大型数据存储中心高智能容错双总线系统设计方案

1 概述

大型数据中心存储中心机房专门为核心数据进行存储保存，确保数据万无一失，地理位置相对偏僻安全，不容易发现，预计机柜500架，每个机架规划容量按4kVA计算，实际使用容量2.5kW。为保证数据存储中心机房内所有设备24h不间断优质供电，数据存储中心机房供电系统宜采用两路在线式高智能容错UPS供电(每路均为N+1并联冗余配置，提高供电系统的冗错性和可靠性)，UPS采用中文操作界面，单台UPS设备容量设计不能高于400kVA，实现独立的双总线供电方案，提高供电的可靠性、容错性，满足GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》A级机房电源设计标准，满足TIA-942《数据中心电信基础设施标准》中供电方案T4标准。

另外，现场注意事项：空间布局和负载均分要合理，此次宽度限制在5m的范围，长度最长为100m，电池按15min计算。

对工程的需求如下：

① 据现场的机柜数量和规划容量，UPS最大容量设计为

500架*4kVA=2000kVA，采用400K UPS 系统;

② 采用最高可靠性的2(N+1)系统方案，实现高可靠、高容错性;

③ 根据空间较狭长的现状，为了布局更加合理，优选共用电池组方案，减少对空间的需求和维护成本。

2 台达UPS电源方案

(1)系统配置

配置台达GES-NT400K双变换纯在线式工频级UPS 4台，组成两套“N+1”并联冗余的双总线供电方案。其中以一套为2(1+1)系统，另一套为2(2+1)系统，实现5+5双总线系统的功效，为数据存储中心机房负载设备提供24 h不间断完全独立的双回路优质、纯净电源供电。

台达GES-NT 400K UPS 2路“N+1”并联冗余的双总线供电方案，具有高可靠性、高可用性及安全性。并机系统采用先进的独特分布式逻辑控制方式，直接并机，并机无须外加并联卡或并机控制柜，且并机通信信号线采用环形回路设计，大大地提高了并机系统的可靠性。NT400K UPS支持在线并机扩展系统，即无须关闭原UPS供电系统，在线将预设机组并入正常工作的UPS系统中，整个并机扩容平滑、安全。

并机采用共用电池组方案，可以节省大量的安装空间，提高电池的利用效率，减少地面安装地板承重需求。当其中一台UPS故障退出并联系统后，仍能保证满载后备时间，满足原配置(传统UPS并机无共用电池组功能时，当其中一台UPS故障时，所配置的电池组也相应地退出并机系统，导致后备时间缩短一半)。通过共用电池功能，还可以减少电池污染的排放和节省安装空间等资源。

(2)共用电池功能主要优势

① 节省购买电池的资金

系统冗余量占系统总容量的百分之几，就能节省电池总投资的百分之几。在电池价格飞涨的今天，能够节省的这笔费用是相当可观的。同时，电池数量减少了，相应的搬运、安装等投资也会跟着减少。

② 节省安装空间投资

大批量的电池占用的安装空间也很大，减少了电池数量,也就成比例地减少了安装空间方面的投资。同时，也就减少了房租、装修费、空调配置等方面的投资。

③ 节省承重方面的投资

电池组重量很大，为了解决楼层承重问题，一般会扩大电池的放置面积或者制做承重支架。如果减少了电池数量，这方面的投资就相应地省去。

④ 节省运营成本投资

电池数量少了，系统本身以及房间空调所消耗的电能也减少，需要投入的维护成本也少了，同时还会更加环保。

⑤ 系统扩容比较方便

对于共享电池组的UPS系统，日后扩容时可以不增加电池，如果现有电池组的后备时间还够用，直接增加UPS主机就行了。扩容会变得非常简单、方便、节省资金。

3 供电系统设计方案

台达GES-NT400K UPS 2路“1+1”并联冗余的双总线供电方案系统配置如图1所示。负载分成四个区：其中2个区按400kVA 规划，2个区按800kVA规划。

并机共用电池组电池开关柜原理图示于图2。

图1 NT400K完全独立的双总线供电系统框架示意图

图2 并机共用电池组电池开关柜原理图

注：QF2设计为电池联络开关，实现并机系统共用电池供电方案与独立电池供电方案灵活选择。

该方案具有以下的优势。

① 输出全隔离

整个系统输出没有互相影响的母线线路,可实现各母线隔离维修,具有更高的可靠性。

② 母线具有冗余功能

采用高智能容错UPS 实现双母线,各母线的线上还有冗余功能，具有更短的MTTR。系统正常运行时,两路UPS直接向双输出负载设备供电。单电源负载则通过机架ATS切换，提供一路正常UPS的电源供电。

