如何提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等重要負(fù)載供電可靠性

1、-PAGE . z如何提高網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載供電的可靠性HOW TO IMPROVE THE RELIABILITY OF THE POWER SUPPLY OF THE IMPORTANCE LOADSSUCH AS THE NETWORK SERVER翟玉杰 中國(guó)聯(lián)通分公司 110021關(guān)鍵詞：UPS 網(wǎng)絡(luò)效勞器 冗余設(shè)計(jì) 可靠性分析摘要：網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載供電的可靠性不僅取決于UPS、配電線路、效勞器設(shè)備電源的可靠性，而且還取決于冗余設(shè)計(jì)的可靠性。因此科學(xué)地選擇UPS設(shè)備的類型、容量、冗余方式對(duì)于提高供電的可靠性具有非常重要的意義。文章通過圖表分析、公式計(jì)算等通俗易懂方式詳細(xì)闡述了單

2、套UPS系統(tǒng)n+1、1+n、n+m冗余電路的可靠性；兩套1+1并機(jī)冗余UPS系統(tǒng)輸出雙路總線、雙路零切換全冗余電路的可靠性，深入淺出地給出了各種設(shè)計(jì)方案的可靠度分析和計(jì)算方法，可供電源設(shè)計(jì)時(shí)參考使用。眾所周知，當(dāng)今社會(huì)和經(jīng)濟(jì)生活對(duì)信息網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確度和時(shí)效性的要求越來越高，從*種意義上講，信息就是效率和財(cái)富。所以對(duì)于電信、金融、證券等行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載而言，一旦出現(xiàn)電源中斷故障，就可能造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，所以網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載供電的可靠性已經(jīng)成為信息網(wǎng)絡(luò)平安的首要問題?？煽啃愿攀隹煽啃缘闹笜?biāo)之一是可靠度Rt，它是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間、產(chǎn)品完成規(guī)定功能的概率。它是時(shí)間的函數(shù)，

3、記作R(t)。顯而易見，可靠度 Rt是時(shí)間的概率分布函數(shù)，表示產(chǎn)品在時(shí)刻0處于完好狀態(tài)時(shí)，從0時(shí)刻到時(shí)刻t的時(shí)間間隔正常工作的概率。 Rt=P(Tt) 公式1可靠度Rt的時(shí)間分布曲線如圖1。圖1眾所周知，產(chǎn)品的可靠性隨著工作時(shí)間的延長(zhǎng)而越來越小。由圖1可見：當(dāng)t=0時(shí)，R(0)=1;當(dāng)t=時(shí)，R()=0。我們把t時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后的單位時(shí)間發(fā)生失效的概率與t時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品數(shù)之比稱為瞬時(shí)失效率(Failure Rate)，用l (t)表示，簡(jiǎn)稱失效率。它反映電源系統(tǒng)或設(shè)備在t時(shí)刻失效的速率,也稱為瞬時(shí)失效率。電源系統(tǒng)或設(shè)備的失效率遵循下面的浴盆曲線：瞬時(shí)失效率t偶然失效期早期失效

4、期損耗失效期規(guī)定的失效率使用壽命時(shí)間t圖2電源系統(tǒng)或設(shè)備在運(yùn)行初期的故障失效率t較高，如圖2，主要是由于設(shè)計(jì)缺陷、元器件質(zhì)量、制造技術(shù)、安裝調(diào)試問題等方面產(chǎn)生的系統(tǒng)故障，一般成批出現(xiàn)，稱為早期失效期。設(shè)備出廠前進(jìn)展整機(jī)檢驗(yàn)和環(huán)境老化處理是預(yù)防早期失效的主要方法。早期失效的問題全部發(fā)現(xiàn)和解決后，電源系統(tǒng)或設(shè)備失效率t迅速下降，趨于穩(wěn)定，一直到壽命后期的故障高發(fā)階段為止，很少發(fā)生失效，故障的產(chǎn)生原因具有隨機(jī)性，這個(gè)期間叫做偶然失效期。在偶然失效期，失效率t近似為常數(shù)，這一階段是電源系統(tǒng)或設(shè)備的可靠工作期，也是最正確狀態(tài)期，電源系統(tǒng)或設(shè)備的使用壽命主要取決于這一階段的時(shí)間。電源系統(tǒng)或設(shè)備在偶然失效期

5、的失效服從指數(shù)分布，其可靠度：公式2偶然失效期也決定著產(chǎn)品的壽命。對(duì)可維修產(chǎn)品而言，其平均壽命是指兩次故障間的時(shí)間平均值，稱平均故障間隔時(shí)間，用MTBF表示Mean Time Between Failures。它代表的物理含義是電源系統(tǒng)或設(shè)備無故障工作時(shí)間的平均值。 公式3從公式5我們可以得出，電源系統(tǒng)或設(shè)備的平均無故障工作時(shí)間與瞬時(shí)失效率成倒數(shù)關(guān)系。稱平均故障間隔時(shí)間長(zhǎng)，瞬時(shí)失效率就低。UPS主機(jī)的選型對(duì)于網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載而言，只要出現(xiàn)瞬間的供電中斷故障，就可能會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓，那時(shí)無論釆用什么措施來縮短UPS的維修時(shí)間，也無法彌補(bǔ)長(zhǎng)達(dá)幾十分鐘到幾小時(shí)的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)間所造成的危害。因此給網(wǎng)絡(luò)

