数据中心UPS蓄电池在线更换实战经验总结

2021-06-04王新芳

智能建筑电气技术 2021年2期

肖鑫，王新芳

(1. 成方金融信息技术服务有限公司，北京 100032；2. 中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100038)

0 引言

数据中心全生命周期包括前期规划设计、建设实施、投产运营到经济寿命结束。运营阶段是持续时间最长、最重要的阶段，此阶段中，可根据全生命周期和系统运行的需要对基础设施进行升级改造，以确保基础设施设备整体处于满足要求的运行状态，避免由于部分设备自身老化导致系统性能降低，甚至持续累积引发系统性风险。

我国自2010年起进入了数据中心数量和规模爆发式增长阶段，目前投运10年以上的机房数量庞大。随着IT设备负荷的不断增加、业务的转型和设备运行时间的延长，基础设施设备故障逐渐增多，急需采用新技术对系统实施改造或进行设备更新来提升机房基础设施设备性能以满足现有及预期的IT设备使用需求。

1 UPS蓄电池更换工作基本情况

本文所述的数据中心案例已正常运行8年。考虑到UPS蓄电池系统运行时长超过厂家推荐的5～7年安全使用寿命期，为避免个别蓄电池性能降低给整组蓄电池的一致性带来不利影响，本项目运维管理团队决定对在用的UPS蓄电池进行整体更换，更换2V/1 500AH和2V/1 000AH蓄电池共计3 600余块，总重量超过300t。本次蓄电池更换工作是对蓄电池老化和故障风险的主动排除与预防性处置，为整个UPS供电系统后期持续安全稳定运行提供了可靠保障。

2 UPS蓄电池更换的前期准备阶段

在工程实施前期，工作人员以安全可靠完成蓄电池在线更换为目标，通过设计团队的现场勘查，并会同业内专家进行风险评估、可行性研究和论证，制定了保障人员安全、设备安全和环境安全的严密施工方案。

2.1 确定需求

根据UPS主机配置蓄电池组的数量、每组蓄电池的数量组合、规格型号、蓄电池架利旧的可行性、以及电池室地板承重活荷载等因素综合考虑确定拟采购蓄电池和配件的性能技术指标，并且根据现有IT设备的投入运行情况对所需要的蓄电池冗余配置进行了充分预估。

2.2 勘查设计

以蓄电池安放位置、现有空间的勘查结果为基本条件，结合拟采购蓄电池的数量和外形尺寸，精确完成蓄电池摆放布局设计，在确保电池架电气接地可靠的前提下，使电池架疏密度和电池散热性能满足相关要求，便于电池安装施工和后期运营维护。

2.3 风险评估

根据安全生产风险管理体系的要求进行危害识别，充分预测评估施工难度和工程量，对施工过程中可能发生的人身事故风险、停电风险和UPS主机故障风险等进行深入分析和预判，并就此制定精确施工工序和多个应急处置预案。

2.4 编制方案

本施工方案科学地选择蓄电池更换工作的时间节点，细致规划新电池进场和旧蓄电池出场路径，包括新旧电池暂存的安全场所。此外，蓄电池进场、出场分别安排专门通道，蓄电池进场、出场工序完成后马上封闭相应通道，避免现场出现拥堵，如图1所示。结合前期风险评估合理调整施工顺序、安排人员岗位、做好对应防护和测试步骤的质量把关，对整体方案进行了多次严密的推演验证，并通过了外部专家的评审和认可。

图1 蓄电池搬运路线图

2.5 信息通报

向电力主管部门、客户和相关单位通报工作计划，避免与变电站倒闸操作时间或客户业务系统重要保障时间出现冲突，争取供电部门、客户和相关单位最大限度支持配合，多方协同为蓄电池更换工作提供良好的外部环境。

3 UPS蓄电池在线更换的现场施工阶段

施工阶段是指从施工队入场进行精细化防护开始，包括拆除旧电池、安装新电池、紧固连接线路和器件、新电池接入原有UPS设备及合闸等各个阶段。为避免意外情况影响机房内IT设备供电，本项目避开IT设备运行高峰的日间时段，组织施工人员在夜间施工。

3.1 现场防护

本项目在改造期间，对蓄电池室地面、墙面和蓄电池组进行物理防护。为保护蓄电池室自流平地面，铺设了厚度≥5mm的中密度板，墙面和蓄电池组周圈使用绝缘轻质万通板遮盖，其他场所的地面使用竹胶板敷设以避免地板砖划伤或地板砖碎裂。作业区域使用醒目的警戒带，将作业区域与非作业区进行域隔，所有非相关作业人员不得进入围挡隔离保护区域内，确保施工风险的可控性。

3.2 技术交底

在蓄电池更换工作开始前，由业主牵头召集设计团队、施工部门、监理部门、运维部门、UPS供货商和蓄电池供货商的技术支持人员进行施工阶段的技术交底，明确各岗位职责、安全施工要求和注意事项，把安全生产责任落实到每个人。

3.3 施工组织

本数据中心机房安装了多台工频UPS主机，每台UPS主机配置1组蓄电池。基于多年的运维经验并征询业内相关专家的意见，确定对每一组蓄电池按照先拆除旧电池再安装新电池的顺序更为稳妥。由于现场蓄电池组间距有限，拆除与安装工作并行易导致作业面交叉，存在电池碰撞、掉落和工作人员受伤等安全隐患。另外，蓄电池安装宜从上往下逐层摆放，蓄电池在入位时底部与电池架接触并摩擦易导致电池本体划伤，每装完一层蓄电池应从下方观察蓄电池壳体是否划伤、破裂，有利于增加施工安全系数。

3.4 配合检查

本项目单位按照蓄电池安装和更换施工的相关安全及环保要求准备符合相关资质的废旧蓄电池运输车辆，有针对性编制了避免蓄电池破裂污染环境、漏液引起火灾等危险情况的应急处置预案，配合当地环保主管单位现场督查。

4 UPS蓄电池在线更换的验证测试阶段

项目按照相关规定，对蓄电池进行了施工过程阶段性验证测试和施工结束后的结论性验证测试。

4.1 阶段性验证测试

过程中的阶段性验证测试是在施工阶段进行的测试内容，蓄电池更换过程中始终要关注新蓄电池的电压和内阻数值：在安装前，测试蓄电池电压和内阻的目的是避免蓄电池在运输、拆箱过程中受到损伤；在通电前，测试蓄电池电压和内阻的目的是确认每块蓄电池电压和内阻合格且整组蓄电池的端电压在UPS主机直流母线电压的安全范围内以防止对UPS主机正常运行产生威胁；在蓄电池组连接UPS主机后，仍需每日查看蓄电池电压和内阻参数，确保蓄电池技术参数稳定。

4.2 结论性验证测试

施工结束后的结论性验证测试是蓄电池饱和充电后通过带载放电验证整个UPS主机和蓄电池系统的功能。对蓄电池组均充24h后，通过带载放电至一定深度再浮充至饱和状态，充分激活蓄电池电化学性能，在上述过程中观察记录UPS主机和蓄电池的各项技术参数，验证整个UPS蓄电池系统的工作能力，作为确认更新蓄电池后整个UPS蓄电池系统可以安全稳定运行的依据。