青鵬科技(西安UPS電源)渠道供應(yīng)商更新改造UPS不間斷電源項(xiàng)目3C40KS/40KVA平臺(tái),金融業(yè)數(shù)據(jù)中心UPS不間斷電源項(xiàng)目設(shè)備整機(jī)更換方案研究
西安不間斷電源(UPS)更新改造項(xiàng)目3C40KS/40KVA渠道平臺(tái)基于上述優(yōu)化方案，金融數(shù)據(jù)中心可對(duì)UPS全部相關(guān)配套設(shè)備進(jìn)行整體更換，西安不間斷電源(UPS)更新改造項(xiàng)目3C40KS/40KVA渠道平臺(tái)包括輸入柜、旁路柜、UPS主機(jī)、蓄電池及其開(kāi)關(guān)柜等。
    隨著業(yè)務(wù)量逐年增加，西安不間斷電源(UPS)更新改造項(xiàng)目3C40KS/40KVA渠道平臺(tái)的計(jì)算機(jī)設(shè)備數(shù)量不斷增多，用電量持續(xù)增大。目前，部分UPS容量已無(wú)法滿足設(shè)備用電需求，甚成為了后級(jí)機(jī)房的擴(kuò)容瓶頸。
一、西安不間斷電源(UPS)3C40KS/40KVA前后級(jí)供電架構(gòu)分析
以金融業(yè)某大型數(shù)據(jù)中心為例，目前該數(shù)據(jù)中心在特定區(qū)域部署了6組UPS，每組裝機(jī)容量為1600kVA，采用雙母線2N冗余供電架構(gòu)，分為A/B兩路，且每個(gè)機(jī)房均有A/B兩路UPS電源輸入。同時(shí)，每組UPS前級(jí)兩路市電輸入來(lái)自不同變壓器，均配備柴油發(fā)電機(jī)組，市電中斷或電壓波動(dòng)時(shí)柴油發(fā)電機(jī)組可自動(dòng)啟動(dòng)。此外，每組UPS包含了4臺(tái)UPS主機(jī)、蓄電池以及配套的電源輸入柜、集中輸出旁路柜，并配備了一個(gè)3200A輸入總開(kāi)關(guān)、四個(gè)800A輸入開(kāi)關(guān)，且每臺(tái)UPS主機(jī)配備了一組蓄電池（180AH、128節(jié)）。單組UPS結(jié)構(gòu)如圖1所示。
單組西安不間斷電源(UPS)3C40KS/40KVA結(jié)構(gòu)示意
二、西安不間斷電源(UPS)3C40KS/40KVA設(shè)備目前存在的問(wèn)題
1、設(shè)備老化
上述不間斷電源(UPS)3C40KS/40KVA設(shè)備于2007年初正式投產(chǎn)運(yùn)行，今已過(guò)14年，運(yùn)行期間于2016年對(duì)部分部件（包括電容、電源板和散熱風(fēng)扇等）進(jìn)行了更新，于2018年底完成了配套膠體蓄電池的更新。然而，隨著該UPS設(shè)備使用年限的增長(zhǎng)，設(shè)備不斷老化、設(shè)備故障率逐漸升高，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)也隨之逐步加大。為保障后級(jí)生產(chǎn)用電，急需對(duì)原有UPS進(jìn)行整機(jī)更換，以提高UPS設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。
2、設(shè)備容量不足
隨著業(yè)務(wù)量逐年增加，數(shù)據(jù)中心機(jī)房的計(jì)算機(jī)設(shè)備數(shù)量不斷增多，用電量持續(xù)增大。目前，上述UPS容量已無(wú)法滿足設(shè)備用電需求，甚成為了后級(jí)機(jī)房的擴(kuò)容瓶頸。對(duì)此，數(shù)據(jù)中心在實(shí)現(xiàn)UPS設(shè)備更新的同時(shí)，需要對(duì)UPS設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)容，以充分利用其他現(xiàn)有基礎(chǔ)環(huán)境剩余資源，進(jìn)一步提升機(jī)房容量。
3、集中旁路柜存在故障隱患
由于該UPS架構(gòu)設(shè)計(jì)較早，采用了中央集中旁路并機(jī)架構(gòu)模式。在此模式下，在旁路柜發(fā)生故障后，UPS將無(wú)法自動(dòng)切換到旁路，存在單點(diǎn)故障隱患，且對(duì)旁路柜進(jìn)行維護(hù)時(shí)，需要將UPS切換維修旁路模式下運(yùn)行，此時(shí)后級(jí)計(jì)算機(jī)設(shè)備由市電供電，如果市電發(fā)生波動(dòng)或中斷，可能影響后級(jí)計(jì)算機(jī)設(shè)備供電質(zhì)量，維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)較大。
4、不間斷電源(UPS)3C40KS/40KVA機(jī)組輸入功率因數(shù)低、運(yùn)行效率低