6、效勞器等重要負(fù)載供電的設(shè)備必須選用MTBF指標(biāo)高的、性能先進(jìn)的名牌產(chǎn)品。 MTBF參數(shù)是電源系統(tǒng)或設(shè)備選型最重要的指標(biāo)之一。YD/T1051-2000通信局站電源系統(tǒng)總技術(shù)要求對(duì)交流不連續(xù)電源設(shè)備的可靠性規(guī)定如下：在使用壽命期間，MTBF應(yīng)1105h，即11.4年，現(xiàn)在進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)UPS的MTBF一般都在10萬小時(shí)以上，有的UPS標(biāo)明MTBF是330萬小時(shí)，不同品牌UPS的可靠性指標(biāo)是有明顯差異的。大量的UPS運(yùn)行實(shí)踐說明：額定輸出功率大于15KVA的大容量UPS，其MTBF值較大，可靠性也較高。因此，當(dāng)我們?cè)谝?guī)劃、設(shè)計(jì)給IDC機(jī)房/電信機(jī)房網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載供電的UPS時(shí)，應(yīng)盡可能地選用大

7、容量的UPS主機(jī)和釆用集中供電設(shè)計(jì)方案。選擇UPS的額定容量的根本原則是總視在功率、總有功功率P、總無功功率都必須滿足負(fù)載要求。選擇UPS的額定容量時(shí)還必須考慮沖擊電流、峰值電流、過載能力、負(fù)載突變等因素，必要時(shí)進(jìn)展補(bǔ)償。另外UPS的額定容量不宜接近負(fù)載功率。因?yàn)閁PS長(zhǎng)期處于重載運(yùn)行狀態(tài)，逆變器輸出波形將發(fā)生畸變，輸出電壓會(huì)大幅度波動(dòng)，造成UPS的性能和可靠性下降，所以極易造成網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載損壞和UPS逆變器損壞；UPS額定容量也不宜較負(fù)載過大，UPS過度輕載運(yùn)行雖有利于降低逆變器的損壞概率，但可能造成大量的空載損耗和蓄電池的深度放電。所以UPS負(fù)載量不宜長(zhǎng)期超過其額定容量的70%，也

8、不應(yīng)低于其額定容量的20%。雙變換在線式UPS電源能夠確保負(fù)載與市電處于真正隔離狀態(tài)，十分有利于防止來自市電的各種干擾串入到用戶的負(fù)載上，其處理電網(wǎng)干擾的能力最強(qiáng)。為確保網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載的正常工作，盡可能創(chuàng)造優(yōu)良的電源運(yùn)行環(huán)境，所以應(yīng)首選雙變換在線式UPS。在線式UPS有高頻機(jī)和工頻機(jī)兩種機(jī)型。高頻機(jī)輸出一般不帶隔離變壓器，輸出零線一般存在高頻電流，主要來自UPS高頻逆變器的脈動(dòng)電流、負(fù)載的諧波干擾等，其干擾電壓不僅數(shù)值高而且難以消除，容易提高輸出端的零-地電壓。工頻機(jī)一般帶隔離變壓器，其輸出端的零地電壓較低，而且高頻分量較少。大量運(yùn)行實(shí)踐證明，如果UPS輸出端中線對(duì)地線的干擾電位大于1V

9、，容易導(dǎo)致計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊的誤碼率增高。所以對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信平安來講，降低零-地電壓非常重要。還有一些負(fù)載要求輸入與輸出全隔離，所以UPS必須配置輸出隔離變壓器。但需要注意的是，工頻UPS雖然標(biāo)準(zhǔn)配置輸出變壓器，但其隔離效果不一定完善，主要是由于一些工頻UPS的旁路電源連接到UPS的市電輸入，所以UPS的輸出隔離變壓器的中性線與UPS輸入市電的零線也連通，所以只有帶雙隔離變壓器才能將逆變輸出與UPS市電輸入和旁路輸入完全隔離。工頻機(jī)在抗干擾方面優(yōu)于高頻機(jī)，所以對(duì)于給網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載供電的UPS還應(yīng)以工頻機(jī)為首選。選擇UPS除了根據(jù)各種UPS的抗干擾性能以外，還應(yīng)參考UPS的設(shè)計(jì)、制造

