摘要：廣電資料中心機房UPS供電系統的可靠性問題包含較多的元素，電氣專業技術人員在對供電系統進行設計、規劃、管控的過程中，需要根據資料中心的實際用電負荷完成多種結構設計，本文對資料中心機房裝置分類以及供電特征進行了簡要分析，對目前供電系統可靠性的配置設定問題進行了細緻闡述，并提出目前提高供電系統UPS供電效率的關鍵舉措，以提高整個系統運作的可靠性和穩定性。
關鍵詞：資料中心；UPS；可靠性
0引言
供電系統的可靠性直接影響到廣電資料中心機房裝置的正常運轉，涉及資訊存儲、節目錄制采編傳輸、影音資料等生産品質和播出品質，為確定資料中心機房UPS供電系統的運作更加科學、安全、可靠，在現階段廣電資料中心機房UPS供電系統的布局規劃管理工作中，電氣專業技術人員需要開展頂層設計，明确各項技術名額、技術要素，結合精益化、精細化的管控措施，明确各項管理标準，對保障供電系統正常運作尤為重要。
1資料中心機房裝置分類以及供電特征分析
廣電資料中心機房的電源裝置分為單電源以及備援電源裝置，具體來說，單電源是指單一的電源子產品，當資料中心機房裝置存在供電問題時，通常是由于電源本身出現的故障問題所導緻的，此時的機房設施将處于待機狀态，而備援電源裝置主要是由多個電源子產品所構成，此類裝置也稱為雙電源裝置，由多個電源來承擔整個系統的供電負荷，如果電源子產品組出現問題或無法正常供電時，剩餘子產品便能夠提供相應的電源負載，保證裝置正常供電。
2供電系統可靠性的配置設定
通常情況下，在供電系統中包含多個裝置設施，如防雷器、電纜、開關、UPS、電池組、PDU以及各種連接配接件，每一個環節以及每一項裝置須具備較高的可靠性和穩定性，才能發揮整個供電系統應有的作用。在對供電系統可靠性進行配置設定管理的過程中，電氣技術人員需要充分遵循短闆控制原理，即整個系統的綜合運作可靠性的高低往往取決于可靠性較低的某一
個部件或某一個環節，是以在供電系統可靠性的配置設定管理過程中，需要嚴格參照較低的那個環節完成資源配置設定、管理配置設定，以此才能夠采購發揮出整個系統應有的作用，比如在常見的
10kVUPS輸出端配置65A的斷路器相對較為常見，同時在電子系統中，電氣技術人員也需要保證各系統各環節連接配接牢靠，具體來說，由于常見的單相10kV額定電流為45A，考慮到增強系統20%的過載能力，一般會選取65A的開關來實作對系統的保護，如果在該環節存在特殊的要求則需要重新計算電流值大小，若盲目選用32A或100A的斷路器，将不滿足整個系統運作的需求，比如選擇32A的斷路器會面臨頻繁切斷負載，若選用100A的斷路器，會緻使輸出端短路而無法保護電源的情況出現，簡而言之，如果對可靠性電流值大小的配置設定未滿足系統裝置的具體運作需求，則會導緻整個系統出現拒動或誤動的現象。
通過實地調研分析可以看出，在整個資料機房供電系統可靠性的配置設定管理過程中，電氣技術人員需要整合各項裝置設施的綜合可靠性數值，完成綜合評價管控，比如在該環節需要分析系統防雷器的運作可靠性，電纜設施的運作可靠性，開關櫃、發電機、UPS、電池組、PDU以及各項裝置的運作可靠性，之後再将每個結構單元、結構部位的運作可靠性進行乘積
運算，再通過特定的函數值的指派分析，便能夠得到整個系統最終的可靠性。
3供電系統中UPS選擇的原則分析
3.1選取高效率的裝置
UPS作為供電系統中不可缺少的關鍵要素，在選取相關裝置時，電氣工程技術人員需要重點考量系統所具備的運作可靠性問題，同時考量相關裝置的外部運作環境，盡可能控制裝置高溫問題，據統計顯示，如果UPS裝置溫度升高，那麼裝置内部的電子零部件的活躍度将會翻倍，進而使得裝置内部的元器件的使用壽命進一步衰減，是以管控UPS供電系統内部的溫度數值将能夠提高裝置運作的可靠性和穩定性，但是要想管控裝置内部的溫度，則需要對裝置本身的功耗進行多方面的論證分析，簡而言之，裝置運作的功率并不是越低越好，同時也不是越高，要想發揮出裝置更加優異的性能，技術人員需要考量整個系統的綜合運作需求，完成對裝置負載功率的合理設定。
