數(shù)據(jù)中心UPS 系統(tǒng)外置維修旁路安全方案

樊 瑆

（中國石油大慶石化公司熱電廠，黑龍江大慶 163714）

0 引言

隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與人工智能等技術(shù)的應(yīng)用和普及，數(shù)據(jù)中心的規(guī)?？焖僭鲩L。作為高新技術(shù)的重要載體，數(shù)據(jù)中心已成為保障這些高新技術(shù)應(yīng)用穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。UPS 是數(shù)據(jù)中心的核心供電系統(tǒng)，需要具備耐沖擊、精準(zhǔn)濾波和抗干擾的特性。

現(xiàn)代化數(shù)據(jù)中心對(duì)UPS 的要求是高穩(wěn)定性、高可靠性和高可維護(hù)性，UPS 的性能將直接影響數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行穩(wěn)定和安全。UPS 的架構(gòu)和配置是否合理，決定了UPS 的質(zhì)量和性能，而外置維修旁路裝置作為UPS 的重要組成部分，對(duì)保障UPS 的質(zhì)量和性能具有不可替代的作用。分析外置維修旁路裝置安全設(shè)計(jì)方案，并提出創(chuàng)新的數(shù)據(jù)中心UPS 供電安全方案。

1 UPS 外置維修旁路設(shè)置的必要性

在數(shù)據(jù)中心的實(shí)際工作中，往往會(huì)為UPS 配備維修旁路，以更好地保障系統(tǒng)安全。在UPS 需要電氣隔離時(shí)，保證數(shù)據(jù)中心的持續(xù)供電。UPS 主機(jī)外部均設(shè)有旁路開關(guān)，當(dāng)UPS 發(fā)生故障時(shí)可以方便地切換到旁路。UPS 一般采用多臺(tái)并聯(lián)的形式工作，這就導(dǎo)致UPS 內(nèi)置的手動(dòng)旁路開關(guān)無法有效保障系統(tǒng)安全，并造成了一定的誤操作風(fēng)險(xiǎn)。例如某數(shù)據(jù)中心沒有為UPS配備外置維修旁路，在一次系統(tǒng)維護(hù)中由于誤操作導(dǎo)致系統(tǒng)宕機(jī)，可見外置維修旁路開關(guān)的重要性。

為UPS 配備外置維修旁路開關(guān)后，進(jìn)行系統(tǒng)維修時(shí)UPS 處于完全隔離狀態(tài)，而負(fù)載端依靠旁路供電依然可以維持穩(wěn)定運(yùn)行，為系統(tǒng)的維修或更換提供了便利。事實(shí)表明，外置維修旁路開關(guān)能夠有效保障UPS 的使用安全，完善的外置維修旁路開關(guān)不僅能夠提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性，還能為系統(tǒng)維修或設(shè)備更換創(chuàng)造便利的環(huán)境。

2 維修旁路安全切換的重要性

雖然有些數(shù)據(jù)中心為UPS 配備了外置維修旁路開關(guān)，但工作人員仍需謹(jǐn)慎對(duì)待。在UPS 正常運(yùn)行過程中，假如外置維修旁路開關(guān)誤操作，會(huì)導(dǎo)致電壓頻率和相位等的突變，輕則對(duì)系統(tǒng)造成沖擊，重則損壞系統(tǒng)硬件，釀成重大安全事故。外置維修旁路開關(guān)必不可少，但為了防止誤操作帶來的風(fēng)險(xiǎn)，需要科學(xué)嚴(yán)格地使用外置維修旁路開關(guān)。

本文提出了一種創(chuàng)新的數(shù)據(jù)中心UPS 外置維修旁路開關(guān)安全方案，既能滿足數(shù)據(jù)中心維護(hù)工作的實(shí)際需求，又能最大限度保障供電安全。

