機(jī)房建設中供電系統存在的(de)問題

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在數據中心中，供電系統是基礎設施最重要子(zǐ)系統之一(yī)，而長(cháng)期以來，業界對供電系統的(de)認識一(yī)直停留在電力電子(zǐ)技術層面，很少有(yǒu)權威的(de)專業機(jī)構認真地(dì)研究用戶在使用過程中存在的(de)系統規劃設計和(hé)方案配置的(de)問題。傳統供電系統中存在的(de)問題更多的(de)表現在系統規劃設計、供電方案的(de)選擇、設備的(de)正确使用等系統工程方面。

特别是很多錯誤的(de)觀念和(hé)設備廠商(shāng)的(de)誤導，使這些問題更加嚴重和(hé)難以解決。歸納起來有(yǒu)以下六個方面的(de)問題：

一(yī)、過度規劃和(hé)生命周期成本問題

1、過度規劃和(hé)設備利用率低(dī)下。采用“一(yī)次到位”的(de)方式，最初裝機(jī)運行(xíng)時，設備的(de)實際負載量僅為(wèi)9%左右，第5年(nián)時預計負載量增加到設計容量的(de)80%左右，而供電設備的(de)實際負載量隻達到設計容量的(de)30%左右。

2、空間或占地(dì)面積的(de)問題。電力設施包括發電機(jī)組、UPS系統、電池系統、輸入開關櫃和(hé)輸出配電櫃等。随着IT設備的(de)小型化，人們(men)發現IT設備所占空間與基礎設備所占空間的(de)比例有(yǒu)越來越小的(de)趨勢，這使得用戶的(de)心裏感到不平衡。能否壓縮整個整個供電系統所占用的(de)空間呢(ne)？

3、裝配速度問題。設備采購存在着交貨周期的(de)題，方案設計和(hé)系統安裝都需要時間。用戶必須提前6個月購買這些系統和(hé)設備，通常情況下，數據中心的(de)實際建設時間一(yī)般要3~18個月不等。用戶希望能夠縮短(duǎn)從做(zuò)出決定進行(xíng)修建到實際建成并投入運行(xíng)的(de)時間。

4、能源效率問題。對于傳統的(de)未刻意做(zuò)節能設計的(de)數據中心，整個供電系統的(de)能耗占數據中心總能耗的(de)21%，在能耗指标PUE（假定等于2.8）中占的(de)比例是0.45左右，所以供電系統的(de)效率在75%左右。

5、服務合同的(de)費用問題。由于大型UPS系統的(de)複雜性，加上缺乏技術娴熟、經驗豐富并經過高(gāo)級培訓的(de)技術人員，導緻了服務合同費用的(de)居高(gāo)不下，更令用戶感到不平的(de)是，服務費用都是按照UPS的(de)裝機(jī)容量來報價的(de)，盡管用戶實際隻用到了UPS 70%以下甚至隻有(yǒu)10%的(de)容量。用戶希望能夠找到降低(dī)複雜性的(de)途徑，以此來簡化所服務并降低(dī)服務合同的(de)費用。

二、供電系統的(de)适應性及可(kě)擴展性

1、系統和(hé)部件的(de)标準化與規範化。目前大型UPS系統變得越來越複雜，導緻現場工程設計工作和(hé)設計方案的(de)多樣性，增加了用戶或技術顧問公司、設計院的(de)負擔，顧問工程師會因設計的(de)複雜性和(hé)資源配置問題而承擔極大的(de)風險。用戶希望有(yǒu)一(yī)種方案能夠使得所有(yǒu)部件标準化、規範化，這不僅可(kě)降低(dī)設計和(hé)施工的(de)工作量，還可(kě)以降低(dī)設計和(hé)組建的(de)風險。

2、不可(kě)預測的(de)功率密度問題。用電設備的(de)功率密度不斷增大和(hé)配置不均衡為(wèi)設備的(de)配電提出了挑戰。一(yī)個機(jī)櫃如(rú)果安裝早期的(de)服務器，隻能容納10台（10個電源插座），現在，一(yī)個機(jī)櫃能容納40個1U的(de)服務器（40個電源插座），将來這個數目還可(kě)能增加。用戶提出這樣的(de)疑慮：電力基礎設施能否适應這種不斷變化而又無法預測的(de)功率密度帶來的(de)影響呢(ne)？

