网络中心机房双电源备份方式及供电控制

计算机网络中心机房备用电源设置及控制方法第1页共5页计算机网络中心机房备用电源设置及控制方法王庭胜计算机中心机房网络和核心设备的安全可靠运行，离不开电源的不间断可靠供给。根据各单位计算机网络中心机房（或者叫信息处理中心机房）的规模大小和对电源保证度的要求，均采用了功率大小相应的在线式UPS不间断电源的供给方式给计算机网络设备进行供电。为了保证可靠的供电，大部分计算机网络中心机房都考虑了备用电源的方案。备用电源有下列几种方式：一是将市电直接作为备用电源。二是使用同型号、同功率互为备份的UPS电源。三是使用不同型号不同功率的UPS电源作为主、备电源。四是除了两个互为独立的UPS电源回路到计算机设备和网络设备处外，还敷设了市电电源回路到设备处。使用不同的备用电源方案，就有不同的使用范围和电源控制方法。一、将市电直接作为备用电源只安装一台UPS电源，将市电直接作为备用电源。这种方式只能用于切换电源时可以短时间断电的简易计算机机房和计算机网络用电设备。在线式UPS电源的工作原理是，在市电正常时，UPS一边通过内部整流器给蓄电池充电，一边又将整流后的直流电再逆变成标准稳定的220伏交流电供给负载，UPS逆变器有稳压的作用。由于蓄电池的正、负极在UPS内部接在整流器的输出端、逆变器的前端，当市电停了时，逆变器直接将蓄电池直流电逆变成交流电给负载供电，没有转换时间，所以叫不间断电源。放电时间的长短依据所配UPS的电池容量大小和所带负载的大小而定。蓄电池容量越大，放电时间越长；负载越大，放电时间越短。电池性能下降放电时间缩短。当UPS电源逆变器出现故障时或者蓄电池已放电完毕、蓄电池已坏，此时若市电正常，则UPS将市电通过旁路继续给负载供电。若此时市电也停了，UPS也就没有输出了。UPS坏了，需要拆下来去修理，此时需要将市电很快接通以保障电源供给。怎样在最短的时间将市电接通，就是一个值得考虑的问题。一般情况都是在配电箱中增配开关，在一秒钟左右时间可将备用市电倒通。下面介绍三种接线方法：1、安装一个双电源自动转换器。如下图1：计算机网络中心机房备用电源设置及控制方法第2页共5页图中双电源转换器是将两种同等电压的交流电源分别接在转换器主电源和副电源接线柱上，在主、副电源都接通时，一般先默认接通主电源给负载供电。当主电源停了时或主电源电压不正常时，开关自动转换到副电源给负载供电。如果UPS没有故障，平时将UPS的输出开关K1掷接通位置，通过转换器给负载供电，市电开关K2可以掷断开位置，转换器将UPS电源直接供给负载。当市电停了时，UPS将蓄电池电压逆变成交流电维持给负载供电。维持给负载供电的时间依以上所说情况而定。市电有，但UPS出现了故障或者不能逆变稳压输出，此时UPS自身静态旁路开关自动接通，继续给负载供电，只不过此时的供电电压就是市电电压。当UPS出现故障需要拆下来修理时，此时需先将所有计算机设备关闭，再将如图所示的UPS输出开关K1断开，将市电开关K2接通，转换器将市电供给负载。如果K2开关从开始就在接通位置，当K1断开时，转换器很快将市电切换给负载，切换时间大概在一毫秒左右。一毫秒断电，正在运行的一般用电设备和计算机设备将停止运行，对一般用电设备没有什么大的影响，但对于正在工作的计算机网络设备影响可能就很大了，如果此时计算机设备、网络设备正在传送数据或接收数据，断电就会丢失数据，使数据不完整。建议K2平时还是在接通位置。在断开K1前先确认网络传输数据是否完成和停止。2、安装一个倒顺开关。如上图2所示：K3是倒顺开关，UPS运行正常时，K3掷上端接通UPS电源给负载供电，当UPS因故障需拆下来修理时，将K3掷市电端即可。切换电源时的注意事项同上。这种安装倒顺开关的备用方式价格便宜，切换方便、快捷、可靠，缺点同上所示，适合对电源要求不是很苛刻的小型机房和网络。3、安装两个双刀单掷双联开关。如果按以上两图，一嫌双电源转换器价格昂贵或买不到，二是倒顺开关买不到或在配电箱中安装不下，可选择如上图3的接线方式。