金融数据中心异品牌UPS原址在线更换实例分享与风险剖析

     本文以某金融数据中心为例,详细介绍如何原址在线更换异品牌UPS,通过分析更换过程中技术要点来剖析更换过程中的风险点与应对策略。

     金融行业对业务连续性要求极高,基础设施变更要求更严格。运营中的数据中心常因场地紧张导致UPS更换举步维艰。下面依托一个数据中心UPS原址在线更换实例,详细介绍更换方案和技术要点,剖析更换过程中的风险点与应对策略。
    文中所涉数据中心UPS供电为2N方式,分为A路、B路两个回路。原A路为3台甲品牌160KVA UPS并机,每台UPS负载率25%左右。A路UPS因使用年限需更换,经集中采购引进乙品牌3台160KVA UPS进行替换。

一、UPS工作模式介绍

        UPS工作模式主要分为正常模式及ECO模式、后备模式、旁路模式和维修模式,详见图1所示。这里简单介绍一下与本案例相关的旁路模式和维修模式。

　　　

　    旁路模式是当逆变器处于不正常状态,比如输出电压异常或者过载超出逆变器承受范围,逆变器将自动停止工作,若此时市电正常,Q4S自动闭合,UPS使用备用电源回路(MAINS2)经Q4S、Q5N给负载供电,该供电路径称为静态旁路。
　　
　　维修模式是UPS设备需要进行维护而输出不能中断时,在旁路模式的基础上,通过闭合维修旁路开关Q3BP,接着断开整流器Q1、直流输入QF1、UPS输出Q5N和备用旁路开关Q4S,UPS使用备用电源回路(MAINS2)经Q3BP给负载供电,该供电路径称为内部维修旁路,后端负载供电在切换过程中不会中断。

二、更换方案设计

因场地限制,A路UPS只能在原址更换。考虑到金融行业数据中心业务连续性要求,原则上要求整个更换过程不停电或者停电时间尽量短。虽然数据中心大部分计算机设备是双电源设备,但仍存在少量低端单电源设备,这部分单电源设备影响有限。该数据中心经过对更换方案的多次评审,为避免断电带来的不确定影响,最后确定采用负载不停电的UPS更换方案。
　　
　　A路UPS输入输出配电柜开关容量充分考虑了3台UPS并机的运营要求,拟更替的UPS容量及并机方式不变,经评估后,确定本次UPS更换对配电柜不做变更。
　　
　　更换前A路UPS配置如图2所示,下面通过图示介绍UPS原址在线更换步骤:

　　
　

1.将甲品牌UPS1主机、UPS2主机下线移走

　　UPS输入电源切换至发电机供电。确定发电机频率稳定后将甲品牌3台UPS皆切换至旁路模式;拆除甲品牌UPS3主机并机线,将其设置为单机运行;关闭甲品牌UPS1、UPS2输入输出开关,接着关闭甲品牌UPS1主机、UPS2主机。将甲品牌UPS3主机从旁路模式切换至正常模式;UPS输入电源切换至市电供电。将甲品牌UPS1、UPS2主机及电池分拆后脱离现场。
　　
　

2.在原位置安装乙品牌UPS1、UPS2主机

　　
　　在原甲品牌UPS1、UPS2主机位置安装乙品牌UPS1主机、UPS2主机,接入新的电池组(电池组拆除安装工作与主机拆装可同步进行,对新电池桩头安装电池监控垫片)。对安装好的乙品牌UPS1主机及UPS2主机系统进行单机调试、拷机,观察运行情况(此时两台乙品牌UPS输出开关为断开状态,不带负载);然后将乙品牌UPS1及UPS2按1+1UPS并机配置。将乙品牌UPS1、UPS2主机纳入动力环境监控系统。
　　

3.将负载切至甲品牌UPS3内部维修旁路

　　
　　将UPS输入电源切换至发电机供电。确定发电机频率稳定后先将乙品牌UPS1、2主机切换至维修模式(输出开关为断开状态),再将甲品牌UPS3主机切换为维修模式;此时负载经甲品牌UPS3主机内部维修旁路供电。
　　
　

4.将负载从甲品牌UPS3内部维修旁路切至乙品牌UPS1、2主机并机组

　　
　　检查无误(重点为相序、压差检查)后顺次闭合乙品牌UPS1、2主机的输出、输入开关(即旧UPS1、2输出、输入开关);顺次断开甲品牌UPS3主机的输出、输入开关。切换乙品牌UPS1、2并机系统至正常模式,至此新安装的乙品牌UPS1、2并机系统正式接管该回路负载。UPS输入电源切换至市电供电后将甲品牌UPS3主机及电池分拆后脱离现场;在原位置安装乙品牌UPS3主机;将乙品牌UPS3主机纳入动力环境监控系统。
　　
　

5.将负载从乙品牌UPS1、2主机并机切至内部维修旁路

　　
　　UPS输入电源切换至发电机供电。确定发电机频率稳定后将乙品牌UPS3主机切换至内部维修旁路并按3台并机设置参数;将乙品牌UPS1、2主机切换至内部维修旁路并按3台并机设置参数。
　　
　　

