分析強化管理UPS 電源對數(shù)據(jù)中心運行的重要性

陳恒民

［大眾報業(yè)集團（大眾日報）信息技術(shù)部，山東 濟南 250014］

0 引言

為了保持數(shù)據(jù)中心機房設(shè)備的正常運行，采用UPS 不間斷供電方式，提供恒壓恒頻的無電磁干擾凈化交流220V，成為最后一道支柱和保險。根據(jù)其特殊性能，遇到市電出現(xiàn)異常時，有效化解。當(dāng)市電突發(fā)故障時，通過電池組逆變輸出，維持運行一段時間，便于技術(shù)人員應(yīng)急處理，不至于造成網(wǎng)絡(luò)中斷?？朔须姴环€(wěn)定性，不會因瞬間電壓電流的變化，導(dǎo)致?lián)p壞服務(wù)器線路板，丟失數(shù)據(jù)，損壞程序，避免造成不良社會影響，因此在重要行業(yè)中得到普遍采用。在數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)運行中起重要防范作用，防止突發(fā)斷電、送電時的浪涌、頻率、諧波干擾，瞬間電壓電流起伏過大，防止沖擊核心設(shè)備。由于UPS 設(shè)計性能，在互聯(lián)網(wǎng)以及重要行業(yè)使用中的到認可。隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，配置UPS 電源做數(shù)據(jù)中心供電方式，普遍使用在信息整理保存、傳送、存儲，UPS 的使用為國民經(jīng)濟的發(fā)展起到推動作用。

由于UPS 電源配置了存儲功能的電池組，當(dāng)市電輸入突發(fā)中斷時能以瞬間將蓄電池組輸出的直流電經(jīng)過整流器、逆變器轉(zhuǎn)換交流。當(dāng)市電正常輸入，輸出整流濾波后的無電磁干擾的交流220V 供給負載，此時的UPS 就是一臺交流穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源，還可以向電池組充電。利用自身檢測功能，發(fā)現(xiàn)異常，快速啟動逆變程序為負載供電，保護服務(wù)器線路板不受損傷，數(shù)據(jù)丟失，損壞運行程序。利用濾波、恒壓、恒流、穩(wěn)頻功能，可以將負載電壓保持在220V±5%。

1 主機組成與性能

該有主機和儲能電池組兩部分組成。艾默生主機的參數(shù)為，容量500kVA，額定電壓380/400/415VAC 使用三相五線，輸入電壓在220～478V，輸入頻率40～70Hz，鉛酸電池組。承載取決于主機性能，對負載的驅(qū)動能力不同。正常情況下，負載大小應(yīng)滿足UPS 電源50%的額定功率，滿載功率控制在85%之內(nèi)。儲能電池組容量的配置應(yīng)當(dāng)根據(jù)負載功率的大小、維持時間的長短、因需而定；維持時間的長短，主要有電池組的容量和負載決定。因為UPS 系統(tǒng)具備自檢和瞬間啟動逆變程序，并且隨著電池組的慢慢放電時間，容量會逐漸降低。因此電池組容量大小，需要合理配置。

主機的組成分整流器、逆變器、旁路開關(guān)，維修和電池組核心部分組成。主機的穩(wěn)壓功能是由整流器和逆變器完成，整流器的采用分可控硅或高頻開關(guān)整流器，可隨市電的變化進行控制，控制輸出凈化后的穩(wěn)定電壓。凈化功能由電池組和整流逆變完成，由于整流器不能無法完全排除瞬時脈沖的干擾，整流后的電壓存在脈沖干擾。電池除了具備存儲直流電的功能，對整流器來說好像接了一只大容量的電容，電池容量大小關(guān)鍵在選配。電容兩端的電壓不會突變，充分利用電容器對脈沖的平滑特性排除和屏蔽干擾，還能起凈化作用。頻率的穩(wěn)定性利采用變換器的特性完成的，主要在于變換器的振蕩頻率的穩(wěn)定程度來決定。為了方便維護保養(yǎng)和操作，利用專屬控制開關(guān)，檢修測試更加安全方便。

