信息化機(jī)房UPS 電源的選型、容量配置及維護(hù)方法

郭志玉

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)信息中心， 山西 介休 032000）

引言

信息化機(jī)房配置服務(wù)器、主機(jī)及網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控設(shè)備等，是計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)運(yùn)行中心。當(dāng)市電停電、壓降不穩(wěn)時(shí)，使整個(gè)信息化機(jī)房的設(shè)備停機(jī)、低負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致運(yùn)行的信息不能及時(shí)保存，造成信息丟失，甚至造成通信故障。為保障供電安全，需要設(shè)置安全穩(wěn)定的冗余電源，如增設(shè)電源點(diǎn)、UPS 不間斷電源，其為計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)提供不間斷穩(wěn)定的運(yùn)行電源，確保服務(wù)器、主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等穩(wěn)定可靠運(yùn)行。因此，信息化機(jī)房選用UPS 電源具有十分重要的意義。

1 信息化機(jī)房概況

山西某大型國(guó)有公司旗下?lián)碛凶庸?0 多個(gè)，總公司進(jìn)行信息化建設(shè)升級(jí)改造，計(jì)劃將各子公司的各生產(chǎn)系統(tǒng)、安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和供電系統(tǒng)等進(jìn)行智能化改造升級(jí)，建設(shè)以總公司信息控制中心為中樞，子公司地面調(diào)度中心為節(jié)點(diǎn)，對(duì)全集團(tuán)公司進(jìn)行信息系統(tǒng)化建設(shè)。其中，全集團(tuán)總公司機(jī)房面積約400m2，用電設(shè)備、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備最終規(guī)模在100 kVA左右。因此，在該大中型信息化機(jī)房中必須安裝UPS作為后備電源，進(jìn)行UPS 電源的選型、使用及維護(hù)方法[1]。

2 UPS 電源的原理選型和容量配置

2.1 UPS 電源的原理選型

UPS 不間斷電源能夠滿足信息化機(jī)房中電子設(shè)備的不間斷供電，是計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、信息數(shù)據(jù)中心及其他電子設(shè)備的可靠、廉價(jià)的電源。其中鉛酸蓄電池作為主要UPS 不間斷電源，其原理利用鉛和硫酸的電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)化。蓄電池充電時(shí)，二氧化鉛（PbO2）被吸附到正極板，鉛（Pb）被吸附到負(fù)極板，蓄電池內(nèi)的電解液是硫酸（H2SO4）水溶液。蓄電池在進(jìn)行放電時(shí)，在正負(fù)極板上的PbO2、Pb和H2SO4被分解還原生成PbSO4,產(chǎn)生電離子，進(jìn)而產(chǎn)生電流，詳見(jiàn)公式（1）。

按工作原理，UPS 電源分為后備式、在線式。在線式UPS 電源的工作原理：正常供電時(shí)，一路輸入市電經(jīng)過(guò)充電器對(duì)蓄電池組充電，另一路通過(guò)整流器、逆變器，把交流電和直流電相互轉(zhuǎn)換后供給負(fù)載使用。詳見(jiàn)圖1 在線式UPS 工作原理圖。在線式UPS不同于后備式UPS：后備式UPS 由市電轉(zhuǎn)逆工作時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間10 ms，可用于個(gè)人計(jì)算機(jī)；而在線式UPS采用雙變換模式，當(dāng)斷電時(shí)，蓄電池組開始放電，充電器不運(yùn)行，電流經(jīng)逆變器把直流電變?yōu)榻涣麟姽┙o負(fù)載使用，逆變器自始至終都處于工作狀態(tài)。由于市電轉(zhuǎn)逆時(shí)連續(xù)工作、無(wú)轉(zhuǎn)化時(shí)間，適用于大企業(yè)、網(wǎng)站、部門服務(wù)器的10 kVA 以上功率范圖的UPS后備電源。因此，該大型信息機(jī)房UPS 電源選用雙機(jī)冗余并機(jī)在線式UPS 系統(tǒng)[2]。

圖1 在線式UPS 工作原理圖

2.2 UPS 電池容量配置

該集團(tuán)公司計(jì)劃配置蓄電池電壓12 V，后備電源供電時(shí)間不小于2 h，UPS 電池容量雖沒(méi)有統(tǒng)一的確定方法，但有通用的計(jì)算方法，即由實(shí)際信息機(jī)房的UPS 預(yù)期負(fù)載值，得出蓄電池放電時(shí)所需給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和主機(jī)提供的功率，求出電池需要的放電電流，再根據(jù)集團(tuán)公司需求后備電源供電時(shí)間不小于2 h，找出對(duì)應(yīng)的電池容量系數(shù)，最后用該容量系數(shù)與放電電流相乘得到電池容量。蓄電池容量公式為其中：P 為預(yù)期負(fù)載；cosφ 為輸出功率因數(shù)；K 為電池容量系數(shù)；U 為電池組端電壓；η 為逆變效率。

1）UPS 的預(yù)期負(fù)載通常指UPS 所能帶的最大負(fù)載，考慮到系統(tǒng)可靠性和雙機(jī)冗余并機(jī)配置，按每臺(tái)UPS 帶載40%，即40 kVA。

2）該UPS 每組電池安裝配置需32 節(jié)，即電池組端電壓為12 V×32≈380 V，UPS 輸出功率因數(shù)為0.8，UPS 逆變效率約為0.85。電池容量系數(shù)需查表1確定。

表1 電池容量系數(shù)表

3）根據(jù)式（2）算得每臺(tái)UPS 的電池容量為40 000×0.8×3.28/（380×0.85）=325（Ah）≈400（Ah）。

綜上所述：每臺(tái)UPS 可以采用380 V、100 Ah 的電池組4 組進(jìn)行并聯(lián)。所以，該大型信息機(jī)房UPS 電源選用380 V、100 Ah 的4 組蓄電池組組成雙機(jī)冗余并機(jī)在線式UPS 系統(tǒng)，電池32 節(jié)×4×2＝256 節(jié)。

3 UPS 電源維護(hù)

1）放置UPS 電源房間應(yīng)清潔、通風(fēng)、干燥。工作時(shí)環(huán)境溫度15～25℃為宜，濕度在20%～60%范圍，最佳濕度為50%。

2）根據(jù)實(shí)際情況和理論計(jì)算確定UPS 電源容量，不超負(fù)載連接UPS 電源，避免其長(zhǎng)期重載運(yùn)行。

3）UPS 電源設(shè)置良好的防雷接地，電阻不大于4Ω。

4）為延長(zhǎng)UPS 電源供電時(shí)間和使用壽命，每?jī)稍氯藶橹袛嗍须?，進(jìn)行放電試驗(yàn)，放電時(shí)間為10 min。

5）當(dāng)使用UPS 電源時(shí)應(yīng)避免沖擊電流給元器件帶來(lái)的損害。

6）加強(qiáng)UPS 日常巡檢，經(jīng)常檢查UPS 機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境溫濕度，定期清潔和檢查各類設(shè)備。檢查UPS 電源主機(jī)柜中的插接件接觸牢固可靠，連接排線有無(wú)異常，風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常；檢測(cè)蓄電池兩端電壓應(yīng)符合正常電壓值[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明：該大型信息機(jī)房UPS 電源選用380 V、100 Ah 的4 組蓄電池組組成雙機(jī)冗余并機(jī)在線式UPS 系統(tǒng)，并進(jìn)行檢修維護(hù)，有效維持負(fù)載不斷電、連續(xù)工作，運(yùn)行數(shù)據(jù)不丟失，保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。