10、、配套、效勞等綜合質(zhì)量，應(yīng)選擇全數(shù)字化、高標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)指標(biāo)、高效率低噪聲的UPS。大型UPS應(yīng)具有蓄電池智能化管理功能，以延長(zhǎng)電池的壽命。必須選用高質(zhì)量的蓄電池才能保證UPS主機(jī)的可靠性。鑒于市場(chǎng)上的密封免維護(hù)蓄電池質(zhì)量良莠不齊，蓄電池的品牌的選擇順序應(yīng)該是：國(guó)際的名牌廠家、國(guó)的合資企業(yè)、引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的大型國(guó)企業(yè)、一般國(guó)企業(yè)。就蓄電池的選型方面來說：閥控吸附式蓄電池比閥控式膠體蓄電池壽命短，12V蓄電池比2V蓄電池的壽命短。綜上所述，選購(gòu)UPS應(yīng)遵循以下根本原則：選擇抗干擾性能較好的在線雙變換式工頻UPS主機(jī)。選擇旁路輸出帶隔離變壓器的UPS。輸入功率因素大于0.9的UPS，具有恒壓限流功能的U

11、PS。選擇優(yōu)秀品牌和負(fù)載量在20%70%的UPS主機(jī)。選擇優(yōu)秀品牌和總?cè)萘?h的2組的蓄電池組。選擇電磁兼容性好、電池自動(dòng)管理功強(qiáng)的UPS。選擇操作簡(jiǎn)便，能夠防止誤操作的UPS。選擇并機(jī)冗余性能較好的UPS。選擇操作簡(jiǎn)便，能夠防止誤操作的UPS。 UPS并機(jī)系統(tǒng)的可靠性隨著Internet網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)、IDC機(jī)房的飛速開展，用戶對(duì)UPS電源系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求，但是，如果從UPS單機(jī)的角度來看，無論其技術(shù)如何開展，仍然擺脫不了容量和可靠性的限制。這是因?yàn)閷?duì)于可靠性為99.999 的UPS產(chǎn)品來說 ，它在一年中可能造成的互聯(lián)網(wǎng)的停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)315s，即使將UPS產(chǎn)品的可靠性提高到99.

12、999999 ，在一年中可能造成的停機(jī)時(shí)間仍有320ms之長(zhǎng)。對(duì)于IDC機(jī)房而言，如果真的發(fā)生長(zhǎng)達(dá)320ms的停機(jī)故障 ，它會(huì)帶來巨大的損失。這是因?yàn)楫?dāng)前多數(shù)計(jì)算機(jī)所允許的瞬間供電中斷時(shí)間為1018ms，否則就會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)效勞器的重新啟動(dòng)或硬盤損壞。因此，要想保證網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載連續(xù)不連續(xù)的運(yùn)行，單純靠提高UPS單機(jī)的可靠性是沒有出路的。我們只能制備出故障率越來越低的UPS產(chǎn)品，還制造不出故障率為零的UPS產(chǎn)品。解決UPS輸出單點(diǎn)瓶頸的措施則如何實(shí)現(xiàn)UPS的容量和可靠性的提高呢.在單機(jī)的根底上，我們可以通過增加一定的冗余來提高UPS電源系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)使用1臺(tái)UPS向網(wǎng)絡(luò)電源系統(tǒng)供電，一旦這

13、臺(tái)UPS出現(xiàn)故障而斷電，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就會(huì)癱瘓,這就形成了單點(diǎn)瓶頸。解決UPS輸出單點(diǎn)瓶頸的主要措施有以下三種：雙機(jī)主從式熱備份。將作為從機(jī)的UPS輸出接到主機(jī)的旁路輸入，平時(shí)由主機(jī)供電，從機(jī)處于備份。當(dāng)主機(jī)故障時(shí)，負(fù)載切換至主機(jī)旁路，由從機(jī)承當(dāng)供電任務(wù)。此電源系統(tǒng)構(gòu)造和控制比擬簡(jiǎn)單，但存在兩機(jī)的元件老化程度不均勻、電源系統(tǒng)負(fù)載不能超過單機(jī)容量而且以后無法擴(kuò)容的缺點(diǎn)。并機(jī)式熱備份。兩臺(tái)或多臺(tái)UPS并聯(lián)運(yùn)行，同時(shí)向負(fù)載均分供電，當(dāng)其中一臺(tái)故障時(shí)，該UPS從電源系統(tǒng)中脫離，由剩余UPS均分負(fù)載。此方案的優(yōu)點(diǎn)是易于擴(kuò)容，通過冗余備份能夠提高供電的可靠性，但也存在各UPS在向負(fù)載供電同時(shí)，還在UPS部的逆變

14、器間形成環(huán)流缺點(diǎn)，當(dāng)環(huán)流過大，將直接危及逆變器平安。一般來說，供電電源系統(tǒng)中并機(jī)數(shù)量越多，UPS電源系統(tǒng)發(fā)生故障的概率也越大。選擇式熱備份。兩臺(tái)UPS同時(shí)工作，通過靜態(tài)開關(guān)選擇其中一臺(tái)UPS的輸出向負(fù)載供電，UPS分別互為備用，只有當(dāng)兩臺(tái)UPS同時(shí)故障時(shí)，電源系統(tǒng)將負(fù)載切至兩臺(tái)UPS共同的靜態(tài)旁路，由市電繼續(xù)向負(fù)載供電。該方案沒有上述故障點(diǎn)，任何一臺(tái)UPS局部或整體發(fā)生故障，電源系統(tǒng)仍能繼續(xù)向負(fù)載供電，由于只有一臺(tái)逆變器真正輸出，故也不存在逆變器間的環(huán)流，但是靜態(tài)開關(guān)成了單點(diǎn)瓶頸，此模式類似單機(jī)運(yùn)行模式，帶載能力相對(duì)差且不易擴(kuò)容。以上三種冗余方式中，并機(jī)式熱備份可靠性最高。即由2臺(tái)以上的UPS