3 數(shù)據(jù)中心UPS 外置維修旁路安全設(shè)計(jì)方案

3.1 維修旁路開關(guān)掛鎖方案

通常情況下，UPS 配電柜的維修旁路開關(guān)會(huì)采取機(jī)械式明鎖的形式進(jìn)行封閉，以防止人為誤操作。當(dāng)需要接通維修旁路開關(guān)時(shí)，按照安全流程申請(qǐng)開鎖授權(quán)，將UPS 切換到靜態(tài)旁路后才允許打開旁路開關(guān)閘室，在安全員的監(jiān)督下進(jìn)行合閘操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)的平穩(wěn)過渡。外置維修旁路開關(guān)合閘后，必須斷開UPS 前后的輸入、輸出端子。在UPS 檢修工作完成后，仍需切換至靜態(tài)旁路，再接入系統(tǒng)，這時(shí)才允許斷開維修旁路開關(guān)。整個(gè)操作流程有嚴(yán)格的順序要求，任何環(huán)節(jié)都不允許遺漏，更不允許顛倒前后順序。如果UPS 正常運(yùn)行時(shí)閉合外置維修旁路開關(guān)，有可能會(huì)引起“炸機(jī)”；UPS 維修后接通了靜態(tài)旁路，但忘記閉合開關(guān)，此時(shí)斷開靜態(tài)旁路開關(guān)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失去電力供應(yīng)。

給外置維修旁路開關(guān)加裝機(jī)械式明鎖是一種較為可靠的安全措施，但復(fù)雜的操作流程和嚴(yán)格的順序要求對(duì)工作人員的經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心具有較高要求，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會(huì)導(dǎo)致安全事故。

3.2 外置維修旁路開關(guān)與UPS 電氣聯(lián)鎖方案

除采取機(jī)械式明鎖外，還可以為外置維修旁路開關(guān)加裝與UPS的電氣聯(lián)鎖裝置，以提高外置維修旁路開關(guān)的防誤觸能力（圖1）。

圖1 電氣聯(lián)鎖裝置

（1）為外置維修網(wǎng)絡(luò)開關(guān)配備機(jī)械式明鎖。

（2）將UPS 靜態(tài)旁路開關(guān)與外置維修旁路開關(guān)并聯(lián)互鎖，只有靜態(tài)旁路開關(guān)閉合后，外置維修旁路開關(guān)才能閉合，否則將無法實(shí)現(xiàn)合閘操作。

（3）將外置維修旁路開關(guān)的觸發(fā)接點(diǎn)與UPS 繼電器輸入端二合為一，在UPS管理系統(tǒng)中開啟旁路管理功能，使外置維修旁路開關(guān)閉合時(shí)能自動(dòng)激活靜態(tài)旁路。

這種辦法能夠有效保障數(shù)據(jù)中心UPS 系統(tǒng)安全，在實(shí)際使用中能夠輕松實(shí)現(xiàn)，但這種做法會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問題，當(dāng)旁路開關(guān)被強(qiáng)制閉合后，想要進(jìn)行逆變調(diào)試會(huì)變得非常困難，因?yàn)榇藭r(shí)狀態(tài)無法切換，只有手動(dòng)操作斷開旁路開關(guān)才能繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)工作。此外，這種方案也無法提供預(yù)警信號(hào)，斷開外置維修旁路開關(guān)時(shí)雖然UPS 旁路開關(guān)被閉合，但UPS 輸出開關(guān)依然處于斷開狀態(tài)。

3.3 雙磁力電磁鎖盤互鎖方案

為徹底解決UPS 維修旁路開關(guān)的安全問題，本文提出了一種雙磁力電磁互鎖方案。雙磁力電磁鎖是一種常用的雙向聯(lián)動(dòng)互鎖裝置，主要結(jié)構(gòu)包括雙向磁力鎖、按鍵、指示燈和蜂鳴器。電磁鎖配有機(jī)械鑰匙，利用雙磁力電磁鎖對(duì)UPS 與外置維修旁路開關(guān)進(jìn)行電磁互鎖，可以方便的實(shí)現(xiàn)二者的電氣聯(lián)鎖。數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)、雙磁力電磁鎖外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2、圖3 所示。UPS輸出開關(guān)與外事維修旁路開關(guān)置于雙磁力電磁鎖吸盤的兩側(cè)，每側(cè)均設(shè)有機(jī)械式鎖具，鑰匙放由安全員手保管，只有鑰匙插入后才能進(jìn)行合閘操作。