具體來說，在常見的工頻機和高頻機兩種UPS電路結構中，不同裝置在輸出端、輸入端均具備不同的線性輸入名額，同時兩者也具備不同的功率因素，據統計顯示，工頻機的UPS比高頻機UPS往往具備更大的功率消耗，同時兩者也具備不同的造價。此外，工頻機UPS輸入逆變器通常是采用的全橋電路，在實踐應用層面，此類電路要想發揮工頻UPS的實際性能，則需要适當的增加隔離變壓器，而對于高頻機UPS逆變器而言，此類裝置通常采用半橋電路，是以針對此類設施的空間布局以及結構布局不需要借用變壓器隔離便能夠發揮出應有的作用。
是以可以看出工頻機系統由于具備更多的結構損耗，導緻其變壓器的損耗數值也進一步提高，從故障學原理出發可以看出，如果整個系統中裝置設施的數量越多，則表明整個系統運作的故障率會進一步加大，是以工頻機比高頻機出現故障的機率要更高。是以在選取系統中的過程中，工程師以及技術員需要秉承減少結構的複雜性，提高整個系統運作的穩定性的原則，完成對系統裝置的布置，以此才能夠降低裝置的電力損耗。
3.2選擇噪音低的裝置
一般情況下，要想確定電源系統更加科學、高效、穩定地運作，電氣技術人員需要嚴格管控裝置的噪音，同時噪音過高也會導緻裝置操作環境變得過于複雜，使得操作者的情緒受到嚴重影響，進而導緻從業人員的工作效率降低，甚至出現操作失誤的情況。但是由于工頻機UPS輸入電路破壞了原有的電壓波形，會給其他裝置造成相應的電磁幹擾，同時電感和變壓器在運作過程中也會産生出大量可聞噪音，進而使得操作環境變得更加惡劣。一般情況下，工頻機往往結合10kHz左右的調制頻率的使用，此類頻率恰好在人耳可感覺的頻率範圍内，進而使得人員的工作環境受到嚴重幹擾。而高頻機的工作調制頻率通常設定在20kHz以上，而此類赫茲頻率往往在人耳感應範圍之外，進而可以保障從業人員的工作環境相對較為安靜。是以從供電可靠性的層面進行分析可以看出，選取适當調制頻率的裝置至關重要，目前20kHz以上的高頻機UPS供電裝置在資料中心機房中的使用相對較為常見。總體來說，在對供電系統UPS進行選取選用的過程中，工程師以及技術人員需要考慮整個系統的綜合功率消耗，同時還需要考慮整個系統的噪音等級，以此才能夠提高整個系統的綜合運作效率。
4 提高供電可靠性的途徑分析
4.1控制UPS輸入輸出的形式
在控制UPS輸入輸出形式的過程中，電氣技術人員需要進行多方面的論證探究，一般情況下在對UPS供電系統進行管理控制的過程中，需要對其中的三相負載電流不平衡問題進行重點管控，為了提高三相輸出的穩定性，工程人員、技術人員可以采用三進單出的UPS單元來提高整個系統運作的效率。同時考慮到單進單出對整個輸入配電所産生的不平衡問題，在目前三相輸出UPS時通常被賦予了三相負載100%不平衡的能力，如果出現100%不平衡時，其電壓不平衡度也隻是出現微小的波動；但是結合三進單出的UPS供電模式卻有着較好的運作穩定性和可靠性，比如當輸出功率在90kvA時，借助正常三相輸入可確定每條線路均能夠輸入30kvA的電流數值，以此達到整個系統運作的平衡狀态，如果UPS輸出端存在過載或裝置故障的問題時，則會導緻供電短缺的情況，出現不間斷的波動負荷，在該環節整個系統裝置中的線路控制開關便會選擇性閉合，但是若相關開關流入的電流等級過大，則會導緻供電全面斷電。
而為了保證不出現以上的問題，工程師以及技術人員需要适當增加輸入電路的數值大小，比如可将輸入端的輸入值增加三倍，使其額定輸入值變為90kvA，而多出的電路數值遠遠超