15、并聯(lián)向網(wǎng)絡(luò)電源系統(tǒng)供電，至少冗余一臺(tái)UPS的容量，那末即使1臺(tái)UPS出了故障，其他的UPS仍可正常向網(wǎng)絡(luò)電源系統(tǒng)供電，沒有單路瓶頸問題，這樣UPS電源系統(tǒng)可靠性就大大提高了。并聯(lián)系統(tǒng)構(gòu)造的可靠性2臺(tái)或2臺(tái)以上UPS并機(jī)工作，只要有一臺(tái)UPS不失效就能保證整個(gè)系統(tǒng)正常工作的并機(jī)系統(tǒng)叫做并聯(lián)冗余系統(tǒng)，其可靠性構(gòu)造如圖3。圖3根據(jù)圖3，我們得出并聯(lián)電源系統(tǒng)的各組成局部必須同時(shí)發(fā)生故障才能引起電源系統(tǒng)的失效，所以并聯(lián)電源系統(tǒng)的總可靠度R(t)為： RS(t)=1-1-R1(t)1-R2(t)1-Rn(t)公式4從公式18可見并聯(lián)的電源子系統(tǒng)越多，電源系統(tǒng)的總可靠度越大。并聯(lián)電源系統(tǒng)的總可靠度大于任何一

16、個(gè)子系統(tǒng)的可靠度。所以當(dāng)一臺(tái)UPS組成的電源系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)無法滿足網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載要求時(shí)，我們可以采取增加并聯(lián)UPS的數(shù)量來增加電源系統(tǒng)的可靠性。UPS并聯(lián)組成的電源系統(tǒng)不僅能夠提高UPS的可靠性，而且還能增加UPS電源系統(tǒng)的容量。兩臺(tái)UPS并機(jī)冗余UPS主機(jī)可以通過外加并機(jī)柜方式并聯(lián)，并機(jī)柜提供同步和均流控制，同時(shí)提供并聯(lián)電源系統(tǒng)的總靜態(tài)旁路；也可以在每臺(tái)UPS安裝一套邏輯控制板，控制各臺(tái)機(jī)器的同步及均流輸出，UPS輸出直接.并聯(lián)。UPS并聯(lián)必須滿足以下條件： 相位和幅值一樣，以保證UPS之間無破壞性的環(huán)流產(chǎn)生。負(fù)載均分。兩臺(tái)UPS并聯(lián)后，每臺(tái)UPS輸出電流均為負(fù)載電流的一半。 統(tǒng)一切

17、換。當(dāng)并聯(lián)UPS電源系統(tǒng)中任何一臺(tái)的逆變器出現(xiàn)故障包括過載、短路和電池過放電而停頓工作等時(shí)，均不能將本身的負(fù)載單獨(dú)轉(zhuǎn)到旁路通道，而是將負(fù)載分配到與其并聯(lián)的其它UPS上去，只有并聯(lián)電源系統(tǒng)中所有UPS的逆變器都停頓工作時(shí)，才集體轉(zhuǎn)到旁路上。目前的并聯(lián)電源系統(tǒng)中，主要是包括整流器輸出并聯(lián)、逆變器輸出并聯(lián)、靜態(tài)旁路并聯(lián)。正常時(shí)兩臺(tái)整流器同時(shí)向兩逆變器供電，并向兩組電池充電，蓄電池組也可以并聯(lián)，甚至幾臺(tái)UPS公用一套電池組。兩臺(tái)UPS平時(shí)可各帶50負(fù)載，當(dāng)一臺(tái)UPS有故障時(shí)，另一臺(tái)可帶100負(fù)載繼續(xù)供電。當(dāng)兩臺(tái)UPS同時(shí)有故障時(shí)，可經(jīng)UPS靜態(tài)旁路開關(guān)轉(zhuǎn)到旁路供電。圖4是兩臺(tái)UPS并聯(lián)冗余連接的原理圖

18、。圖4圖4就是把2臺(tái)具有直接并機(jī)功能的UPS輸出端直接連接在一起，UPS置的并機(jī)板實(shí)現(xiàn)并機(jī)UPS的輸出同相位、等電壓、負(fù)載均分，并機(jī)UPS之間的環(huán)流小于1%，同時(shí)UPS具有的高級(jí)并機(jī)管理功能，使得整個(gè)并機(jī)電源系統(tǒng)的操作與單機(jī)的操作完全一樣，通過操作并機(jī)電源系統(tǒng)中任何一臺(tái)UPS的面板，就可以操作整個(gè)并機(jī)電源系統(tǒng)。該電源系統(tǒng)將兩臺(tái)UPS的電池組輸入，整流器輸出及逆變器輸出并聯(lián)，并共用旁路，正常時(shí)兩臺(tái)整流器同時(shí)向兩逆變器供電，并向蓄電池組充電。蓄電池組是影響UPS解決電源故障能力的關(guān)鍵部件之一，所以蓄電池組應(yīng)采用并聯(lián)冗余，同時(shí)兩臺(tái)UPS的整流器也應(yīng)采取并聯(lián)工作的方式。這樣可以大大降低蓄電池或整流器失