上述不間斷電源(UPS)3C40KS/40KVA機(jī)組為十多年前生產(chǎn)的工頻機(jī)型，輸入功率因數(shù)僅為0.9，滿載時(shí)大輸出功率因數(shù)僅為0.8，整機(jī)運(yùn)行效率較低（約90%），大幅低于目前主流高頻UPS機(jī)組的性能水平（輸入功率因數(shù)0.99以上，大輸出功率因數(shù)1，整機(jī)效率95%以上），不僅無(wú)法充分利用上級(jí)變壓器容量，而且發(fā)熱量較大，需配備相應(yīng)的空調(diào)機(jī)組，從而造成了非必要的資源浪費(fèi)。
三、優(yōu)化方案及實(shí)施建議
針對(duì)上述難點(diǎn)，本文根據(jù)目前該數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)和電力資源使用現(xiàn)狀，提出了一種通過(guò)搭建備用UPS供電鏈路實(shí)現(xiàn)UPS整機(jī)更換的可行方案。
1、整體更換方案
對(duì)于有類似難題的數(shù)據(jù)中心而言，可考慮利用富余可用電力資源（包括有富余容量的變壓器及其備用輸出開(kāi)關(guān)）構(gòu)建一條備用UPS供電鏈路，即將富余變壓器作為備用UPS的上級(jí)輸入電源，而備用UPS的輸出經(jīng)輸出柜通過(guò)電纜輸送待更換UPS對(duì)應(yīng)的后級(jí)母排接插開(kāi)關(guān)輸出端，之后對(duì)接插開(kāi)關(guān)按序依次進(jìn)行割接操作，將待更換UPS后級(jí)負(fù)載切換備用UPS供電，直待更換UPS從現(xiàn)有供電鏈路中整體斷電隔離，再對(duì)待更換UPS設(shè)備依次實(shí)施整體更換。此外，對(duì)于一般用戶而言，如果在以上各方面都缺乏相應(yīng)資源，還可考慮利用原有旁路，通過(guò)多次割接、騰挪置換的方案。備用UPS鏈路如圖2所示。
備用不間斷電源(UPS)3C40KS/40KVA鏈路示意
2、備用UPS場(chǎng)地規(guī)劃
在本文所述案例中，考慮場(chǎng)地空間、散熱條件和UPS輸入輸出電纜距離等因素，新搭建的一組備用UPS計(jì)劃部署在原UPS機(jī)房北側(cè)電池間中間過(guò)道空地。同時(shí)，鑒于需要更換的UPS單組預(yù)計(jì)大負(fù)載約1600kVA，故備用UPS容量按2000kVA配置，備用UPS計(jì)劃由4臺(tái)500kVA高頻UPS機(jī)組并機(jī)組成，采用分散式旁路架構(gòu)，包括備用UPS配置輸入柜1個(gè)（開(kāi)關(guān)容量1000A×4）、并機(jī)輸出柜1個(gè)（開(kāi)關(guān)容量4000A）、蓄電池688節(jié)（43節(jié)×4組×4臺(tái)）。其中，雖然500kVA高頻UPS效率可達(dá)95%以上，但上述4臺(tái)備用UPS滿載發(fā)熱量總體不高于100kW，而該處電池間空調(diào)制冷剩余量為120kW，因此無(wú)需額外增加空調(diào)資源，也可滿足備用UPS運(yùn)行環(huán)境要求。
3、備用UPS輸入鏈路
在搭建備用UPS的過(guò)程中，通過(guò)評(píng)估數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有10kV/0.4kV變壓器容量使用情況，筆者發(fā)現(xiàn)目前4號(hào)變電站的8號(hào)變壓器存在剩余容量，可充分滿足后級(jí)備用UPS負(fù)載容量要求，且該變壓器輸出開(kāi)關(guān)柜配有ATS，可與柴油發(fā)電機(jī)聯(lián)動(dòng)，在市電中斷或電壓波動(dòng)時(shí)也可完成自動(dòng)切換，因此認(rèn)定該變壓器具備作為備用UPS輸入電源的條件。
4、備用UPS輸出鏈路
目前，上述數(shù)據(jù)中心機(jī)房UPS輸出通過(guò)母排連接機(jī)房電間內(nèi)對(duì)應(yīng)的母排接插開(kāi)關(guān)，接插開(kāi)關(guān)再通過(guò)電纜連接各機(jī)房區(qū)域配電柜，進(jìn)而可為機(jī)房?jī)?nèi)計(jì)算機(jī)設(shè)備供電。同時(shí)，考慮到接插開(kāi)關(guān)上樁頭與UPS輸出母排相連接，而母排拆裝的施工時(shí)間長(zhǎng)、難度和風(fēng)險(xiǎn)大，因此優(yōu)化方案選擇接插開(kāi)關(guān)下樁頭與機(jī)房區(qū)域配電柜輸入電纜連接處作為備用UPS輸出鏈路的接入點(diǎn)，從而將待更換UPS供電鏈路隔離斷開(kāi)，直接與機(jī)房區(qū)域配電柜輸入電纜連接，為后級(jí)計(jì)算機(jī)設(shè)備供電。