出機房的供電需求，但是卻會給上遊的供電局造成較大的供電負荷，是以若單方面增加三進單出結構的UPS容量也無法解決系統運作可靠性低下的問題。目前三進單出結構的UPS選用30kvA以下的固定等級相對較為合适，在管控容量大小的過程中，可以結合n+x子產品化備援結構，結合并聯UPS各結構子產品，依托并聯電路，将故障子產品及時切換，以此來減少故障子產品給整個系統所造成的綜合故障問題，提高整個系統運作的可靠性和穩定性。
4.2串聯單總線供電模式
為了提高UPS供電效率，通常會結合多套UPS系統的配合使用,比如結合主機和備機共聯的形式來完成供電管控，一般情況下，備機往往是作為主機旁路電源的形式存在，無論是主機還是備機，均會輸入相應的市電，而備機作為旁路往往承擔主機非正常狀态的供電負荷，當主機中的裝置存在運作故障時，UPS備機便會從旁路承擔故障子產品的供電負荷，如果主機處于正常供電狀态，則備機将處于空載運作狀态，針對此類供電方式，再無備援UPS系統擴充改造的情況下，可提高整個系統運作的穩定性和可靠性，但是在該環節，工程師以及技術人員需要確定UPS主機具備相應的靜态旁路輸出端以及輸入端，以此才能夠保證主機以及備機正常供電，此類結構相對較為簡單，能夠使得裝置處于正常工作運作的狀态，同時也能夠适當減少主機運作負荷，備機能夠更加科學合理地處理突發過載變化問題，同時也能夠維持主機長效穩定的運作狀态。在此過程中，技術人員也可以适當将主機和備機的狀态進行更換，即将備機當作為主機使用，而将主機當作為備機使用，以此來減少系統運作負荷，提高裝置運作的可靠性和穩定性。除此之外，此類供電管理模式也具備較低的造價成本，可實作對系統更加高效地維護管控，在現場調試安裝管理過程中，技術人員需要科學合理實施維護管理，對主機以及備機進行常态化的運維管控，提高整個體系的運作效率。
4.3雙總線供電模式
在資料中心供配電系統中，結合雙總線供電模式的使用也相對較為常見，可滿足供電系統更加安全、可靠、高效的運作需求，提高整個體系運作的安全系數。雙總線供電模式對現場設施的空間環境以及資金投入也不具備較高的要求，在雙總線供電管理模式下，可在空間資源有限的情況下實作對裝置的簡化管理。傳統雙總線供電模式結合兩套UPS供電系統，實作對整個體系的多重供電荷載，比如結合兩台UPS系統，在輸入端輸入相應的市電，并且完成雙電源負載，借助STS開關完成整個系統的綜合控制。
一般情況下，當一台UPS出現故障問題時，能夠保持整個系統的綜合運作負荷滿足相應的要求，但是單台UPS系統裝置要能夠支撐整個系統的總體負荷，在兩台裝置正常供電的情況下，将各自承擔一半的用電負荷，結合此類雙電源的負載管控模式能夠大幅度提高整個系統運作的安全性和穩定性，同時也能夠适當減少UPS裝置的運作壓力，延長UPS裝置的使用壽命。雙總線供電方案結合并聯備援設計，同時結合此類供電管理模式也能夠降低外界環境所帶來的不良因素影響，具體來說，在串聯電路中，每多一個環節便會增加一個故障點位，在同一條故障線路上往往包含大量的結構單元，如斷路器、開關、保險絲、PDU，在其中任何開關或節點出現故障問題均會導緻電流無法正常高效地流通，而為了有效地解決以上問題，将雙總線和并聯備援方案進行整合使用往往能夠取得良好的管控效果，在該環節可結合多條市電的輸入，借助多台UPS裝置，并且完成對輸出配電櫃的合理布局設定，對其中的各項開關進行綜合管控，實作對負載多元度、多層次的控制，提高整個系統的運作水準和用電效率。但是在此過程中，工程人員、技術人員需要對單電源負載、雙電源負載問題進行綜合評估管控，使得整個方案的設計更加科學可靠。
5安科瑞動環監控系統介紹裝置選型
5.1電力監控解決方案
電力監控系統實作對資料中心中低壓配電系統、UPS、蓄電池組、ATS/STS、精密配電櫃、電源支路電流、PDU機櫃電源以及其它重要裝置進行監視、測量、記錄、報警等功能，實時掌握供電系統運作狀況和可能存在的隐患，快速排除故障，提高資料中心供電可靠性。