圖2 UPS 供配電系統(tǒng)

圖3 雙磁力電磁鎖盤

當(dāng)UPS 正常運(yùn)行時(shí)，外置維修旁路開關(guān)處于斷開狀態(tài)，UPS輸出開關(guān)處于閉合狀態(tài)。當(dāng)UPS 旁路開關(guān)閉合后，閉合信號(hào)會(huì)傳遞給電磁鎖，此時(shí)靜態(tài)旁路開關(guān)指示燈亮起，電磁鎖盤處于工作狀態(tài)，并輸出一個(gè)靜態(tài)旁路開關(guān)信號(hào)激活遠(yuǎn)程旁路控制功能，UPS 進(jìn)入旁路運(yùn)行狀態(tài)。插入電磁鎖盤鑰匙，指示燈亮起，拔下鑰匙會(huì)觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警，提示工作人員UPS 處于旁路與外置維修旁路并行工作狀態(tài)，保持鑰匙插在電磁鎖盤上才能順利完成合閘操作，否則合閘操作無法完成。

合閘后UPS 被接入外置維修旁路，由外置維修旁路為數(shù)據(jù)中心供電，此時(shí)只要斷開UPS 前后輸入、輸出端就可讓UPS 進(jìn)入電氣隔離狀態(tài)，無論維修或更換設(shè)備都可以在安全狀態(tài)下進(jìn)行。當(dāng)UPS進(jìn)入逆變模式后，旁路開關(guān)狀態(tài)指示燈熄滅，蜂鳴器報(bào)警，提示工作人員UPS 從旁路運(yùn)行狀態(tài)脫離，需工作人員選擇下一步操作。

當(dāng)UPS 維修或設(shè)備更換工作結(jié)束后，需要將數(shù)據(jù)中心恢復(fù)為UPS 供電，此時(shí)應(yīng)觀察旁路運(yùn)行狀態(tài)指示燈，如果指示燈是熄滅的，需切換UPS 工作狀態(tài)為靜態(tài)旁路，控制信號(hào)將控制繼電器接入雙磁力電磁鎖盤供電回路，從而激活靜態(tài)旁路，指示燈亮起，雙磁力電磁鎖盤將中斷遠(yuǎn)程旁路控制功能，使UPS 穩(wěn)定工作在旁路模式。此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)鎖盤鑰匙就能取下UPS 開關(guān)鑰匙，蜂鳴器提示音響起，內(nèi)外旁路并聯(lián)工作燈亮起，插入U(xiǎn)PS 開關(guān)鎖鑰匙后就可以閉合UPS 開關(guān)。受雙磁力互鎖裝置的控制，外置維修旁路開關(guān)斷開，插入外置維修旁路開關(guān)鎖鑰匙，蜂鳴器提示音停止，UPS 進(jìn)入雙變運(yùn)行模式，同時(shí)鎖盤被鎖定。

為了確保所有工作狀態(tài)下UPS 輸出開關(guān)和外置維修旁路開關(guān)同時(shí)關(guān)閉都不會(huì)影響系統(tǒng)安全，應(yīng)將UPS 輸出開關(guān)和外置維修旁路開關(guān)并聯(lián)接入電磁鎖盤，使極端情況下UPS 可強(qiáng)制進(jìn)入旁路模式，最大限度保障數(shù)據(jù)中心的供電安全。

4 結(jié)束語

雙磁力電磁鎖盤互鎖方案是一種創(chuàng)新的UPS 系統(tǒng)外置維修旁路安全方案，它的優(yōu)點(diǎn)在于電磁互鎖可以強(qiáng)制系統(tǒng)始終處于安全的供電狀態(tài)，聲光報(bào)警信號(hào)可以方便的讓工作人員了解UPS 的運(yùn)行狀態(tài)，從而判斷接下來需要進(jìn)行的操作類型，需要進(jìn)行UPS 維護(hù)或設(shè)備更換時(shí)，只需斷開UPS 前后輸出輸入端即可保證UPS 被電氣隔離，而無需擔(dān)心數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的供電安全，為數(shù)據(jù)中心的電力系統(tǒng)安全提供了新的解決方案。