2 運行環(huán)境的要求

因為UPS 電源適宜運行在18～25℃室溫內(nèi)，電池組需要定期沖放電，每季度不能超過3 次，定期進行檢查和測試。溫度的變化會導(dǎo)致電池放電能力有所改變，會嚴重影響電池的使用周期。當(dāng)環(huán)境溫度超過25℃時，每升高10℃，嚴重影響電池使用壽命。環(huán)境溫度的變化，會導(dǎo)致電池阻值增大或減小、造成電池釋放大量的熱能，有容易造成周圍環(huán)境溫度突變，造成鉛板連片活化物腐化脫落，產(chǎn)生沉浮。如惡性循環(huán)，使用壽命縮短，廠家標稱的電池使用期限，一般指環(huán)境溫度20℃。

3 定期檢修主機

首先，每年定期對UPS 進行一次全面保養(yǎng)，清除灰塵，檢查測試。首先斷開市電開關(guān)（A 或B），斷開電池直流開關(guān)，使UPS 處于安全停機狀態(tài)，然后進行檢查測試。檢查逆變器和整流驅(qū)動線路板、各端口串口連接虛實、有無虛焊，元器件有無老化變色。逐步迅速測溫或用手觸摸元器件有無過熱現(xiàn)象，對高溫元器件做詳細的檢查記錄，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。檢查電容外殼是否變色、膨脹現(xiàn)象，如檢測到性能指標下降，及時更換，防止爆裂。檢查變壓器與連接處以及扼流圈有無過熱、變色、漆包線分層絕緣和連線鏈接是否牢固，用搖表測量變壓器絕緣阻值。檢查排風(fēng)扇，空氣中灰塵較多，風(fēng)機將灰塵吸入機內(nèi)，遇到陰雨天潮濕時，容易產(chǎn)生主機控制程序紊亂失常，產(chǎn)生誤報警，不利于元器件散熱。

其次，檢查面板顯示設(shè)置的各項參數(shù)是正常，包含額定電壓、電流、負載、電池狀態(tài)。嚴格禁止對UPS 頻繁的開啟和關(guān)閉。主機電源關(guān)閉后，不能立即開啟，需要等待幾分鐘，否則出現(xiàn)UPS 進入“啟動失敗”的狀態(tài)，產(chǎn)生既無市電輸出，又無逆變輸出的現(xiàn)象。需要正確的開、關(guān)機順序操作，防止因負載突然增大和減小造成輸出電壓、電流的變化，出現(xiàn)無法正常工作的現(xiàn)象。如果借用UPS 的電源時，檢查所接的火線、零線、地線符合要求，不能隨意改變相互的位置和順序。根據(jù)操作流程進行開關(guān)機，防止因負載的突然增加或減小時，電壓輸出波動大，導(dǎo)致無法正常運轉(zhuǎn)。理想的UPS 電源啟動負載控制在75%，如果長期超載運行，在逆變狀態(tài)下，會擊穿逆變器元器件。經(jīng)過參考對比，將控制在75%額定輸出功率范圍之內(nèi)為宜。

最后，預(yù)防雷擊現(xiàn)象的危害。對UPS 電源系統(tǒng)做好有效屏蔽和接地保護，尤其是雷擊現(xiàn)象。遇到陰雨天，云層放電時，高空電源線和通信線路因電磁感應(yīng)，會產(chǎn)生高電磁脈沖，容易沿著線路進入UPS 主機，損傷線路板中的集成電路模塊和電子元器件，因為這些原件對雷電的電磁脈沖非常敏感，很容易被擊壞。對UPS 施行有效屏蔽和保護接地的前提下，一定要做好輸入性電源線和通信線（遠端監(jiān)控信號線）的屏蔽，避免對主機造成損傷。