5.2電力監控系統裝置選型
| 應用場合（10KV） | 産品 | 型号 | 功能 | |
| 資料中心 |  | 綜合管理系統能效AcrelEMS-IDC | 安科瑞電氣緊跟資料中心發展形式，推出AcrelEMS-IDC資料中心綜合能效綜合解決方案，內建了變配電監測、電源備自投、電氣接點測溫、智能照明控制、電能品質監測及治理、蓄電池線上監測、精密配電監控、智能母線監控以及消防監控等多種子功能，能夠幫助使用者實時掌握資料中心的運作情況，保障資料中心安全可靠的運作，輔助運維團隊提升資料中心能效、資源使用率和可用性，提高運維效率并降低運維成本。 | |
| 智能網關 | | Anet系列 | 8個RS485序列槽 2kV隔離， 2個以太網接口，支援Modbus RTU、IEC-60870-5-101/103/ 104、CJ/T188、DL/T645等通訊協定裝置的接入，支援Modbus RTU、Modbus TCP、IEC-60870-5 -104等上傳協定、支援多中心不同資料服務要求，支援斷點續傳，裝置電源:220V AC/DC。 | |
| | 10KV進/饋線 | | AM6-L | 相間電流速斷保護，相間限時電流速斷保護（可帶低壓閉鎖），相間過電流保護（可帶低壓閉鎖），兩段式零序過流保護，反時限相間過流保護（可帶低壓閉鎖），零序反時限過流保護，過負荷保護，控制回路異常告警。 |
| 10/0.4KV變壓器 | AM6-S | 分合閘位置、手車工作/試驗位置、接地刀閘位置、硬接 點信号(保護跳閘、裝置告警、控制回路斷線、 裝置異常、未儲能、事故總等)、封包(過流、過負荷、超溫報警、過溫報警、裝置告警、PT 斷線、CT 斷線、對時異常等) 、遙控 開關、故障波形分析(故障錄波、故障波形、故障記錄、 跳閘、故障電流電壓)等。 | ||
| 智能操控裝置 | | ASD500 | 一次回路動态模拟圖、彈簧儲能訓示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕度控制及顯示（标配一路強制加熱）、遠方/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應、櫃内照明控制、RS485接口、高壓櫃内電氣接點無線測溫。 | |
| 10KV計量 | | APM520 | 該儀表采用交流采樣技術，能分别測量電網中的電流、電壓、功率、功率因數和電能等參數，可通過面闆薄膜開關設定倍率。帶RS-485通訊接口，采用Modbus協定;也可将電量信号轉換成标準的直流模拟信号輸出;或帶開關量輸入/輸出，繼電器報警輸出等功能。 | |
| 弧光保護 | | ARB5-M | 主要單元，可接20路弧光信号或4個擴充單元，配置弧光保護（8組）、失靈保護（4組）、TA斷線監測（4組）、11個跳閘出口； | |
| ARB5-E | 擴充單元，多可以插接6塊擴充插件，每個擴充插件可以采集5路弧光信号： | |||
| | ARB5-S | 弧光探頭，可安裝于中壓開關櫃的母線室、斷路器室或電纜室，也可于低壓櫃。弧光探頭的檢測範圍為180°，半徑0.5m的扇形區域； | ||
| 應用場合（0.4KV） | 産品 | 型号 | 功能 | |
| 0.4KV進/出線 | | APView500 | 相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬态、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發及定時錄波，波形實時顯示及故障波形檢視，PQDIF格式檔案存儲，記憶體32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網接口（＋1維護網口）＋1USB接口支援U盤讀取資料，支援61850協定 | |
