算、大數據、互聯(lián)網、物聯(lián)網時代的到來。信息的傳輸、處理、儲存都需要更寬的帶寬，更穩(wěn)定的供電，更加綠色節(jié)能的基礎設施的支持。隨著技術的進步及信息處理量的增加，前些年建設的一大批數據機房急需進行改建、擴容。以適應IT行業(yè)飛速發(fā)展的需要，尤其是金融系統(tǒng)。

關鍵詞：數據中心；改造；電源系統(tǒng)設計

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）26-0199-02

1 概述

這個行業(yè)的數據機房建設的時間比較早，機房面積小，不節(jié)能且普通的供電系統(tǒng)是單路供電。不符合現在新的數據中心標準，對數據機房的技術要求。這樣有大量的數據機房需要進行改進。在改造過程中有建筑系統(tǒng)的改造，空調系統(tǒng)的改造，弱點系統(tǒng)的改造，消防系統(tǒng)的改造，綜合布線系統(tǒng)的改造改建升級，但最重要的是電源系統(tǒng)的改造。因為數據機房中，電源系統(tǒng)是整個數據機房大環(huán)境中的源泉，沒有電源系統(tǒng)的質量保證整個數據中心機房這個大系統(tǒng)就會癱瘓，而金融系統(tǒng)在改造過程又不允許停電改造，一般在整個改建過程中只在深夜給出2個小時的窗口停電時間，在整個改建過程中這種窗口時間也只能是30-40個小時。這30-40個小時過程中包括其全部全系統(tǒng)的切換，這樣 電源系統(tǒng)窗口時間就少之又少了。根據上述困難，下面我們討論一下如何萬無一失的完成從單電源系統(tǒng)到雙電源的安全切換。

2 為了討論方便，我選了一個在金融系統(tǒng)改造中的一個實際案例來做陳述電源系統(tǒng)安全切換的方案

從上圖可知，本電源系統(tǒng)是一個典型十幾年前建設的數據機房。首先是一個單路供電系統(tǒng)，市電流過輸入配電柜630A開關將交流電引入機房內，在輸入配電柜的輸出端，有三路開關，其中兩路630A的開關分別為兩臺400KVA的UPS電源供電，一個400A的開關為一臺150KVA的UPS供電。此處兩臺400KVA的UPS在輸出端并聯(lián)作為負載供電。1臺150KVA的UPS輸出單獨為某些負載供電。在機房內有些雙電源系統(tǒng)服務器，則由2x400KVA的輸出配電柜引出的電源與150KVA的UPS電源輸出配電柜引出的電源供電。通過上圖我們可知，這是一個典型的單路供電系統(tǒng)。系統(tǒng)中存在若干不合理的部分。

1） 市電輸入的總開關額定電流僅為630A顯然不合理，當單臺400KVA滿載時輸入電流值遠大于630A，這里沒有計算150KVA的UPS所需的輸入電流。一旦出現上述情況整個系統(tǒng)將會崩潰。

2） 機房內部分雙電源負載由400KVA的UPS并機輸出與單臺150KVA的UPS輸出供電。由于雙邊的UPS輸出功率不對稱，品牌不一樣且150KVA的UPS還要為一些單電源負載供電。這樣隨著機房內雙電源負載的增加，整個系統(tǒng)將不滿足供電需求。

通過以上分析可知：現在這個電源系統(tǒng)已不能保證數據中心的安全運行，整個電源系統(tǒng)存在單點瓶頸，一旦市電供電系統(tǒng)出現故障，整個系統(tǒng)的故障將是災難性的會造成不可預估量的損失。

根據上述問題，對本電源系統(tǒng)進行升級改造設計。

改造的圖紙如圖2所示。（注：將圖中630A改成800A）

本次改造的設計思想為：

1） 加入一路市電電源；

2） 將A、B路市電的輸入開關換成1250A；

3） 將400KVA的UPS由雙機并聯(lián)改成A、B路各安裝一臺；

4） 將400KVA的UPS的輸入開關由630A改成800A；

5） 從市電A、B路各引出一路，供機房空調用電，A、B路市電在空調設備前通過ATS開關進行切換，保證精密空調系統(tǒng)的不間斷供電；

6） 在A、B路UPS電源的輸出端加母聯(lián)空開K4 630A（注意：K4 UPS電源的輸出的母聯(lián)開關在本次改造中是至關重要的）。

本次設計的思路為：當一路市電長時間中斷時，通過市電母聯(lián)空開K3可對機房所有負載供電。當一路UPS故障或維修需要長時間中斷時通過K3母聯(lián)開關對機房所有IT負載供電。實踐證明本設計在此一次機房電源系統(tǒng)改造中起到了關鍵作用。