3、如(rú)何适應不斷變化的(de)其他需求。機(jī)櫃內(nèi)的(de)設備升級更換時會導緻許多其他問題，諸如(rú)新舊(jiù)設備的(de)重量密度不同、安裝要求不同、單電源設備與雙電源設備對配電要求不同、交流設備與直流設備對配電要求也不同等。除此之外，UPS容量的(de)擴展也面臨以下3個問題：新舊(jiù)UPS系統的(de)兼容問題；新擴容的(de)UPS與現場環境的(de)匹配問題；擴容升級過程中會不會被迫中斷現有(yǒu)業務。用戶非常希望有(yǒu)一(yī)種不停電擴容的(de)解決方案。

三、供電系統可(kě)用性的(de)問題

1、斷路器數量增加以及指标離(lí)散性問題。供電系統和(hé)關鍵負載之間配置了許多斷路器，每個斷路器都是一(yī)個單路徑故障點。另外，相同指标而不同廠商(shāng)的(de)斷路器，其運行(xíng)過程中的(de)實際動作穩定值也存在着很大差異，這在很大程度上影響了供電系統線路保護機(jī)制。情況最糟糕時，下遊斷路器可(kě)能不會動作，而最終導緻上遊的(de)斷路器動作，結果發生大面積負載掉電的(de)情況。用戶希望能夠減少斷路器的(de)數目以及使用更加标準化的(de)斷路器。

2、操作人員人為(wèi)操作失誤的(de)問題。造成關鍵負載宕機(jī)的(de)大部分原因是由于供電系統複雜性極高(gāo)而又缺乏處理(lǐ)這類複雜系統的(de)專業技術人員等原因造成的(de)。除此之外，針對如(rú)此複雜的(de)系統，對人員進行(xíng)的(de)培訓也遠遠沒有(yǒu)達到所需要的(de)水平。用戶非常希望得到一(yī)種能夠很容易地(dì)減少人為(wèi)因素的(de)解決方案。

3、把供電與負載之間的(de)故障點減至最少。過去(qù)，用戶通常在交流輸入和(hé)UPS環節引入冗餘設備，但是他們(men)往往忽略終端配電一(yī)級的(de)單路徑故障點，例如(rú)他們(men)在UPS和(hé)關鍵負載之間設置多個斷路器，而且UPS和(hé)關鍵負載之間的(de)距離(lí)很長(cháng)，有(yǒu)的(de)UPS放置于地(dì)下室而負載放置于5樓的(de)情況，所以希望冗餘設施距離(lí)負載能夠更近一(yī)些，并且減少UPS和(hé)關鍵負載之間的(de)斷路器數量。

4、減少大面積斷電的(de)故障點。一(yī)旦宕機(jī)發生，我們(men)希望故障的(de)影響盡量局限在小面積的(de)用電設備。用戶在設計整個供電系統時往往會在集中式供電或分布式供電這兩種方案中猶豫不決：集中式供電有(yǒu)許多優點，但是它的(de)緻命缺陷是一(yī)旦供電系統發生故障，所有(yǒu)設備均會因停電而宕機(jī)；分布式供電能夠解決大面積業務中斷的(de)危險，但是存在着不易管理(lǐ)等缺點，用戶希望能夠消除并控制自(zì)己電源系統的(de)故障。

5、供電系統的(de)諧波幹擾問題。高(gāo)次諧波不僅會降低(dī)設備輸入功率因數，直接污染電網，無功電流的(de)存在還會增加電網容量和(hé)系統配置容量，增大能源損耗和(hé)運行(xíng)成本，而附加的(de)濾波器，不僅重量、體積和(hé)成本都顯著增大，而且還存在着電路發生振蕩的(de)可(kě)能。用戶希望能夠減少供電設備産生的(de)諧波幹擾。

6、用戶與廠商(shāng)之間信息共享問題。由于設備安裝的(de)複雜性，故障發生時對故障根源的(de)分析變得非常困難。用戶指出，基礎設施部件中存在着太多的(de)變化，希望能夠通過統一(yī)标準的(de)系統收集數據和(hé)比較結果，并且規範校正和(hé)處理(lǐ)的(de)措施。他們(men)希望同一(yī)機(jī)構內(nèi)不同場地(dì)的(de)機(jī)房能夠使用同樣設備，從而管理(lǐ)人員能夠相互分享管理(lǐ)經驗及故障處理(lǐ)經驗。