4 對蓄電池檢查與維護注意內(nèi)容

4.1 免維電池的認知

片面認為免維護蓄電池是不用維護的而不加重視是錯誤的，必須改變認知。免維護只是免除以往量比、配比、添加蒸餾水的工作。使用環(huán)境的影響沒有改變，異常的運行狀態(tài)造成的影響沒有變，定期檢查維護是非常重要的。因為大量維護工作主要在電池部分，有電池引發(fā)的故障比例大約為1/3。因此，加強對電池的使用與維護，維持延長蓄電池使用壽命、減少供電系統(tǒng)故障率十分關(guān)鍵。

4.2 主機維護工作

首先，每季度至少放沖電一次，電池在浮充電狀態(tài)運行，需放電活化檢測。放電前測量電壓，維持一定容量。放電過程中出現(xiàn)放電終止電壓現(xiàn)象，立即停止操作，進行檢查或單塊更換新電池。其次，保養(yǎng)檢修時重點檢查電池外殼是否變形和漏液、測量電池兩端電壓、連線是否松動、腐蝕現(xiàn)象、檢測連接片之間壓降、極柱、安全閥是否完好，根據(jù)記錄對比主機運行參數(shù)是否有變化。遇到電池出現(xiàn)故障時，首先區(qū)分是主機，還是電池組。發(fā)現(xiàn)電池組中電壓反極、壓降和壓差大，漏液以及形成堿性物現(xiàn)象時，及時更換。嚴禁把不同容量、性能、品牌的電池混裝在一起，嚴重縮短使用期限。最后，隨著電池的性能、周期、環(huán)境溫度的變化，謹慎改變對浮充電壓參數(shù)值。環(huán)境溫度超過25℃，充電時會隨著溫度升高或降低發(fā)生變化，無疑會縮短使用壽命。

4.3 電池放電的作用與防范

針對連續(xù)運轉(zhuǎn)無法停機的UPS，盡可能的做到每隔3～6 個月對電池組進行放電激活，然后重新充電，目的是延長使用期限和保持容量。

電池放電時，放電到自動關(guān)機后，電池會自動回復(fù)一定的電壓，此時嚴禁開機檢測；電池容易出現(xiàn)過度放電，也叫欠電壓，盡量避免大電流充放電，否則會造成鉛極塊變形，腐蝕沉浮現(xiàn)象，導(dǎo)致極板產(chǎn)生質(zhì)變和脫落，產(chǎn)生內(nèi)阻增大，溫升越高，嚴重時會造成容量下降，嚴重影響使用壽命。當(dāng)重新充電完成后才能開機運行投入使用。電池組電壓很高，有電擊危險，在裝卸導(dǎo)電連片、輸出線時應(yīng)使用帶有絕緣的工具，嚴禁用手觸摸。

充電。無論在浮充電狀態(tài)還是放電、檢修測試，需要可使用的電壓、電流在控制在合理范圍，溫度的高低會造成溫度失控、酸液減少；電壓和電流過小，會導(dǎo)致內(nèi)阻與溫度變化，影響電池容量和壽命。電池欠壓，危害性更大。防止短路或過度放電，因為電池的使用壽壽命和放電深度溫度有直接關(guān)系。放電的度越深、循環(huán)期限越短。在檢測容量測試中或是放電過程中，限制放電的度達到容量的30%～50%為宜。假如低于30%，及時采取措施防范。

4.4 更換電池

充電時內(nèi)阻增大，溫度升高，容量降低。當(dāng)放電時，內(nèi)阻增大，溫度上升，降低使用壽命。嚴重時會造成鉛板連接片活化腐蝕，形成沉浮，造成短路或短路。發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)及時更換電池，加以防范。

