如何构建安全可靠的数据中心供电方案

5G应用、云计算、物联网、人工智能、大数据、巨大算力……，这些都在促使数据中心的规模越来越大、重要性越来越高。作为数据中心基础设施的核心，电力保护系统的稳定性、可靠性、可维护性直接影响数据中心的运营安全。完善的供配电系统非常重要，不合理的系统架构，不完善的设计或配置，都会给数据中心带来巨大的安全隐患。

作为关键电源系统最基本的组成部分，维修旁路装置的配置与合理设计也是数据中心供电安全的重要环节，科学且合理地设计维修旁路系统尤为关键。本文将以UPS外置维修旁路开关的多种应用方案来探讨数据中心的供电安全。

外置维修旁路设置的必要性

在数据中心的应用场景中，为了保证系统的可用性及必要的电气隔离，除了在UPS主机外部配置输入、输出等开关，还应配置外置维修旁路开关。当UPS主机因为自身故障等原因需要维修或移机更换时，或者对于数据中心最通常的多台UPS并机应用，仅仅依靠UPS内部自带的手动维修旁路开关不仅无法实现UPS系统的安全维护、维修、换机等操作，还可能会带来误操作宕机的风险，例如北京某云数据中心就是因为没有配置外部维修旁路，在年度例行维护时，导致严重的宕机事故，所以采用外置维修旁路开关是必然的正确选择。外置维修旁路开关在维护维修时可实现IT负载与UPS主机的完全电气隔离，在移机更换时可不中断负载的供电，维护或更换过程中可避免长时间的负载断电或单N运行。外置维修旁路开关是UPS供配电系统最后的安全屏障，其配置的完善性和操作的准确性直接关乎负载的供电安全。不仅仅是数据中心，所有关键的应用场景均需要配置完善的UPS外置维修旁路。

外置维修旁路安全设计

方案一：维修旁路开关挂锁方案

在关键的应用场景中，多数情况下UPS外部配电柜中的维修旁路开关都会挂锁，锁具是为防止人为误操作而设置。当UPS需要维护、维修或更换等重大需求出现时，授权人员通过既定的操作步骤，将UPS切换到静态旁路后方可通过专用钥匙将外置维修旁路开关合闸，以实现维护过程中的负载持续供电。操作过程中任何一个环节出错都可能导致重大的供电中断事故。例如：在调试过程中的UPS逆变状态下误合了输出开关，因逆变和市电的同时存在将可能出现“炸机”等极端情况；再例如：恢复过程中UPS虽转了静态旁路但并未闭合输出开关，此时断开外置维修旁路开关则负载掉电。

外置维修旁路开关挂锁方式易于实现且操作可控，但繁杂的操作过程对运维人员自身的要求极高，任何环节出现失误均可能导致事故发生。

方案二：外置维修旁路开关与UPS电气联锁方案

外置维修旁路开关挂锁能实现简单的机械锁定，可以在一定程度上避免误操作。在机械挂锁的基础上，通过外置维修旁路开关和UPS间简单的电气联锁可提高防误能力，如图1所示：

图1  UPS外置维修旁路电气联锁方案示意图

该方案具备一定的防误操作能力，且易于实现，但最大的问题是：外置维修旁路开关合闸后其辅助触点闭合，将持续给UPS提供强制锁定旁路的信号；此时若调试需要转逆变，因旁路被持续锁定而无法切换到逆变状态，只能人为解除外置维修旁路开关的辅助触点。同时，上述方案也无法及时提供因开关误操作可能导致负载供电中断的预警提醒，如断开外置维修旁路开关时UPS输出开关并没有提前合闸。

推荐！新型双磁力电磁锁盘互锁方案

为了进一步提高维修旁路开关的操作安全性，伊顿公司提出了新型双磁力电磁锁盘互锁方案。

双磁力电磁锁盘是一套与UPS联动的电磁锁装置，由相应的磁力锁、按钮、指示灯、蜂鸣器等组成，指示灯和蜂鸣器的声光提示配合按键、钥匙等的操作，可实现UPS与外置维修旁路开关间的机械和电气联锁。

图2和图3列出了UPS供配电系统原理示意图和双磁力电磁锁盘原理示意图。

图2  UPS供配电系统原理示意图

图3  双磁力电磁锁盘原理示意图

UPS输出开关（BK1）和外置维修旁路开关（BK2）均设置锁具，且分别对应锁盘上的一套电磁锁，每台开关只有一把对应钥匙。当钥匙在电磁锁盘上时配套开关因无钥匙而无法合闸。当钥匙未解锁时无法从锁盘取下。

双磁力电磁锁盘互锁方案可以确保逆变模式下UPS输出开关和维修旁路开关不能同时合闸；电磁锁的设置使得操作受控；声光提示可以让运维人员时刻知晓UPS状态以及所需操作；维护过程中UPS可自由转逆变状态以满足调试的需要。新型双磁力锁盘互锁方案从操作逻辑到机械锁的冗余设计，运维人员按照固定的操作流程执行，可有效避免人为误操作，提高UPS系统可靠性和可用性，为数据中心机房建设互锁问题提供了新的解决方案。

伊顿的双磁力电磁锁盘互锁方案顾及到了运行维护中的各种供电安全需求，通过电气互锁和声光提醒让维护人员易于判断、易于操作，体现出了完善的防误操作能力。

伊顿在市场上广受好评的93E、9395、93PR等各种机型均适用于该种方案。目前该方案已在国内大型IDC项目中得以应用，效果良好。

转载自 Eaton伊顿关键电源