图3中的K1、K2两个开关是普通的双刀单掷空气开关，K1正常正向安装，K2紧靠K1向下稍微错点位反向安装，使两个开关的手柄在一条线上，K1、K2两个开关的手柄用其它硬些的条块平行固定在一起，意在能同时上下动作。当两开关同时向上板动时，K1接通UPS电源，K2断开，市电断开。当需要拆下UPS进行修理时，K1、K2同时向下板动，此时K1断开，K2接通，市电给负载供电。图中K3时是保险开关，在确认K1、K2开关转换正确时再接通K3给负载供电。这种接线方式的最大优点就是造价最便宜，开关也最好买。缺点是当两个开关手柄平行固定不牢造成不能同时动作时会出现误操作，为了防止这种误操作，最好在K1、K2前面再加一级开关就万无一失了。以上三种备用电源接线和切换方式都是要求火线和零线同时切换，这是因为UPS电源的零线和市电的零线不能共用，必须同时切换，所以开关都必须选用双刀单掷的开关。以上三种备用电源接线和切换方式只实用于对电源要求不是很苛刻的小型计算机网络机房和一些网络设备。重要的和中型以上计算机机房对电源质量要求比较高，除了要求电源电压稳定外，更重要的是电源供给不能有一丝一毫的中断，无论市电电源中断几次和中断多长时间，机房UPS电源都要始终保持稳定不间断的输出给负载。所以，以上三种备用电源方案都不能满足重要机房对电源的要求。为了确保机房电源的不间断供给，各重要单位和部门的信息、数据处理中心、网络管理中心机房都考虑了备用UPS电源的方案，以保证机房电源的不间断供给。二、备用UPS电源的备份方式备用UPS电源的备份方式有冷备份与热备份两大类，下面分述这两大类的备份方式。1、UPS不间断电源的热备份。UPS不间断电源的热备份又分并联式、串联式、旁路式和单独双回路式等：1）并联式热备份。并联式又分单机外部并联、单机内部并联等多种并联方式。单机外部并联方式：如上图4所示的并联方式属于单机外部并联方式。并联方式要求参计算机网络中心机房备用电源设置及控制方法第3页共5页与并联的UPS的机型、功率必须一样，并使用同一个交流输入电源，异型机、不同功率机不能采用并联方式。图中的并机控制器以输入市电的相位、频率等作为参考值控制两台UPS电源的输出静态开关，当两台UPS都工作正常时，并机控制器控制两台UPS均流输出给负载，每台UPS承担一半的负载功率。当其中一台UPS发生故障时，并机控制器关闭故障机静态开关，负载全部由好机供电。因此，在计算选择UPS输出功率时必须考虑每台UPS电源都能承受全部负载。单机内部并联方式：是指选择自身具有并机功能的UPS同样机型，按照并机方法接线，将两台UPS电源进行并联。如下图8所示就是一种典型的UPS自带并机功能的并机接线方法：图8中K1、K3为两个UPS的市电输入开关，K2、K4、K5为维修时的隔离和旁路开关。UPS2逆变输出经静态开关和UPS1的输出电路并联，再经K5开关到负载回路。UPS2的静态旁路开关不用。热备份原理如下：（1）当两个UPS电源都工作正常时，由静态开关控制让其中一台UPS输出静态开关接通给负载供电，另一台UPS输出静态开关关闭，不输出。（2）当其中一台UPS的逆变器发生故障，系统由输出静态开关立刻转换到另一台UPS逆变器输出供电。两个整流器同时给蓄电池充电。（3）当其中一台UPS的整流器发生故障，由另一台好的整流器给蓄电池充电。负载由静态开关选择任意一台UPS电源逆变器进行供电。（4）当同时其中一台UPS的逆变器发生故障，另一台UPS的整流器发生故障，系统能交互使用好整流器和好逆变器给蓄电池充电，给负载正常逆变供电。（5）当两路市电和整流器同时都发生故障，系统由两组蓄电池进行逆变，由静态输出控制开关选择任意一个逆变器给负载供电。（6）当两个逆变器同时发生故障，两整流器继续给蓄电池充电，UPS1旁路静态开关自动接通，负载由旁路直接供市电。计算机网络中心机房备用电源设置及控制方法第4页共5页（7）当UPS并机系统进行维修时，断开K2、K3、K5，接通K4，负载直接由市电供电。