数据中心供配电系统检测验收的意义

随着各种规模的数据中心大量涌现和数据中心的重要性越来越大,数据中心的不间断运行已成为其本身的基本条件。数据中心的验收检测也已成为不可缺少的必要手段。本文通过一些实例阐述了数据中心验收检测重要性,更通过一些实例说明不进行验收检测造成的故障和损失。文中也提出了一些验收检测中的缺项和这些缺项实现的可操作性及操作的方法。同时也提出了存在隐患地方和消除隐患的措施。

一、概述

　　近几年随着信息技术的飞速发展,各种规模数据中心的建设也如雨后春笋遍地破土。数据中心的大量涌现就带来了一个新的问题,即可靠性质量问题。以往的做法是设备安装齐备后简单地加载考机一段时间就开始进入正式运行阶段。在以前由于数据中心的规模小和数量少,加之重要性也没有现代大,即使出点问题也损失不大,不易引起人们的重视。但现代大数据、物联网、互联网、人工智能和元宇宙等大都进入各个领域,已经成为人们生活中不可缺少的部分,数据中心的重要性和高可靠性就更显突出。比如有一个数据中心故障停机仅两小时就影响十三个省的金融机构正常运行,可以想象,每个省的金融机构就已经牵涉到成千上万单位和个人的生活利益,比如这些单位和个人在这个时段从银行里取不出钱,这其中就又不乏有救命的钱和重大交易的钱,其损失可以想象得出有多大,更何况是十三个省,这又是一个什么概念。

　　为了保证数据中心建设质量问题,就出现了一个新的行业,即数据中心检测验收机构。测验收机构的出现在一定意义上提高了数据中心的运行可靠性。数据中心检测验收机构从开始的几个、几十个到现在的数百个;其检测项目也从开始的几十项到现在的上百项。这些检测项目基本上以数据中心的物理基础设施为主。数据中心所需要解决的问题和人一样,衣、食、住、行。数据中心的衣、食、住供配电和空调系统是大头,而供配电又是基础的基础。在检测中往往就在这个问题上出现纰漏,因此也出现了一些不该出现的问题,造成了不应有的损失。

　　二、供配电系统的检测

　　2.1 配电站输入变压器

　　图1所示为京北一数据中心配电站变压器空载高温图片。在验收检测中发现UPS不能加重载,当负载加到四分之一值时1500kVA变压器叫声大震,并伴有冒烟现象;在切断变压器所有负载情况下该变压器温度表指示54.4℃,即在空载情况下变压器已经严重发热,显然变压器存在短路匝。其高温由短路造成的涡流所致。

此案例出现在北方一数据中心,按照GB50174-2008的要求,该数据中采用了2N模式供电系统。根据实测该机房要求供电容量为710kVA,所以2N模式供电系统采用了两套输入功率因数(误称输出功率因数)为0.8的400kVA×2=800kVA的UPS配置,如图4所示。设计者认为即使在一边故障时,另一套系统的800kVA-710kVA=90kVA,也仍然多出了13%的容量,富富有余。发电机余量就更大,500kVA×3=1500kVA,其负载功率因数也是0.8,即每一台发电机的输出功率为500kVA/400kW.系统正常工作时发电机处于冷备用状态。UPS设备运行到需要更换时,为了系统连续运行,按照正常程序先更换其中一套800kVA.考虑到在更换UPS时万一市电故障,于是就启动了三台并联的500kVA/400kW发电机,市电转发电机平稳过渡后,于是就将一边UPS“1”关机,万没想到另一边的UPS“2”过载关机,直接切换到三台并联的500kVA/400kW发电机直接供电,更没想到的是三台并联的发电机也顺序关机,整个供电系统退出,数据中心“停摆”。

这里有三个误区:其一,从2005年以后包括服务器在内的所有电子产品输入功率因数都≥0.95.也就是说视在功率为100kVA服务器需要95kW以上的有功功率。而2005年以前100kVA的服务器仅需要60～70kW的有功功率(而不是80kW)。

　　另一个误区就是更不知道0.8负载功率因数的电源在带线性负载时只能输出0.53倍的有功功率,而现在的服务器就近似为线性负载。也就是说710kVA的服务器需要近700kW的有功功率.而这里800kVA的UPS只能额定值424kW,加上20%过载能力也就是509W,仍然过载近38%。

　　第三个误区就是缺乏对发电机的了解，所以就无法解释发电机断定的原因。既然发电机的容量是:

　　1500kW×0.8=1200W (4)

　　也远远大于700kW,更远远大于568kW,为什么还会过载关机。其原因如下:

　　首先知道UPS是工频机，其效率远小于90%,这里就取90%，那么发电机应给出的功率因该是770kW，在线性负载下，发电机应给出的有功功率是:

　　1500kW×0.53=795W (5)

　　发电机的带载率以达到97%。重要的一点是发电机和UPS不同点在于没有负载均分功能,有的可能带载量是95%,有的可能就工作在过载关机边沿,UPS过载关机一定会有一个扰动,尽管是一个不大的扰动就触发了带重载的发电机过载关机,有一台发电机关机当然其余也就随之退出了。

　　(4)验收检测的缺欠

　　不论开始数据中心建成后进没进行数据中心验收检测,起码单组UPS带载能力应该检测。该案例的一系列问题就出在缺乏这一步上。再加上误区得出的错误结论,如不及时更正,下一次换机时还会重复这种故障。UPS可以用输入功率因数0.9以上的高频机,但发电机如果仍用这种类型就需要适当增容。