隨著業(yè)務(wù)量逐年增加,，數(shù)據(jù)中心機(jī)房的計算機(jī)設(shè)備數(shù)量不斷增多，用電量持續(xù)增大,。目前,，部分UPS系統(tǒng)容量已無法滿足設(shè)備用電需求，甚至成為了后級機(jī)房的擴(kuò)容瓶頸,。

一,、UPS系統(tǒng)前后級供電架構(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系統(tǒng),，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，且每個機(jī)房均有A/B兩路UPS電源輸入,。同時,，每組UPS系統(tǒng)前級兩路市電輸入來自不同變壓器，均配備柴油發(fā)電機(jī)組,，市電中斷或電壓波動時柴油發(fā)電機(jī)組可自動啟動,。此外，每組UPS系統(tǒng)包含了4臺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3200A輸入總開關(guān),、四個800A輸入開關(guān),，且每臺UPS主機(jī)配備了一組蓄電池（180AH、128節(jié)）,。

二,、UPS設(shè)備目前存在的問題

1、設(shè)備老化

上述UPS設(shè)備于2007年初正式投產(chǎn)運(yùn)行,，至今已超過14年,，運(yùn)行期間于2016年對部分部件（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,，設(shè)備不斷老化,、設(shè)備故障率逐漸升高，運(yùn)行風(fēng)險也隨之逐步加大,。為保障后級生產(chǎn)用電安全,，急需對原有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系統(tǒng)容量已無法滿足設(shè)備用電需求,，甚至成為了后級機(jī)房的擴(kuò)容瓶頸,。對此，數(shù)據(jù)中心在實(shí)現(xiàn)UPS設(shè)備更新的同時，需要對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系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計較早,，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將無法自動切換到旁路，存在單點(diǎn)故障隱患,，且對旁路柜進(jìn)行維護(hù)時，需要將UPS切換至維修旁路模式下運(yùn)行,，此時后級計算機(jī)設(shè)備由市電供電,，如果市電發(fā)生波動或中斷，可能影響后級計算機(jī)設(shè)備供電質(zhì)量,，維護(hù)風(fēng)險較大,。

4、UPS機(jī)組輸入功率因數(shù)低,、運(yùn)行效率低

上述UPS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，滿載時最大輸出功率因數(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，最大輸出功率因數(shù)1,，整機(jī)效率95%以上）,，不僅無法充分利用上級變壓器容量，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

針對上述難點(diǎn),，本文根據(jù)目前該數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)架構(gòu)和電力資源使用現(xiàn)狀，提出了一種通過搭建備用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關(guān)）構(gòu)建一條備用UPS系統(tǒng)供電鏈路,，即將富余變壓器作為備用UPS系統(tǒng)的上級輸入電源,，而備用UPS系統(tǒng)的輸出經(jīng)輸出柜通過電纜輸送至待更換UPS系統(tǒng)對應(yīng)的后級母排接插開關(guān)輸出端，之后對接插開關(guān)按序依次進(jìn)行割接操作，將待更換UPS系統(tǒng)后級負(fù)載切換至備用UPS系統(tǒng)供電,，直至待更換UPS系統(tǒng)從現(xiàn)有供電鏈路中整體斷電隔離,，再對待更換UPS系統(tǒng)設(shè)備依次實(shí)施整體更換。此外,，對于一般用戶而言,，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,，通過多次割接,、騰挪置換的方案。

2,、備用UPS系統(tǒng)場地規(guī)劃

在本文所述案例中,，考慮場地空間、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系統(tǒng)計劃部署在原UPS機(jī)房北側(cè)電池間中間過道空地,。同時，鑒于需要更換的UPS系統(tǒng)單組預(yù)計最大負(fù)載約1600kVA,，故備用UPS系統(tǒng)容量按2000kVA配置,，備用UPS系統(tǒng)計劃由4臺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系統(tǒng)配置輸入柜1個（開關(guān)容量1000A×4）,、并機(jī)輸出柜1個（開關(guān)容量4000A）、蓄電池688節(jié)（43節(jié)×4組×4臺）,。其中,，雖然500kVA高頻UPS效率可達(dá)95%以上，但上述4臺備用UPS系統(tǒng)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,，因此無需額外增加空調(diào)資源，也可滿足備用UPS系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境要求,。

3,、備用UPS系統(tǒng)輸入鏈路

在搭建備用UPS系統(tǒng)的過程中，通過評估數(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號變電站的8號變壓器存在剩余容量,，可充分滿足后級備用UPS系統(tǒng)負(fù)載容量要求，且該變壓器輸出開關(guān)柜配有ATS系統(tǒng),，可與柴油發(fā)電機(jī)聯(lián)動,，在市電中斷或電壓波動時也可完成自動切換，因此認(rèn)定該變壓器具備作為備用UPS系統(tǒng)輸入電源的條件,。

4,、備用UPS系統(tǒng)輸出鏈路

目前,，上述數(shù)據(jù)中心機(jī)房UPS輸出通過母排連接至機(jī)房強(qiáng)電間內(nèi)對應(yīng)的母排接插開關(guān)，接插開關(guān)再通過電纜連接至各機(jī)房區(qū)域配電柜,，進(jìn)而可為機(jī)房內(nèi)計算機(jī)設(shè)備供電,。同時，考慮到接插開關(guān)上樁頭與UPS輸出母排相連接,，而母排拆裝的施工時間長,、難度和風(fēng)險大，因此優(yōu)化方案選擇接插開關(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系統(tǒng)輸出鏈路的接入點(diǎn),，從而將待更換UPS系統(tǒng)供電鏈路隔離斷開,，直接與機(jī)房區(qū)域配電柜輸入電纜連接，為后級計算機(jī)設(shè)備供電,。

5,、原UPS系統(tǒng)整機(jī)更換

在更換過程中，上述方案選擇在負(fù)載全部切換至備用UPS后,，對原UPS系統(tǒng)進(jìn)行下電并拆除,，施工過程中后級機(jī)房由備用UPS維持兩路UPS供電，因此對施工時間無特殊要求,，且有充分時間對新裝UPS機(jī)組進(jìn)行安裝和測試。此外,，計劃更新為4個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系統(tǒng)整體更換期間,，所對應(yīng)的后級機(jī)房計算機(jī)設(shè)備在切換到備用UPS系統(tǒng)供電和恢復(fù)為新UPS系統(tǒng)供電的過程中,，后級部分相關(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），其他時間則均保持雙路UPS供電狀態(tài),。

綜上所述,，基于上述優(yōu)化方案，金融數(shù)據(jù)中心可對UPS系統(tǒng)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),、蓄電池及其開關(guān)柜等,。從成效來看，更換后UPS機(jī)組容量,、效率和穩(wěn)定性得到顯著提升,，為后級機(jī)房安全運(yùn)行和后續(xù)擴(kuò)容提供了可靠保障。