四、設備選用和(hé)安裝使用問題

1、采購設備時存在着錯誤的(de)觀念和(hé)誤導。例如(rú)确定選用UPS的(de)性能标準時，不是從UPS的(de)輸出電性能指标、輸出能力和(hé)可(kě)靠性指标、對電網的(de)适應能力、系統配置能力、智能管理(lǐ)和(hé)通訊功能、可(kě)維護性和(hé)可(kě)擴充性等方面對其進行(xíng)全面的(de)考察，而是受廠家的(de)誤導，把廠家宣傳的(de)産品能達到的(de)某些最高(gāo)性能指标做(zuò)為(wèi)自(zì)己選用的(de)标準；簡單地(dì)以UPS電路結構形式定優劣。

2、系統設計缺欠造成潛在的(de)質量問題。很多已經在運行(xíng)的(de)供電系統在設計上不規範，系統配置不盡合理(lǐ)，存在着諸多隐患。諸如(rú)：所有(yǒu)設備都是串連的(de)，形成單路徑故障點；各相接的(de)設備輸入輸出阻抗不匹配；因配置了輸入諧波電流大和(hé)啓動沖擊電流大的(de)設備，不僅污染電網，而首先是在系統內(nèi)部形成嚴重的(de)相互幹擾；電力傳輸線過長(cháng)和(hé)布局零亂而易産生幹擾和(hé)發生人為(wèi)事故；配置了大量的(de)斷路器，由于産品質量問題，或者在容量和(hé)動作時間方面配置得不合理(lǐ)，使系統有(yǒu)時發生不明的(de)故障；系統零、地(dì)線系統設計和(hé)線纜選用不符合标準等。

3、缺乏可(kě)量化的(de)可(kě)靠性衡量指标。安全性和(hé)可(kě)靠性是當前供電系統最主要的(de)問題。但是在選用設備時，卻沒有(yǒu)可(kě)量化的(de)可(kě)靠性指标作為(wèi)選用的(de)依據。UPS設備廠家提供的(de)可(kě)靠性指标是平均無故障時間MTBF，是一(yī)個概率指标，在采購設備時這項指标是不可(kě)測量驗證的(de)，因而最終是不可(kě)信的(de)。一(yī)種常見的(de)現象是，用戶刻意選用的(de)高(gāo)可(kě)靠的(de)設備，而實際運行(xíng)後卻故障頻繁。用戶希望有(yǒu)一(yī)種可(kě)信的(de)可(kě)量化的(de)可(kě)靠性指标。

五、UPS對供電系統的(de)可(kě)管理(lǐ)性問題

1、UPS輸出的(de)分路管理(lǐ)問題。用戶對分支電路的(de)超載問題比較關心，分支線路過載時，斷路器就會動作，該支路內(nèi)連接的(de)機(jī)櫃的(de)所有(yǒu)設備就會宕機(jī)。在極端情況下，會發生保護該過載電路的(de)斷路器不動作而引起上遊斷路器動作，這将使更多的(de)機(jī)櫃或更大面積的(de)設備發生宕機(jī)。用戶非常希望能夠獲得可(kě)管理(lǐ)的(de)輸出，以便在上述故障發生之前可(kě)以得到報警。有(yǒu)些用戶甚至提出希望在機(jī)架PDU上能夠監控配電插座上每一(yī)個插孔的(de)情況。

2、監控負載機(jī)櫃的(de)電源狀态。用戶希望有(yǒu)一(yī)些安裝在本地(dì)的(de)顯示裝置以提醒維護操作人員可(kě)能發生的(de)故障。目前要弄清楚每個機(jī)櫃上的(de)電源狀況是很困難的(de)，但在有(yǒu)些情況下，即使能夠查看每個機(jī)櫃上的(de)電流，也是需要通過遠程管理(lǐ)界面來查看。用戶希望能夠在巡查過程中看到每一(yī)個機(jī)櫃的(de)各個輸出插座的(de)電流情況。

