莱钢数据中心双总线并机冗余供电系统设计与实现

巫涛　连桂珍　丁元良

摘 要：文章介绍了双总线并机冗余供电方式在莱钢数据中心电源系统建设中的设计及实现，分析了冗余、容错机制对提高电源系统可靠性的重要作用。

关键词：双总线冗余；冗余；容错；ATS

引言

莱钢数据中心机房位于莱钢新建信息能源管控中心二楼，面积约1300平方米，是莱钢计算机信息网络系统和通信网络系统的核心机房。主要承担着莱钢生产和管理指挥系统的各类数据、语音及图像等信息的收集、存储和处理等工作。为确保机房内各类设备稳定、可靠的运行，要求电源系统必须提供365*24小时的不间断供电作为支撑。片刻的停电故障，都会给莱钢的生产和管理造成巨大的损失。根据这种情况，按照《电子信息机房设计规范》（即GB50172-2008）规定要求，本机房应按数据中心A级机房设计，供电要求根据ANSI-TIA-942-2005数据中心标准定为TIER4等级。因此，本设计应采用双总线并机冗余的供电系统设计方案。

1 系统设计

根据A级机房供电系统的设计要求，系统采用双总线供电系统架构，UPS采用双总线并机冗余的运行方式，通过UPS间的冗余来完成系统的容错功能，避免单点故障。

系统按功能划分为市电输入系统、UPS系统和UPS输出系统三部分。市电输入系统包括：市电输入配电屏、柴油发电机、ATS双电源转换开关、低压配电开关等；UPS系统包括：UPS输入配电柜、 UPS设备、UPS输出配电柜；UPS输出系统包括：列头配电柜、PDU、STS静态转换开关等。

1.1 市电输入系统

从高压配电室引来两路出自不同变压器的低压380V交流电源作为主、备用电源，经ATS转换后输出分成两路电源，再分别同柴油发电机的两路输出电源经ATS2、ATS3转换后，输出到两台UPS输入配电屏上，形成双总线链路。

当两路市电同时失电时，备用柴油发电机启动单独给UPS系统供电。柴油发电机必须具备识别市电状态自动启停的功能。柴油发电机应长期工作于待机状态，当两路市电同时停电时，ATS2和ATS3自动置于0位，柴油发电机控制电路检测到ATS2和ATS3控制器的的电位发生变化时，控制电路向柴油发电机发出启动信号。当柴油发电机的输出电压正常后，ATS2和ATS3转换到备用的柴油发电机侧。当任意一路市电恢复后，ATS2和ATS3转换到主用的市电侧，柴油发电机控制电路检测到ATS2和ATS3控制器的电位恢复，控制电路则向柴油发电机发出熄火信号。

1.2 UPS系统

UPS系统由4台同型号、同容量的UPS设备通过两两并联连接构成双总线链路结构，每条总线链路上有两台UPS并联组成，形成2（N+1）结构。每台UPS容量为300KVA，每条链路上的总容量为600KAV。根据双总线冗余的要求，两条链路实际设计容量为600KVA。两台并联的UPS之间采用自动同步均流技术，避免流入UPS的电流不均衡，而给系统带来的损害。

UPS之间的并机是通过UPS输出配电柜中的3个开关配合实现（见图2）。并联操作时，首先将K1，K2合上，然后再将K3合上，就完成了两台UPS的并联。这种方法能够快速的将两台UPS并联在一起，也能将任意一台UPS解除并联，并退出系统。每一条总线链路都设一条手动检修旁路，当某一链路的设备发生故障时，可将手动检修旁路开关闭合，使整个链路的设备被短路而退出系统，此时手动旁路承担整个链路的负荷。

1.3 UPS输出系统

UPS输出配电屏分路开关与数据机房列头配电柜相对应，每台列头配电柜分上下两个单元，完成两个供电总线的接入与配电输出。每台信息机柜均配置两套PDU，满足两路电源接入与分配。

系统为负载提供了两种供电方式：（1）对于大型的核心或汇聚交换机、大型服务器等双电源设备，可直接从网络机柜中的两套PDU上取电。（2）对于一般性单电源用电设备，可在网络机柜中安装STS静态转换开关，由STS开关从两套电源中选取一套作为主用电源，而另一套做为备用电使用。

2 系统的冗余设计

市电输入系统为两路独立的市电，与备用柴油发电机构成了三路交流电源输入的冗余设计，柴油发电机的容量能够负担起两条链路的总负荷，由于两路市电一年中平均停电时间很短，同时停电的概率很低，因此，备用柴油发电机的储油量在8小时左右。

两條独立运行的总线由4台300KVA的UPS通过两两并联构成，共同分担负荷，最大承载量等于1条总线的容量，即600KVA，每条总线具备50%冗余度；每条总线由1+1并机冗余系统构成，总线内部UPS具备50%冗余度；双总线供电模式的推出主要为适应双电源设备高可靠供电要求，每条总线PDU对应提供双电源设备其中1路电源的输入，单电源设备可通过STS静态转换开关选择其中1条总线PDU供电。

3 系统的容错功能设计

双总线冗余系统是通过总线间和同一总线中相互并联的UPS间的冗余来完成容错功能的。两条总线链上各承载设备都有足够的相同比例的冗余量，两条总线的容量是完全对称的。系统中任意设备或线路出现报警、跳闸或故障，均可退出工作进行维修，而不会影响系统的正常运行，不存在单点故障。

4 结束语

数据中心建设是企业信息化建设的核心，稳定可靠的电源系统是数据中心机房可靠、稳定、准确、高效运行的保障。双总线冗余供电系统设计满足了莱钢数据中心机房的实际需求，最大程度的保障了数据中心机房运行的安全性与可靠性。持续、稳定、不间断的电源供应，给数据中心机房的各项业务带来了巨大的经济效益和社会效益，弥补了双总线冗余供电系统投资额度较大的问题。

参考文献

[1]朱雄世.通信电源设计及应用（第1版）[M].中国电力出版社，2006，4.

[2]工业与民用配电设计手册（第3版）[M].中国电力出版社，2005，10.

[3]GB50172-2008.电子信息机房设计规范[S].

[4]电子信息系统机房工程设计与安装[Z].国家建筑标准设计图集09DX009.