数据中心电气及自动化——双电源

数据中心电气及自动化——双电源

10月份公司发生一起重大设备事故，直接经济损失和间接损失都非常大，而造成该起事故最主要的原因就是低压电源设计和安装不合理，以及在正常运行当中对设备的管理不力等。按事故分析四不放过的原则，对责任人进行处罚当然是少不了的，我当然也在其中。

如今信息化应用早已深入企业生产经营中的各个方面，作为信息化应用过程中重要数据的保存之所——数据中心的可靠运行也就等同于企业生产中的A类关键设备。因此，当然也就不愿意看到由于电源选择或安装不合理带来的数据中心停运的事故。

防止发生这类事故的关键就是在设计电源时就开始考虑其运行的可靠和稳定，具体的做法就是设计双电源接入，同时考虑不间断电源作为后备保护的多层次电源设计方案。

在继续之前，有必要先来明确两个名词：双电源和不间断电源。

1、在这里所指的双电源，对于10KV高压来说是指来自不同的供电电源（供电线路）；对于380V及以下电源来说是指来自不同的降压变压器。另一个关键就是两条电源线路能够自动及手动切换，尤其是自动切换一定要能够实现才能够算是真正的双电源。

仅从又电源的名词解释来看，一些机构或企业要真正实现，不仅受到投入成本的限制，而且还受到当地供电方式的限制。

如果某机构或企业数据中心用电负荷量大，需要在现场安装10KV降压变压器的形式进行供电，不仅要考虑变压器一开一备，还要考虑变压器10KV两路进线及双母线运行方式等。这些都需要双倍资金的投入，并加重后期维护成本。

但是，一旦企业或机构能够投入这些资金做好双电源的接入，那么380V侧双电源的实现就显得比较容易。因为已经做好了电源进线的双电源设计，低压侧从两台不同的变压器设计双电源就顺理成章了。

至于已经具备条件的企业或机构，例如有自己的10KV、110KV及以上的供电降压所，要实现数据中心双电源就更容易。

2、不间断电源包括二个方面：其一就是我们平常所说的UPS电源；其二就是自备发电机组。

对于中小型数据中心来说，使用大容量蓄电池组的USP后备电源方式；对于大中型数据中心，却是UPS加发电机组的组合方式。

其中UPS电源还必需分为普通UPS加蓄电池组的方式和使用单独直流充电模块加逆变再加蓄电池组的方式。

普通UPS加蓄电池组方式是指平常使用的计算机几个KVA的UPS，再加上一定容量的蓄电池构成。如果数据中心用电负荷在10个KVA以内，这种方式是最经济的。这种方式非常容易接入数据中心的低压供电回路，但要实现UPS的n-1方式运行却比较困难。

这里所指的困难不是指硬件投入的问题，而是指如何检查交流电源消失后，UPS机组启动那一台，以及当运行中的UPS出现故障时，如何无忧切换到另一台UPS的问题。其实要实现也可以，需要增加一些设备，例如使用PLC和电流或电压传感器的方式构成一个自动控制系统。具体的实现方式在这里先不详细说明。

这样一来，使用直流充电模块+逆变+蓄电池组的方式就显得比较优越了。这种方式常被变电所采用，用来为高压开关柜提高直流操作电源，但很少用到逆变。

对数据中心来说，主要以交流电源为主，所以，可按数据中心用电负荷确定蓄电池组的容量，并同时建立两套容量、型号完全相同的蓄电池组。在此基础上，可选择二套直流充电模块来监测蓄电池组的运行，并对其进行均充和定期的浮充电，以确保蓄电池组的安全运行。这两套直流系统是同时运行的，一旦检测到交流消失，直流系统立即接管数据中心的电力供应，并通过两台逆变系统向数据中心的设备供电，从而完成不间断电源的作用。

这类不间断电源，可以选购成套的大厂设备，也可以根据实际由自己进行组装，但这要求有一定的电气及直流技术知识。建议普通用户在列出对不间断电源容量、可靠性、成本等方面要求后，直接交给供应商成套提供。

至于自备发电机，它们在大中型数据中心使用比较多，尤其用电负荷非常大的数据中心，发电机的容量是最难确定的，毕竟会有一个发电量与成本的正比关系问题。

但不论哪种不间断电源方式，还有一个非常重要的关键问题就是接入交流系统的方式。

主要考虑3个方面：

1、并联方式还是串联方式。并联方式平时直流系统单独运行，只有检测到交流消失后才接管，这种方式非常适用于直流屏和发电机。串联方式是指直接将不间断电源串接至交流供电线路上，正常时起电源稳压和滤波作用，当交流消失时自动接管，这种方式适合普通UPS。通常，对小型数据中心，使用串联普通UPS方式，对于中型数据中心，有时这两种方式共同使用。尤其是想将某些用电设备分开单独供电时。

2、自动投切还是手动投切。就像上面所说，真正的双电源是自动投切的。对于不间断电源，如果考虑N-1的方式，自动投切将是首先，但需要特殊的装置才能实现，发电机和直流屏方式最容易实现。如果是普通UPS，使用一套不存在这个问题，但如果也需要N-1的方式，就需要更多的配套设备才能实现。

3、切换时的安全。不论是使用哪种方式，交直流切换必需考虑切换过程中的安全。也就是交流消失时切换到直流，以及交流恢复后重新切换回交流时，要确保两者的交流接触器等电气设备动作的先后顺序。不能出现直流侧接触器还没有断开，交流侧接触器就合闸了，造成短路的情况出现。这可以通过接触器之间的触点互锁，或者利用PLC来实现安全切换。

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