3 改造過程分步實施

根據金融系統(tǒng)的特點，為了大量減少電源系統(tǒng)改造引起的負載停電，最大限度地減小停電的窗口時間，確保在現有系統(tǒng)正常運行的前提下，實現電源系統(tǒng)的改造，本次設計電源系統(tǒng)改造分兩部分進行。

3.1 第一步

對現有400KVA的UPS 1+1并機系統(tǒng)進行拆分。需要UPS輸出端IT負載停機。對機房內不能停電的設備采用臨時電源供電。改造過程中在UPS輸出并機柜上增加了一個K4 UPS輸出母聯(lián)空氣開關。拆分改造完成后，將原400KVA的UPS并聯(lián)系統(tǒng)改造為單機雙總線系統(tǒng)。并將原150KVAUPS的負載分別納入到拆分后400KVA的UPS輸出的A、B路配電柜。

3.2 第二步

啟用新的市電配電柜，將UPS輸入、輸出割接到新配電柜上。利用K4 UPS輸出母聯(lián)空開保障了機房所有計算機負載不間斷供電，擺脫單電源設備。

為防止UPS轉維修旁路期間，市電突然停電，需啟用后備發(fā)電機組，給機房供電。

4 電源系統(tǒng)切換步驟

為確保在IT負載工作狀態(tài)不停頓的狀態(tài)下完成電源系統(tǒng)新、舊方案的切換采取了下列措施。

第一步：

（1） 停市電電源同時啟動發(fā)電機供電

1） A、B路UPS由發(fā)電機供電，待A、B路的UPS在發(fā)電機供電的情況，工作狀態(tài)正常后，將A、B路UPS轉維修旁路。將UPS轉維修旁路的作用是：防止A路UPS退出運行時，全部負載轉移到B路UPS時所引起的瞬時沖擊電流。這個沖擊電流有可能造成UPS的故障。檢測UPS輸出柜K4母聯(lián)開關兩端是否同相，若同相則合上母聯(lián)開關K4。

2） 斷開A路UPS的輸出開關，輸入開關，電池開關，將A路UPS退出運行?，F在機房所有IT負載由B路UPS供電。

3） B路UPS開啟逆變器，B路UPS恢復正常工作狀態(tài)。

（2） 停發(fā)電機，此時B路UPS由電池，逆變輸出供電。

（3） 恢復市電供電，此時B路UPS進入正常工作狀態(tài)。

（4） 拆除A路UPS原輸入電纜，原輸出電纜不拆，A路UPS輸入，輸出連入新配電柜。

（5） 停市電啟動發(fā)動機供電

1） A、B路UPS由發(fā)電機供電，待A、B路UPS工作正常后，將A、B路UPS轉維修旁路。

2） 檢查A路UPS在舊并機柜的輸出開關兩端的電壓是否同相，若同相則合上A路UPS在新配電柜上的輸出開關，A路UPS將接管B路UPS的負載。

3） 斷開K4 UPS輸出母聯(lián)開關，A路UPS接管A路UPS負載。

4） A路UPS開啟逆變，正常運行后A路UPS輸入、輸出切換完成。

同理重復上述步驟完成B路UPS輸入、輸出切換改造。

第二步：

電流系統(tǒng)改造完成后，UPS輸入啟動新配電柜供電，UPS輸出即連接了原有配電柜，保障現有環(huán)境的供電，又連接了新的UPS輸出配電柜。當新的電源列頭柜啟用后，原有的UPS輸出配電柜即可拆除。

以上電源系統(tǒng)改造過程中K4 UPS輸出母聯(lián)空開的設計是保障機房的IT負載不間斷供電的關鍵。K4 UPS輸出母聯(lián)空開操作的前提是兩臺UPS輸入市電必須是同一電源且同相序，當兩臺UPS都工作在維修旁路時K4母聯(lián)空開的兩端的市電同源，相序相同即可合閘。

由于有了K4 UPS輸出母聯(lián)開關的設計，在第一步的電源改造完成后的UPS輸出配電系統(tǒng)的相關改造，如UPS電池及匯流箱的搬遷改造，第二步UPS輸入，輸出配電柜的切換。故實現了機房IT負載的不間斷供電。

現在在機房領域存在大量如本案例描述的案例，本案例的設計思想對于改造、改建、單電源市電輸入的機房供電系統(tǒng)為符合國家數據中心規(guī)范的雙路供電系統(tǒng)，提供了可操作的方法。endprint