③ 更经济的总拥有成本

更低的运行成本,更低的扩容成本。

4 系统配置方案

NT400K完全独立的双总线供电系统配置方案列于表1。

表1 UPS系统电源设备配置

序号设备名称规格型号品牌单位数量备注

1输入配电柜A1INPUT-1250A-A1中达电通面1

2输入配电柜A2INPUT-1250A-A2中达电通面1

3输入配电柜B1INPUT-1250A-B1中达电通面1

4输入配电柜B2INPUT-1250A-B2中达电通面1

5输出配电柜A1OUTPUT-1250A-A1中达电通面1

6输出配电柜A2OUTPUT-1250A-A2中达电通面1

7输出配电柜B1OUTPUT-1250A-B1中达电通面1

8输出配电柜B2OUTPUT-1250A-B2中达电通面1

9维修旁路柜MBS-2000A中达电通面2

10维修旁路柜MBS-1600A中达电通面2

11UPS主机GES-NT400K台达台102路“1+1”，“2+1”并机，组成完全独立的双总线供电方案

12上走线柜UTU-NT400K中达电通个6400*995*1950mm

13蓄电池DCF126-2/500中达电通节696系统后备15min

14蓄电池DCF126-2/1000中达电通节696系统后备15min

15电池开关柜1250A中达电通套4并机共用电池组方案

1000*995*1950 mm

16电池开关箱1250A熔丝中达电通套8

17电池架174只/套中达电通套4

18SNMP卡内置式SNMP卡台达套10远程及网络监控

5 应用案例

四川电信成都二枢纽贝森19楼IDC天府数据中心机房，共放置400架49U标准服务器机柜，IDC机房主要为金融及政府单位提供场地租赁管理服务，本期工程设备总容量为1600KVA。为保障IDC数据机房内设备稳定、可靠、无间断的运行，采用台达NT400KVA UPS 2套“2+1”并机冗余供电系统，分别为IDC机房内所有设备提供电力保障。设备清单如表2所示。

表2 设备清单

序号名称数量备注

1GES-NT400K(12P) UPS6台组成2套“2+1”并机冗余系统

2400kVA 配套11次谐波滤波器6台降低谐波污染

3旁路均流电感柜2台每台内置3个旁路均流电感

4专用电池开关箱6台

5电缆RVV 240mm21000m电源系统设备之间连接电缆，包括电缆敷设施工，每相采用两根并联

6上进线柜4个每个“2+1”并机系统采用2个上进线柜，电缆采用桥架走线，通过上进线柜接至UPS主机及配套设备

6 产品优势

产品最关键的优势如下。

⑴ 采用H级绝缘隔离变压器，最高耐温度180°。

⑵ 独立逆变架构设计，可实现100%不平衡负载，抗冲击能力强。

⑶ 过载能力强，125%负载 10分钟，102%连续运行。[p]

⑷ 可增加滤网适应更恶劣环境。

除以上几点工业场合特别注意的要点外，还具有如下特点。

⑴ 双变换纯在线式设计 。

⑵ 可8台UPS并机冗余，无须外加并联控制卡。

⑶ 使用大型中文及多国语言图形化LCD显示。

⑷ 宽广的输入电压范围。

⑸ 逆变器采用全桥架构技术，可100%三相不平衡供电，且负载适应性最强。

⑹ 磁性组件采用H级绝缘防护等级设计，安全性高。

⑺ 充电系统采DIN41773国际标准。

⑻ 设计有电池温度补偿，延长电池使用寿命。

⑼ 电池组共享(Common Battery)。

⑽ 可远程遥控或面板控制紧急事故关机功能(EPO) 。

⑾ 高整机效率。

⑿ 标配有手动维护旁路开关功能(MBS)。

⒀ 输入端可作双回路供电设计。

⒁ 具有输出隔离变压器。

⒂ 输出过载能力强。

⒃ 采用多组微处理器控制与模块化设计，维护简易。

⒄ 内建SRAM，可以储存多于500笔信息数据。

⒅ 可搭配电力监控软件，对UPS作网络及远程监控。

⒆ 提供超过4种以上的通信接口可供选择。

⒇ 智能变速风扇，低噪音，节省电费及提高风扇使用寿命。

(21)短路保护设计与超强防雷击保护。

7 结束语

大型数据存储中心两路在线式高智能容错UPS供电方案采用台达GES-NT400K UPS，每路均为N+1并联冗余配置，该方案具有高可靠性、高容错性，省电节能，运行稳定，操控方便等。■