6.将负载从内部维修旁路切至乙品牌UPS1-3主机并机

　　
　　将乙品牌3台UPS主机的并机线按两两相连安装就位。逐台重启UPS，检查无误(重点为相序检查)后闭合乙品牌UPS3主机输出、输入开关，将乙品牌3台UPS并机系统由旁路模式切换至正常模式。UPS输入电源切换至市电供电。至此UPS原址在线更换全部完成。

三、技术要点

1.到货检查及准备

　　
　　新设备运到现场后,先对外包装进行检查,保证所有物件齐全,无损坏。由厂家工程师按照出厂清单开箱对设备进行清点,保证无遗漏。若发现硬件损坏,立即快递补充,避免紧张情绪。
　　
　　大容量UPS主机在出厂前一般都做了整机测试,但不一定是设备投产状态的测试,装机后需特别关注主机与外部的连接部分。本项目在设备调试中就发现一台UPS的电池接口板故障,导致UPS无法检测到电池,厂家即刻调货更换。本方案提供了拷机时间，足以应对调试中发现的硬件故障。若现场条件限制，需装机后立即投入运行，切换前现场需准备好备件，特别是UPS主机与外部的连接件。
　

2.序列码关联

　　UPS主机经过整机测试后出厂,同一台主机的各组件之间共享同一个拼装序列码,为方便运输分拆包装。序列码位数多且高度相似,极易混淆,拼装时需特别注意。
　　

3.拆装线序

　　
　　拆除旧UPS时,需确认每台UPS的输入/输出及零线,不能只看线标,这些线缆在UPS室有限的空间范围内,必须经摸线确认。拆电缆先拆火线,再拆零线、底线。安装电缆时顺序相反。
　　

4.相序检查,相位压差检查

　　原则上新UPS的输入市电相序与原UPS输入市电相序一致。若相序不一致,切换时会出现UPS转旁路。
　　
　　新UPS安装完成后，切换前需测试新UPS输出与当前在运行的原UPS输出每相之间的压差，若三相压差不一致，需调整UPS输出相序，调整到压差一致。这些工作应当在新UPS连接输出电缆前完成。
　　

5.UPS供电与市电供电切换

　　首先UPS关逆变器,自动切换到静态旁路;继续闭合Q3BP开关,切换至内部维修旁路。这样就完成了UPS供电切换至市电供电。反序则可实现市电至UPS供电的转换。利用UPS供电与市电供电的状态变换,以短暂的市电供电作为过渡,实现负载供电不间断,以完成异品牌UPS切换过程中负载供电不中断。

四、风险点及应对措施

1.原址更换

　　原址更换,必须有效利用原有空间。根据新旧设备确定承重架尺寸,根据最优搬迁路径,对关键路径加固,如增加支撑架、地板覆盖铁板等。搬运设备时要保证该区域其他设备安全,特别是旧在线UPS的正常运行。
　　
　　需选用熟练、专业的UPS安装队伍;操作电工技术前对现场进行详细的勘查。在具体操作的环节中,每个技术岗位最少设同等能力工作人员2名,即岗位备份制度,所有的操作、指令都要得到双重确认后才能执行,绝对避免无双重确认的操作存在。每一步操作需复核确认才允许执行。
　　
　　配电柜之间确保隔离措施有效,且操作不影响相邻的配电柜。压接电缆操作前必需确认柜体铜排不带电,且双人复核。
　　
　　方案经用户、新旧UPS厂家及集成商共同讨论,细扣每个细节,确保能顺利实施。拷机时间有限,采用2台新UPS并机投产,降低负载切换到新UPS带来的风险。
　　

2.做单电源负载梳理

　　核查A、B两路UPS系统电源负荷情况,梳理中心机房A、B两个回路的下挂负荷,确定A路更换出现异常断电的情况下的影响范围;梳理A路UPS下挂单电源设备,由相关系统负责人制定应急处置预案。
　　
　　除考虑A路负载断电的情况,应急方案还包括未施工的B路供电在施工过程中出现异常的处置流程,以及A、B两路同时出现断电的极端情况。
　　

3.切换过程发电机保障

　　分析切换过程,读者会发现在线切换的对于负载的最大风险点在UPS供电切换至市电供电切换时,短暂的市电供负载时不能中断。除了衔接供电调度部门避开电力维修窗口外,最稳妥的方法是切换风险期采用发电机供电。

五、结束语

      保障原址在线更换成功的一个重要的因素的是人。首先是用户方必须有一个对现有的供配电配置、结构非常熟悉,有能力对多种方案进行决策选择的牵头人;施工方应该是有同档次设备施工经验的队伍,掌握技术要点,有效地应对风险点,快速有效地解决施工中的问题。
　　
　　考虑到不同品牌UPS的特点,方案设计须会同新旧UPS厂家工程师、用户、施工方一起审定。合理安排施工步骤,将更换风险降低至最低,以保障负载的最大安全性。

作者简介

　   张胜,现任中国建设银行湖南省分行信息技术高级工程师。中南大学计算机及应用专业硕士研究生,从事数据中心建设与运维20余年,发表多篇论文。

来源：《数据中心建设+》杂志