随着电力企业自动化程度的不断提高,各种计算机设备对电源的依赖性越来越强,同时也对电源的质量和安全问题提出了更高的要求。文中介绍了云和县电力局中心机房UPS供电系统的实际使用情况,分析了该双机冗余单总线方案中存在的单点瓶颈故障隐患,并从优化供电拓扑配线结构的角度,给出了双机双总线和双开关三单机双总线两种优化方案,同时就供电可靠性、可行性、改造复杂程度等方面对两种方案在理论上进行了分析比较。

随着供电企业深入推进集约化、标准化、精益化、信息化的管理,计算机技术和网络技术在电力调度生产、电网自动化控制、电力优质服务及电力信息资源处理等领域使用日趋广泛,电力企业对计算机及网络系统的依赖程度越来越高,与此同时,也对电力中心机房等信息设备较为集中的重要场所提供稳定电能的UPS供电系统(简称UPS)的可靠性提出了更高的要求。

1   双机冗余单总线供电系统

云和县电力局中心机房建于2007年,位于电力局行政大楼十层,为满足设备可靠性方面的要求,机房核心设备均具有双电源输入能力。目前,机房由两台容量为20kVA的UPS并联供电(在线式UPS)。理论上,整个机房动力系统能提供2×20kVA供电容量,在日常情况下,机房平均总负载为11.8kVA,UPS并机负载率在30%左右。信息中心机房UPS并联方式和配电接线如图1所示。

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从式(1)中可以看出,提高系统可用性有两个途径:提高电源的平均无故障时间和缩短平均修复时间。经过分析总结,可以通过以下几个方面提高UPS可靠性。

(1)元器件的选用;

(2)UPS的拓扑结构;

(3)UPS的制造工艺;

(4)冗余技术。

一般情况下,当机器的质量达到一定程度后,再增大平均无故障时间的代价较大,而且效果也不太显著(因为不能将平均无故障时间做到无穷大)。然而缩短平均修复时间的效果却比较明显,如果平均修复时间缩短为零(这种可能性是存在的,而且也不难实现),那么可用性就是100%。

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UPS冗余并机系统的工作原理,不难发现其优点:

(1)由两台UPS平均分担负载电流,减轻供电系统设备负担,提高系统稳定性;

(2)过载能力强,容量是单台UPS的两倍,能提供更大的设备负载和过电流能力;

(3)虽然UPS单机的MTBF(平均无故障时间)普遍已达到了几十万小时,但并机系统仍能大幅提升系统可靠性。

应用“1+1”UPS冗余单总线供电系统的确带来了不少的好处,但通过仔细的分析,还是可以看到该系统存在的一些问题:

(1)市电输入。以来自不同变压器的双路市电输入为例,双机冗余并联时一般是利用ATS将双市电互投为一路输出,两台UPS共用一条输入总线,从而在输入端形成了“单点瓶颈”故障隐患,如图2所示。例如,原来以市电1为主电源,市电2为备用电源,此时ATS通常就接通市电1到UPS组。当市电1停电时,ATS断开市电1而将市电2转为UPS组输入。正常情况下，只要有一路市电正常，ATS通过电源切换都能保证UPS组输入正常。但如果ATS发生故障，无法实现转接功能时，其后的UPS组失去输入电压，UPS在电池组放电终了后因低电压保护自动关闭运行，终将导致机房负载全停。