19、效對(duì)UPS所產(chǎn)生的影響。1+n并機(jī)冗余電源系統(tǒng)的可靠性1+n并聯(lián)冗余即1臺(tái)UPS工作，n臺(tái)UPS并聯(lián)冗余，1+n并聯(lián)冗余系統(tǒng)中只要有1臺(tái)UPS正常工作，網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載就能保證正常工作。1+n電源系統(tǒng)的可靠度為：公式51+n并機(jī)冗余電源系統(tǒng)n=09的可靠性分布如圖5。圖5由圖5可見，隨著并機(jī)數(shù)量的增加，1+n并機(jī)冗余電源系統(tǒng)的可靠度也隨著增長(zhǎng)，但是并非隨n的增加而線性增長(zhǎng)，隨著并機(jī)數(shù)量的增加，1+n并機(jī)冗余電源系統(tǒng)的可靠性增長(zhǎng)幅度逐漸減小，尤其當(dāng)單機(jī)可靠度到達(dá)0.9以上、n由1增加到2及以上時(shí)，即1+1增加到1+2以上時(shí)，系統(tǒng)總可靠度的增加效果不明顯。顯而易見1+1并機(jī)冗余電源系統(tǒng)的可靠性

20、增長(zhǎng)幅度最大。另外在1+n并機(jī)冗余電源系統(tǒng)中，n2時(shí)，工程造價(jià)過高，一般工程很難承受，所以實(shí)際中很少采用n2的1+ n并機(jī)冗余電源系統(tǒng)。n臺(tái)UPS并聯(lián)，必須保證每臺(tái)UPS的輸出電流是總輸出電流的1/n，至少其相互之間的最大不平衡度要在要求圍一般是小于2%。這個(gè)指標(biāo)就限制了并聯(lián)臺(tái)數(shù)的增加，在市面上，我們可以看到各個(gè)品牌實(shí)現(xiàn)并機(jī)的臺(tái)數(shù)也不完全一樣，一般可做到4臺(tái)并聯(lián)，有的可高達(dá)9臺(tái)并聯(lián)。n+1并機(jī)冗余電源系統(tǒng)的可靠性n+1并機(jī)冗余電源系統(tǒng)是在n臺(tái)UPS并機(jī)工作的根底上，再并聯(lián)一臺(tái)的UPS單機(jī)進(jìn)展冗余備份。n+1并機(jī)冗余供電系統(tǒng)中有任何1臺(tái)設(shè)備失效，系統(tǒng)都能正常工作，所以n+1并機(jī)冗余電源系統(tǒng)又叫做

21、表決電源系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中被廣泛采用。為使n+1并機(jī)冗余電源系統(tǒng)具有必要的容錯(cuò)功能，要求用戶的最大負(fù)載量不應(yīng)超過n臺(tái)UPS單機(jī)的總輸出功率。當(dāng)n+1并機(jī)冗余電源系統(tǒng)正常工作時(shí)，由n1臺(tái)UPS單機(jī)來平均分擔(dān)負(fù)載電流。當(dāng)*臺(tái)UPS出故障時(shí)，其余的UPS將自動(dòng)重新分擔(dān)負(fù)載電流。在轉(zhuǎn)換期間，UPS的輸出供電沒有任何連續(xù)，完全保證負(fù)載連續(xù)運(yùn)行的需要。在故障UPS維修完成后，同樣可以無連續(xù)地重新并入電源系統(tǒng)。n+1并機(jī)冗余系統(tǒng)的可靠度計(jì)算如公式6。( n1) 公式6n +1并機(jī)冗余系統(tǒng)，n=19時(shí)的可靠度如圖6。圖6從圖6中可以看出n越大n+1并機(jī)冗余系統(tǒng)的可靠度越低；當(dāng)單機(jī)可靠度大于90%，而且n4時(shí)，

22、n+1冗余系統(tǒng)的可靠度與單機(jī)可靠度相比有所加強(qiáng)；當(dāng)n5時(shí)，n+1冗余系統(tǒng)的可靠度一般比單機(jī)可靠度小。這時(shí)要提高n+1并機(jī)冗余電源系統(tǒng)的可靠性，必須提高單機(jī)的可靠度。從圖6可見當(dāng)n=2、單機(jī)可靠度50%時(shí)，n+1冗余并機(jī)系統(tǒng)的可靠度小于單機(jī)的可靠度，而當(dāng)n=2、單機(jī)可靠度50%時(shí)，n+1冗余并機(jī)系統(tǒng)的可靠度大于單機(jī)的可靠度。即：2+1并機(jī)冗余電源系統(tǒng)只要單機(jī)可靠度大于0.5，系統(tǒng)的可靠度比單機(jī)有了較大幅度的增高。2+1并機(jī)冗余電源系統(tǒng)就是2/3表決電源系統(tǒng)，其電源系統(tǒng)可靠度計(jì)算公式為：-2公式7因此，當(dāng)最經(jīng)濟(jì)可靠的11型并機(jī)冗余電源系統(tǒng)容量不能滿足負(fù)載要求時(shí)， 21 型UPS并機(jī)冗余電源系統(tǒng)就成