5、原西安不間斷電源(UPS)3C40KS/40KVA整機(jī)更換
在更換過(guò)程中，上述方案選擇在負(fù)載全部切換備用UPS后，對(duì)原UPS進(jìn)行下電并拆除，施工過(guò)程中后級(jí)機(jī)房由備用UPS維持兩路UPS供電，因此對(duì)施工時(shí)間無(wú)特殊要求，且有充分時(shí)間對(duì)新裝UPS機(jī)組進(jìn)行安裝和測(cè)試。此外，計(jì)劃更新為4個(gè)500kVA高頻機(jī)組，采用分散旁路結(jié)構(gòu)，新裝UPS機(jī)組較更換前容量提升25%，發(fā)熱量降低50%。值得注意的是，在每組UPS整體更換期間，所對(duì)應(yīng)的后級(jí)機(jī)房計(jì)算機(jī)設(shè)備在切換到備用UPS供電和恢復(fù)為新UPS供電的過(guò)程中，后級(jí)部分相關(guān)設(shè)備需兩次處于單路UPS供電運(yùn)行狀態(tài)（每次約2小時(shí)），其他時(shí)間則均保持雙路UPS供電狀態(tài)。
綜上所述，西安不間斷電源(UPS)3C40KS/40KVA基于上述優(yōu)化方案，金融數(shù)據(jù)中心可對(duì)UPS全部相關(guān)配套設(shè)備進(jìn)行整體更換，包括輸入柜、旁路柜、UPS主機(jī)、蓄電池及其開(kāi)關(guān)柜等。從成效來(lái)看，更換后UPS機(jī)組容量、效率和穩(wěn)定性得到顯著提升，為后級(jí)機(jī)房運(yùn)行和后續(xù)擴(kuò)容提供了保障。
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西安UPS不間斷電源（40KVA）參數(shù)
40KVA UPS電源詳細(xì)參數(shù)表
容量40KVA型號(hào)S3040N
40KVA UPS電源輸入?yún)?shù)
整流器類型IGBT整流額定電壓
380/220VAC(0.01±0.25)
西安UPS不間斷電源（40KVA）輸入電壓圍壓304~478VAC輸入頻率范圍
50HZ時(shí)：46-54HZ；60HZ時(shí)：56-64HZ
輸入功率因數(shù)>=0.99
40KVA UPS電源輸出參數(shù)
額定輸出功率40KVA / 32 KW額定輸出電壓380/220VAC輸出頻率與市電同步(市電模式); 50Hz ± 0.002 (電池模式)工作方式在線式輸出波形正弦波轉(zhuǎn)換時(shí)間0ms過(guò)載能力1.05±0.05≤負(fù)載時(shí)，預(yù)警過(guò)載；1.05±0.05 負(fù)載≤1.25 0.05時(shí)，2分鐘后轉(zhuǎn)旁路輸出；1.25±0.05 負(fù)載≤1.50±0.05，30秒后轉(zhuǎn)旁路輸出；負(fù)載>1.50±0.05時(shí)，500毫秒后轉(zhuǎn)旁路輸出
40KVA UPS電源電池和運(yùn)行時(shí)間
西安UPS不間斷電源（40KVA）電池型號(hào)免維護(hù)密封鉛酸電池標(biāo)機(jī)后備時(shí)間30分鐘到8小時(shí)可選電池包型號(hào)-電池典型充電時(shí)間8小時(shí)電池電壓
384Vdc（12V電池32節(jié)）
40KVA UPS電源參數(shù)及
西安UPS不間斷電源（40KVA）安裝類型塔式整機(jī)效率Up to 0.85電磁兼容
浪涌保護(hù)
防護(hù)類型IP20
40KVA UPS電源通信和管理
接口端口RS232，可選Wedpower卡、AS400卡控制面板LCD+LED狀態(tài)指示有聲報(bào)警市電停電時(shí)提示4秒一次：特別的低電池提示每秒一次
40KVA UPS電源物理指標(biāo)
W515.00 mmD830.00 mmH1135.00 mm重量309.00 KG顏色黑色
40KVA UPS電源環(huán)境
工作環(huán)境0 - 40 °C工作相對(duì)濕度0 - 0.95操作高度0-1500米存儲(chǔ)溫度-5 - 45 °C存儲(chǔ)相對(duì)濕度0 - 0.95存儲(chǔ)高度0-15000米聽(tīng)覺(jué)噪音距設(shè)備表面 1 m 處
40KVA UPS電源保修
西安UPS不間斷電源（40KVA）質(zhì)保3年內(nèi)維修或更換山特大功率UPS電源3C3PRO40KS 40KVA項(xiàng)目
西安不間斷電源(UPS)更新改造項(xiàng)目3C40KS/40KVA渠道平臺(tái)能夠提供山特3C3EX40KS 40KVAUPS電源型號(hào)1小時(shí)斷電延時(shí)配置參數(shù)，還有山特大功率UPS電源3C3PRO40KS 40KVA項(xiàng)目報(bào)備情況都可以和我們?nèi)〉寐?lián)系。