3、線纜管理(lǐ)的(de)問題。随着業務的(de)發展，IT設備被不斷地(dì)追加安裝，機(jī)櫃上的(de)功率密度不斷增加，這就必須把更多的(de)電纜連接到配電櫃上。如(rú)果機(jī)櫃使用2N設計，機(jī)櫃就需要有(yǒu)AB兩路供電電纜。如(rú)果再考慮到高(gāo)密度服務器數量有(yǒu)進一(yī)步增加的(de)趨勢，在極端情況下，一(yī)個機(jī)架上甚至可(kě)以安裝200多個刀片式服務器。這樣就使數據中心的(de)電纜數目大大增加，成為(wèi)管理(lǐ)和(hé)宕機(jī)風險方面令管理(lǐ)人員頭痛的(de)問題。如(rú)何改變電纜的(de)混亂狀況，改善電纜的(de)管理(lǐ)水平呢(ne)？

4、預防性故障分析的(de)問題。用戶一(yī)直依賴勞動力密集的(de)預防性維護操作、紅(hóng)外線探測等作為(wèi)他們(men)檢查核實潛在問題的(de)方法，而這些乏味的(de)重複性工作又往往需要受過專業訓練、經驗豐富的(de)工程師完成。用戶希望電源系統應該具備足夠的(de)智能水平以及自(zì)我診斷能力，以便能夠在故障實際發生之前發現并通知這些潛在故障。

六、可(kě)服務性的(de)問題

1、減少平均維修時間MTTR的(de)問題。系統的(de)易管理(lǐ)性是減少平均維修時間的(de)前提，但是故障判斷後，部件的(de)更換往往是減小平均維修時間的(de)關鍵。許多供應商(shāng)提供了并在多數情況下能夠完成響應時間的(de)承諾，但問題是趕到現場是一(yī)回事，是否攜帶了合适的(de)備件又是另一(yī)回事。如(rú)果用戶自(zì)身在裝機(jī)時同時購買常用部件，這種情況會有(yǒu)所改善，但用戶端的(de)儲存條件又不能保證備件的(de)“完好性”，另外，自(zì)備配件也會占據用戶寶貴的(de)空間。總之，用戶希望能更準确地(dì)解決故障并盡可(kě)能地(dì)縮短(duǎn)修複時間。

2、降低(dī)系統的(de)複雜性問題。目前的(de)電力設施是非常複雜的(de)，準确迅速地(dì)判斷故障是非常困難的(de)事情。系統的(de)複雜性會帶來兩方面的(de)影響，第一(yī)，系統越複雜，操作人員和(hé)管理(lǐ)人員産生人為(wèi)失誤的(de)可(kě)能性就越大；第二，系統越複雜，系統發生故障時對故障進行(xíng)定位診斷所需要的(de)時間越長(cháng)。用戶非常希望能夠降低(dī)系統的(de)複雜程度以及提高(gāo)操作的(de)容易程度。

3、提高(gāo)使用維護水平。供電設備已經具備的(de)智能管理(lǐ)和(hé)通訊管理(lǐ)功能沒有(yǒu)得到充分的(de)發揮。權威人士估計對UPS的(de)智能管理(lǐ)和(hé)通訊功能的(de)應用率大概隻有(yǒu)30%。在UPS供電系統各類故障的(de)起因中，人為(wèi)原因造成的(de)故障占很大的(de)比例，人為(wèi)故障的(de)原因可(kě)歸結為(wèi)維護人員對所配置的(de)UPS的(de)基本性能了解不夠、對UPS監測監控信息和(hé)顯示功能不熟悉、對UPS運行(xíng)時的(de)常規維護要求不清楚且對維護規章(zhāng)制度執行(xíng)不嚴格等。

6、供應商(shāng)之間的(de)相互推诿的(de)問題。由于系統的(de)複雜性，設計者和(hé)用戶要與越來越多的(de)設備廠商(shāng)打交道(dào)，各廠商(shāng)的(de)設備之間的(de)匹配以及各廠商(shāng)的(de)工程師之間的(de)配合變得越來越複雜了。當系統中的(de)某一(yī)個環節出現問題時，各廠商(shāng)的(de)工程師往往從自(zì)身利益角度出發，而不是從整個系統的(de)角度出發來判斷、認定和(hé)解決問題。他們(men)往往會自(zì)覺或不自(zì)覺地(dì)推卸責任。争論的(de)焦點往往會從發現問題、提出解決問題的(de)方案本身到發現其他設備的(de)缺陷上面去(qù)，甚至有(yǒu)的(de)用戶抱怨說，在這種情況下他們(men)已經從一(yī)方職員變成為(wèi)一(yī)個必須善于斡旋的(de)“政治家”。用戶非常希望能得到一(yī)種解決方案，它能減少或消除供應商(shāng)之間的(de)相互推诿。

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