2）、串联式UPS热备份如上图6所示，UPS2的输入电源是接在UPS1的输出端，因此叫串联式UPS热备份。串联式UPS热备份技术上比较容易操作，在满足负载功率的要求下，不同品牌、不同功率的两台UPS都可实现串联式热备份。这种串联式UPS的热备份连接一般不超过两台，它不能增加系统的输出容量，尤其是两台不同容量的USP连接时，该系统的输出容量不能超过其中容量较小的那一台的功率。这种备份方式安装容易，维护方便。缺点是效率低。热备份原理如下：(1)图6中，当两台UPS都工作正常时，UPS1逆变输出给UPS2，UPS2再次逆变输出到负载回路。两UPS旁路都处于关闭状态，两UPS的蓄电池由各自的整流器进行充电。（2）市电正常，当UPS1逆变器坏了时，UPS1整流器给蓄电池充电，UPS1旁路静态开关自动接通给UPS2输入市电，UPS2逆变后给负载回路供电。UPS2同时给本机蓄电池充电。（3)市电正常，当UPS1整流器坏了时，UPS1将电池直流电进行逆变，给UPS2供电，UPS2再次逆变输出到负载回路。当UPS1电池放电完毕时，UPS1逆变器停止工作，UPS1旁路静态开关自动打开，给UPS2输入市电，UPS2逆变后给负载回路供电。(4)当UPS2逆变器坏了时，UPS2静态旁路开关自动接通，UPS1的逆变输出经UPS2的静态旁路直接到负载回路。当UPS2整流器坏了时，UPS2将电池逆变后给负载回路，由于此时UPS2逆变输出正常，所以UPS2静态旁路开关还在关闭状态，UPS1虽然此时工作正常，但它的输出不会到UPS2和负载，只有当UPS2电池放电完毕时，UPS2逆变器停止工作，静态旁路开关自动打开，UPS1的输出经UPS2的静态旁路开关到负载回路。(5)市电正常，当两台UPS的逆变器同时坏了，两台UPS的静态旁路开关都自动打开，市电经两台UPS的静态旁路开关输出到负载回路。(6)当市电停了时，两台UPS都处于逆变电池直流电源工作状态，UPS1逆变输出还是经UPS2系统再到负载回路，此时的UPS1逆变输出经UPS2整流器整流后，一方面进入UPS2逆变器进行再次逆变，另外还给UPS2蓄电池充电。此时UPS2旁路静态开关在关闭状态。当UPS1电池先放完电时，UPS2正常逆变输出维持供电。若是UPS2先放电完毕，UPS2的静态旁路开关自动打开，UPS1逆变器还正常工作时，逆变输出经UPS2旁路开关到负载回路。如果两台UPS都放电完毕，逆变器都停止运行，负载也没有电可供了。(7)当需要拆下UPS进行维修时，若只拆修其中的UPS1时，接通K2，断开K4，市电直接接入UPS2进行正常逆变输出。若只拆修其中的UPS2时，接通K3，断开K5，UPS1的逆变输出经K3直接到负载回路。若两台UPS同时要进行拆修，此时接通K2、K3开关，断开K4、K5开关，市电经K2、K3开关供给负载回路。2）旁路式UPS热备份如图7所示是旁路式UPS热备份的典型接法。图7中，UPS1为副机，UPS2为主机。UPS1的输出接到UPS2的旁路电路上，UPS2的旁路电路和该机输入点分开，两台UPS经各自的输入开关接到市电。热备份原理如下：（1）市电正常，主、副机工作正常，UPS2主机逆变输出到负载回路，此时UPS2旁路静态开关处于关闭状态，UPS1虽然在正常逆变运行，但不能输出，只是空运行。（2）市电不正常时，两台UPS都用电池逆变，UPS2主机输出给负载回路。当UPS2电池放完时，逆变器停止工作，旁路自动打开，UPS1副机逆变输出经UPS2旁路到负载回路。（3）UPS2逆变器坏时，旁路自动打开，UPS1经UPS2旁路给负载回路供电。（4）UPS2整流器坏，如同没有市电，但逆变器可以继续逆变，其它同（1）。（5）两台UPS逆变器同时坏，两UPS旁路自动都打开，市电经两旁路供给负载回路。计算机网络中心机房备用电源设置及控制方法第5页共5页（6）图中K3、K4是维修旁通开关。若UPS1拆下来进行修理，断开K5、接通K