| | | APM520 | 該儀表采用交流采樣技術，能分别測量電網中的電流、電壓、功率、功率因數和電能等參數，可通過面闆薄膜開關設定倍率。帶RS-485通訊接口，采用Modbus協定;也可将電量信号轉換成标準的直流模拟信号輸出;或帶開關量輸入/輸出，繼電器報警輸出等功能。 | |
| 電能品質 | | ARC | 測量I、U、Hz、cosΦ，具備過電壓保護、欠流鎖定、電網諧波過大保護功能,可控制電容器的投切，RS485/Modbus協定 | |
| | ANSVC | ANSVC低壓無功功率補償裝置并聯在整個供電系統中，能根據電網中負載功率因數的變化通過控制器控制電力電容器投切進行補償,無功功率補償裝置采用散件組成方案，主要以電容電抗、投切開關、控制器等組成。 | ||
| | ANAPF | ANAPF系列有源電力濾波器通過電流互感器采集系統諧波電流，經控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，産生諧波電流指令，通過功率執行器件産生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統中，進而抵消非線性負載所産生的諧波電流。 | ||
| 應用場合（配電室） | 産品 | 型号 | 功能 | |
| 環境監測 | 溫濕度 | | / | 用于配電房溫度和濕度。工作電源：AC/DC 85～265V 工作溫度：-40.0℃～99.9℃ 工作濕度：0%RH～99%RH |
| 煙霧 | | / | 光電式煙霧傳感; 電源正極（DC 12V）：+12V，繼電器輸出：常開觸點 | |
| 水侵 | | / | 接觸式水浸傳感器，監測變電所、電纜溝、控制室等場所積水情況，工作電源：DC 10-30V 工作溫度：-20℃~+60℃ 工作濕度：0%RH~80%RH 響應時間：1s 繼電器輸出：常開觸點 | |
| 局方檢測 | | / | 監測變壓器、開關、開關櫃的局部放電 | |
| 門禁 | | / | 常開型；感應距離：30-50mm 材質：鋅合金，銀灰色電度 幹接點輸出 | |
| 錄影機 | | / | 視訊監控 | |
| 開關量子產品 | | ARTU-KJ8 | 8路開關量輸入,8路繼電器輸出 | |
| 智能網關 | | ANet-2E4SM | 4路RS485 序列槽，光耦隔離，2路以太網接口，支援ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建築能耗、SNMP、MQTT；（主子產品）輸入電源：DC 12 V ～36 V 。支援4G擴充子產品，485擴充子產品,可擴充16路。 |
6總結
總體來說，在對廣電資料中心機房UPS供電系統的可靠性問題進行探究探讨的過程中，電力工程技術人員需要根據目前10kv供電系統的實際運作情況、運作特征，完善各項基礎設施，并且革新現有的供電系統，提高整個體系的供電效率。
【參考文獻】
【1】資料中心動力和環境監控系統,黃河水利委員會資訊中心趙凱.景雲.賈楠[1] 曾顯達, 徐華鋒.資料中心UPS供電系統中并機台數與可靠性的關系分析[J].資料中心建設+,2021(7):25-28.
【2】高岩叢.資料中心不間斷電源系統分析對比[J].長江資訊通信,2021,34(10):163-165.
【3】李季.廣電資料中心機房UPS供電系統可靠性分析.
【4】安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5版