23、為最正確選擇。在設(shè)計(jì)一樣輸出功率的電源系統(tǒng)時(shí)，宜選用UPS單機(jī)容量大、可靠性高、并機(jī)數(shù)量少的n1型冗余并機(jī)電源系統(tǒng)，典型配置為1+1和21 冗余并機(jī)電源系統(tǒng)。不宜選用UPS單機(jī)容量小、可靠性低、并機(jī)數(shù)量多的n1型冗余并機(jī)電源系統(tǒng)，比方：51及以上并機(jī)電源系統(tǒng)。這是因?yàn)楹笳叽嬖诠收下矢?、設(shè)備采購(gòu)本錢高、機(jī)房局部承重超標(biāo)等弊端。所以給網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載供電的UPS并機(jī)臺(tái)數(shù)增加到3臺(tái)以上時(shí)，就應(yīng)該采取分散供電，重新建立冗余并機(jī)電源系統(tǒng).n + m并聯(lián)冗余電源系統(tǒng)的可靠性隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的開展網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的不斷增加，對(duì)UPS容量的要求越來越大。大容量的UPS供電系統(tǒng)有兩種構(gòu)成方式：一種是采用單臺(tái)大容量UPS

24、；另一種是在UPS單機(jī)部采用功率模塊組成nm冗余并聯(lián)構(gòu)造。前者的缺點(diǎn)是本錢高、可靠性差，一旦出現(xiàn)故障將會(huì)引起供電癱瘓。后者的好處是提高了供電的靈活性，提高了UPS的可靠性、同時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，便于維修更換等。在設(shè)計(jì)UPS供電電源系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)時(shí)刻牢記：可靠性第一、本錢第二，即本錢服從于可靠性的設(shè)計(jì)原則。當(dāng)電源系統(tǒng)必須擴(kuò)容并機(jī)時(shí)，n + m是目前最可靠的供電構(gòu)造。 nm冗余并聯(lián)技術(shù)是專門為了提高UPS的可靠性和熱維修,也稱作熱插拔和熱更換hotplug in而采用的一種新技術(shù)。所謂nm冗余并聯(lián)，是指在一個(gè)UPS單機(jī)部，采用nm個(gè)一樣的電源模塊power supply units，簡(jiǎn)稱PS

25、U并聯(lián)組成UPS整機(jī)。其中n代表向負(fù)載提供額定電流的模塊個(gè)數(shù)，m代表冗余模塊個(gè)數(shù)，也就是電源系統(tǒng)可以同時(shí)承受的故障UPS數(shù)，當(dāng)m越大，電源系統(tǒng)的可靠度就會(huì)越高，但UPS電源系統(tǒng)的本錢也越高。在正常運(yùn)行時(shí)UPS由nm個(gè)模塊并聯(lián)向負(fù)載供電，每個(gè)模塊平均負(fù)擔(dān)1/(nm)的負(fù)載電流，當(dāng)其中*一個(gè)或k個(gè)km模塊故障時(shí)，就自行退出供電，而由剩下的nmk個(gè)模塊繼續(xù)均分負(fù)載電流，從而保證了網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載的不連續(xù)供電。n + m并聯(lián)冗余電源系統(tǒng)也就是n/(n + m)表決電源系統(tǒng)，其可靠度的計(jì)算公式如公式8。公式8單機(jī)可靠度為0.9、0.8、0.7時(shí)，并機(jī)數(shù)量n為110臺(tái)、冗余數(shù)量m為010臺(tái)的電源系統(tǒng)可

26、靠度分布如圖7、圖8、圖9。圖7圖8圖9n+1并機(jī)冗余電源系統(tǒng)的可靠度不能滿足要求時(shí)，必須采用(n + m)并機(jī)冗余電源系統(tǒng)，比擬圖7、圖8、圖9三個(gè)圖形中可以看出:隨著冗余數(shù)量m增加，(n + m)并機(jī)冗余電源系統(tǒng)的可靠度開場(chǎng)增加較快，以后趨緩，也就是說冗余數(shù)量m超過n時(shí)，再繼續(xù)增加m，對(duì)于提高(n+m)并機(jī)冗余電源系統(tǒng)的可靠度沒有明顯效果。所以冗余數(shù)量m的選定應(yīng)根據(jù)并機(jī)數(shù)量n和單機(jī)可靠度共同來確定，單機(jī)可靠度低，冗余數(shù)量m應(yīng)該增加，一般來說mn；當(dāng)并機(jī)數(shù)量n增加時(shí)，m也應(yīng)該增加。綜上所述，提高UPS電源系統(tǒng)給網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載供電的可靠性除了選擇優(yōu)秀的UPS主機(jī)以外，采用1+1、2+1或