5 電池選擇

目前多數(shù)大中型UPS 電源用的是鉛酸蓄電池，而不是鋰電池。由于二者特性不同，充電曲線及回路不同。因為UPS 電源鋰電池組都有一個控制過充過放的保護板BMS。如果現(xiàn)在鋰電池按鉛酸電池方式，以一個電壓及容量存一個單元，然后再按需求進行并聯(lián)堆疊，就會發(fā)生每個鋰電池組BMS 之間，因為每個電池組已存在的電壓及電量不同，在充電或放電狀態(tài)會產(chǎn)生保護狀況，無法使用。主要原因還是因為鋰電池的成本高，用戶還不能接受，應(yīng)用范圍不廣?，F(xiàn)階段鋰電池UPS 大多數(shù)應(yīng)用在一些性能要求比較高的特殊項目上，不過主流還是鉛酸蓄電池的UPS，鋰電池要比傳統(tǒng)鉛酸蓄電池貴兩到三倍的價格。鉛酸電池除了價格優(yōu)勢外，穩(wěn)定，容量大，性價比高，最重要的因素是——鉛酸電池可以浮沖。目前多數(shù)主機是不支持鋰電池的，還有就是現(xiàn)在鋰電池UPS 的市場份額占整個市場的比重還非常小，不愿意花費過多的人力物力去推廣，核心原因鋰電池太貴，應(yīng)用場景中算不上“優(yōu)勢”，但劣勢卻不少，也就優(yōu)選便宜成熟可靠的鉛酸電池。

6 加強管理維護的重要性

使用UPS 不間斷電源不等同于普通的穩(wěn)壓電源，平時需要加強管理和維護，因為主機有大量的電子元器件構(gòu)成，需要適宜運轉(zhuǎn)環(huán)境，會因溫度、濕度、通風(fēng)、室內(nèi)整潔度等方面因素制約。不注重管理，導(dǎo)致故障率升高，影響運行。由于管理和維修保養(yǎng)的重視度不同，發(fā)生的故障率和使用期限也不同?？茖W(xué)管理，提早預(yù)防，至關(guān)重要。制定檢修制度，嚴格執(zhí)行，是保障供電和信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行的手段。

密切注意空間溫度、輸入電壓和頻率、輸出電壓、線路功率（負載變化）、電池功率變化。采用交流輸入與輸出，是防止市電的浪涌、尖峰、瞬變、跌落、瞬態(tài)脈沖電壓過高過低、頻率變化。單獨用UPS 只能解決突然斷電，無法對輸入的雜質(zhì)進行濾波。針對此類問題，針對電壓和電流變化、輸入雜質(zhì)，采用逆變器和整流器來解決。因市電突發(fā)故障造成斷電或瞬態(tài)干擾以及頻率誤差較大，嚴重影響或造成數(shù)據(jù)中心的傳輸和程序紊亂，使用UPS 不間斷電源供電方式來解決。因為UPS 是采用整流器，逆變器，凈化穩(wěn)壓器的特殊性能，才能解決輸入的電磁干擾，解決數(shù)據(jù)中心信息設(shè)備的用電質(zhì)量問題。

從功能上講，可以有效地凈化與穩(wěn)壓、穩(wěn)頻輸出；瞬間逆變進行轉(zhuǎn)換，維持供電。利于網(wǎng)管人員及時采取措施，不會因瞬間電壓電流變化導(dǎo)致?lián)p壞服務(wù)器的線路板，丟失數(shù)據(jù)，破壞程序，避免造成不良社會影響。因此在整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中起到主要支柱作用，防止瞬間電壓電流起伏的沖擊，對數(shù)據(jù)中心信息設(shè)備運行起到關(guān)鍵作用。

7 結(jié)語

總之，根據(jù)數(shù)據(jù)中心機房的特殊要求，滿足系統(tǒng)運行的安全性、保密性、穩(wěn)定性、持續(xù)性的條件和管制，需要提供穩(wěn)定的運行支持。因此配備品質(zhì)過硬、性能穩(wěn)定、安全可靠，高效運行的UPS 不間斷電源至關(guān)重要。電池組是最后的支柱，無疑成為最后一道保險。UPS 電源在互聯(lián)網(wǎng)和重要行業(yè)的使用中的到認可和推廣，為信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)作用。互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，UPS 不間斷供電方式用信息整理、傳送、處理、儲存。無紙化辦公，社交，生活普遍使用。其重要性是隨著大數(shù)據(jù)中心的發(fā)展和應(yīng)用得到高度重視，更好的為社會經(jīng)濟發(fā)展奠定基礎(chǔ)。