27、者n+m并機(jī)冗余電源系統(tǒng)是提高系統(tǒng)容量和可靠性關(guān)鍵。單路瓶頸問題是制約UPS供電系統(tǒng)可靠性的主要癥結(jié)，而解決單路瓶頸問題的唯一途徑就是采用適當(dāng)?shù)牟⒙?lián)冗余。當(dāng)單機(jī)容量能夠滿足負(fù)載需要時(shí)就盡量采用1+1并聯(lián)冗余系統(tǒng)；當(dāng)必須兩臺(tái)以上并聯(lián)才能滿足負(fù)載需要時(shí)，就采用2+1或n+mmn并機(jī)組和系統(tǒng)。兩臺(tái)UPS 1+1冗余并機(jī)給網(wǎng)絡(luò)效勞器單路供電的可靠度據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)：79%的故障來源于輸出端與負(fù)載之間的供電線路，例如保險(xiǎn)絲燒毀、斷路器跳閘、不慎短路等；11%的故障來源于UPS機(jī)組及電池組；其他故障占10%左右。所以提高UPS電源系統(tǒng)給網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載供電的可靠性除了建立優(yōu)秀的UPS并機(jī)冗余電源系統(tǒng)以外

28、，還必須重視和改善網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載的輸入配電電路和電源的可靠性。這些組成局部看起來比擬簡(jiǎn)單，實(shí)際的故障率卻高于UPS電源系統(tǒng)，主要原因是很多配供電線路采用單路空開輸出到單路網(wǎng)絡(luò)效勞器電源，對(duì)網(wǎng)絡(luò)效勞器來說存在著嚴(yán)重的單路瓶頸。圖13就是采用1+1并機(jī)冗余的UPS電源系統(tǒng)，從UPS配電箱單路輸出給單路網(wǎng)絡(luò)效勞器電源的電路模型。前部市電通過ATS進(jìn)入通信電源機(jī)房的交流配電屏柜，從交流配電柜的兩個(gè)斷路器接到兩臺(tái)UPS的市電輸入端，兩臺(tái)UPS的輸出直接在UPS配電箱并聯(lián)或通過并機(jī)柜并聯(lián)，然后連接到UPS配電箱。UPS并機(jī)冗余供電方式同時(shí)具有容錯(cuò)和擴(kuò)容雙重功能，是目前比擬理想的并機(jī)冗余方式之一，但是

29、給網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載的供電只能從輸出配電箱單路引出，所以仍然存在從市電輸入機(jī)房市電輸入開關(guān)機(jī)房交流屏和從UPS并機(jī)輸出配電箱支路開關(guān)網(wǎng)絡(luò)效勞器插座網(wǎng)絡(luò)效勞器電源的兩個(gè)單路的瓶頸。圖10為計(jì)算方便，暫時(shí)不考慮旁路通道和維修通道的輔助作用，把蓄電池和UPS主機(jī)的可靠度性合在一起計(jì)算UPS整機(jī)的可靠度。假設(shè)市電的可靠度為1，假定UPS供電系統(tǒng)各組成局部的可靠度如表1。機(jī)房市電輸入開關(guān)R1交流屏UPS支路開關(guān)R2UPS整機(jī)R3UPS并機(jī)配電箱(柜) R4UPS輸出支路開關(guān)R5網(wǎng)絡(luò)效勞器插座R6網(wǎng)絡(luò)效勞器開關(guān)電源R7自動(dòng)切換靜態(tài)開關(guān)R8)0.99980.99980.9990 0.99970.99980

30、.9950.99920.9995表1網(wǎng)絡(luò)效勞器設(shè)備電源的可靠度計(jì)算如公式9：Rs=R1*R2*1-1- R3*R4*R5*R6*R7=0.99361 公式9從公式9中可見兩臺(tái)UPS并機(jī)后單路輸出供電的電路模型中網(wǎng)絡(luò)效勞器電源的可靠度較低，同時(shí)也低于表9中電源系統(tǒng)各組成局部的可靠度。主要原因是UPS輸入和輸出兩側(cè)都存在單路瓶頸。它們?nèi)魏我粋€(gè)環(huán)節(jié)出故障都會(huì)使網(wǎng)絡(luò)效勞器宕機(jī)。兩臺(tái)獨(dú)立工作的UPS分別給兩路網(wǎng)絡(luò)效勞器冗余電源供電的可靠度在UPS輸入側(cè)建立同時(shí)工作或者無中斷切換的兩路市電是很難的，但是我們可以想方法建立網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載的雙路輸入電源，即雙路供電。具體解決方案如下：網(wǎng)絡(luò)效勞器設(shè)置硬件雙

31、備份，由UPS輸出配電箱的兩個(gè)獨(dú)立的分路開關(guān)分別輸出到網(wǎng)絡(luò)效勞器的兩個(gè)插座上，如圖11、圖12。限于技術(shù)和本錢條件的限制，有些重要負(fù)載的附屬設(shè)備如：SCP中的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、路由器、防火墻等采用單電源供電方式，為了提高可靠性只能而采取了兩套硬件雙備份的配置方案，保證在一路網(wǎng)絡(luò)效勞器電源發(fā)生故障的情況下，仍然有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)效勞器正常供電，所以大大提高了網(wǎng)絡(luò)效勞器電源的可靠性。配置SSI標(biāo)準(zhǔn)并機(jī)冗余電源的網(wǎng)絡(luò)效勞器。一臺(tái)配置了SSI標(biāo)準(zhǔn)的并機(jī)冗余電源的網(wǎng)絡(luò)效勞器具有兩個(gè)電源插頭，分別接到兩路電源插座上，如圖11、圖12。圖11是兩臺(tái)UPS不并機(jī)，分別獨(dú)立輸出兩路給網(wǎng)絡(luò)效勞器的兩路冗余電源供電的具體電路模型

32、。圖11兩臺(tái)UPS分別獨(dú)立輸出兩路給網(wǎng)絡(luò)效勞器設(shè)備電源供電的可靠度計(jì)算如公式10。Rs=R1*R2*1-1-R3*R5*R6*R72 =0.99955公式10兩臺(tái)UPS 1+1冗余并機(jī)分別給兩路網(wǎng)絡(luò)效勞器冗余電源供電的可靠度兩臺(tái)UPS 1+1冗余并機(jī)，輸出雙路分別給兩路網(wǎng)絡(luò)效勞器冗余電源供電。其電路模型如圖12：圖12兩臺(tái)UPS 1+1冗余并機(jī)分別給兩路網(wǎng)絡(luò)效勞器冗余電源供電的可靠度計(jì)算如公式11。Rs=R1*R2*1-1- R3*R4*1-1- R5*R6*R7 =0.99956公式11兩套1+1并機(jī)冗余的UPS系統(tǒng)輸出雙路總線分別給兩路網(wǎng)絡(luò)效勞器冗余電源供電的可靠度對(duì)于具有兩套UPS并機(jī)電

33、源系統(tǒng)的通信機(jī)房，其網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載供電可以采取每套UPS并機(jī)冗余電源系統(tǒng)各輸出一路總線，分別給網(wǎng)絡(luò)效勞器電源供電。具體電路構(gòu)造如圖13。圖13兩套1+1并機(jī)冗余的UPS系統(tǒng)輸出雙路總線分別給兩路網(wǎng)絡(luò)效勞器冗余電源供電的可靠度計(jì)算如公式12。Rs=1-1-R1*R2*1-1- R3*R4* R5*R6*R7 =0.999959公式12兩套1+1并機(jī)冗余的UPS系統(tǒng)輸出雙路總線單路零切換給網(wǎng)絡(luò)效勞器冗余電源供電的可靠度對(duì)于只有一路輸入的網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載，除了1+1并機(jī)冗余的UPS單路輸出給網(wǎng)絡(luò)效勞器單電源供電以外，還可以利用兩套1+1并機(jī)冗余的UPS輸出的雙路總線，采取零切換切換給網(wǎng)絡(luò)效

34、勞器單電源供電的方式，兩套1+1并機(jī)冗余的UPS電源系統(tǒng)平時(shí)需要同步工作，分別提供一路輸出作為總線電源，同時(shí)1+1并機(jī)冗余的UPS電源系統(tǒng)也可以給各自的其他負(fù)載提供電源。通過零切換靜態(tài)開關(guān)給網(wǎng)絡(luò)效勞器等重要負(fù)載提供單路電源，靜態(tài)開關(guān)平時(shí)只使用一套并機(jī)電源系統(tǒng)的總線支路輸出，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)切換到另一套并機(jī)電源系統(tǒng)的總線支路上。將正常工作的1+1并機(jī)冗余的UPS的輸出電壓不連續(xù)地轉(zhuǎn)接過來，保證了供電的連續(xù)性。其電路模型如圖14。圖14兩套1+1并機(jī)冗余的UPS系統(tǒng)輸出雙路總線零切換單路給網(wǎng)絡(luò)效勞器冗余電源供電的可靠度計(jì)算如公式13。Rs=1-1-R1*R2*1-1- R3*R4 * R5*R82*R6*R7=0.998399公式13綜述上述各種網(wǎng)絡(luò)效勞器供電的相對(duì)可靠度計(jì)算如表2。序號(hào)UPS和網(wǎng)絡(luò)效勞器電源的供電系統(tǒng)組成方式系統(tǒng)的相對(duì)可靠度1兩臺(tái)UPS 1+1冗余并機(jī)給網(wǎng)絡(luò)效勞器單路供電0.993612兩臺(tái)UPS分別獨(dú)立輸出兩路給網(wǎng)絡(luò)效勞器設(shè)備電源供電0.999553兩臺(tái)UPS 1+1冗余并機(jī)分別給兩路網(wǎng)絡(luò)效勞器冗余電源供電0.999564兩套1+1并機(jī)冗余的UPS系統(tǒng)輸出雙路