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數據中心和網絡機房UPS蓄電池系統:場地規劃
發布時間:2012.11.08  新聞來源:東莞市鴻馭電源有限公司     [ 返回 ] [ 打印 ]

簡介

目前,不間斷電源系統(UPS)所采用的基本上都是鉛酸蓄電池,一般使用以下三種技術之一:
1.排氣式蓄電池(富液蓄電池或濕蓄電池)
2.閥控密封式蓄電池(VRLA)
3.插裝式蓄電池模塊(MBC)

可適應性

一般來說,用于支持數據中心或網絡機房的UPS,安裝方式有以下三種情況:

1.新建場地–從一開始就完全投入使用
2.新建場地–開始時部分投入使用,為完全投入使用進行規劃
3.場地升級–在現有環境中安裝新的UPS

在新建場地設計階段,客戶的選擇余地很多。在蓄電池蓄電池技術方面的選擇更是沒有限制,并且能夠在設計中體現對蓄電池的要求。

一種做法是新設施在開始時只是部分投入使用,從蓄電池系統的投資資本、折舊費用和維護成本的角度,最好能夠根據情況進行調整,并隨著負載的增加而加大投入;另一種做法是針對"最大需求"進行設計,而不顧及長期目標是否發生變化。

在場地升級時,由于對于場地的要求取決于當前環境,可能會在設計和安裝方面有很多限制,因此對于靈活可適應的蓄電池系統解決方案的需求日益增加。

場地要求較為復雜的蓄電池系統,其可適應性較差。它們的可擴展性較低,比較難以擺放和移動,需要更多基礎設施。下面介紹了影響場地要求的因素,以及各種蓄電池技術的可適應性。

規劃問題

一旦功率和后備運行時間要求確定下來,就能夠對蓄電池需求的規劃進行評估。在選擇蓄電池技術時,需要考慮六個主要問題,它們各自還會衍生出一串小問題,這六個主要問題是:工程設計、重量、所占空間、安裝、安全性和維護。下文的表1中概要介紹了不同蓄電池技術在這六個方面的特點。

電池技術的規劃問題

工程設計

在蓄電池安裝過程中,場地特定工程設計是開支較為昂貴的一個部分。一般來說,每工時的花費可能高達150美元。新建項目的工程設計工作量最大,而升級項目的工作量則相對較少。富液蓄電池的安全和法規要求較高,需要大量工程設計。相比較而言,必須放置在專門蓄電池室中、配以專用通風和防溢漏系統的富液蓄電池需要的工程設計量最大,而插裝式電池模塊需要的工程設計量最小。

重量

鉛酸蓄電池非常重。應考慮地板承重和搬運。如果不將蓄電池安裝在底樓地板上,則需咨詢建筑物結構工程師,以確保其它樓層的地板能夠承載此負重。因為VLRA蓄電池和插裝式電池模塊能放置在IT機房中,還必須考慮高架地板負載。應將蓄電池的重量和所占面積提供給高架地板廠商,以便他們能提供適合的解決方案。最常見、也是最容易的方法就是在設備所在位置,鋪設高承重瓷磚、地臺或加固片。

VRLA蓄電池在交貨時可能已安裝在機柜中。因為其"移動"重量大,可能會給鋪設了高架地板的數據中心帶來問題。雖然最終擺放位置的瓷磚具有足夠承重能力,但在蓄電池機柜經過時,過道處鋪設的標準瓷磚可能無法承受此重量。在地板上鋪設枕木,以便其重量由更多瓷磚分擔。使用插裝式電池模塊的系統就不會有這個問題,因為它的框架是空的,擺放到最終位置后,一次添加一個插裝式電池模塊。

富液蓄電池安放到大型開放式機架中。這些蓄電池填滿了電解液,因此一旦安放完畢,就很難移動。通常需要叉車或蓄電池吊裝設備。與VRLA蓄電池或插裝式電池模塊相比,富液蓄電池要重大約40%,并占用兩倍的空間。

VRLA蓄電池體積較小,意味著在較小空間中能提供更多電量,但這一優勢有時會被地板負重過高而抵消。這些蓄電池一般放在機架或機柜中。它們放好后,移動它們有一定難度。

插裝式電池模塊也會造成較小占地面積上重量極大的情況。在不同設計中,機柜內可安放的插裝式電池模塊數量也不同。即使不打算在機柜中放滿蓄電池,也要說明機柜的最大重量。這種設計的優勢之一是,能夠拆下模塊,所以如果需要,可以輕松地改動插裝式電池模塊機柜的位置。

所占空間

對很多數據中心來說,能否充分利用空間是首要關注的問題之一。過去,公司會安裝一個大型機,然后持續使用15年。富液蓄電池壽命長,很適合這種系統。大型機的優化或升級對UPS和蓄電池所需的物理空間影響極小。

而現在,數據中心內常常會安裝運行速度更快、更為小巧的設備。數據中心已變成了一個高速運轉的機器。因為隨著時間推移,對于數據中心空間的預測可能會不斷改變,所以空間規劃十分困難。在很多情況下,利用率達不到預測值,因此僵硬的設計變得不合時宜。而在另一種情況下,數據中心填滿了各種設備,發展空間極為有限。數據中心的支持基礎設施會占到整體空間的40-50%。蓄電池是支持基礎設施中的一個大型組件,如果針對環境選擇了正確技術,能夠大幅節約空間。

因為富液蓄電池如需遵從安全法規,則開支巨大,所以限制了它們在400kW以上的大型安裝環境中的使用。提供可控蓄電池室、防溢漏和維護所需空間的成本是一筆高額固定開銷。

VLRA蓄電池是較為靈活的解決方案。它們所需的電解液水平較低,通常無需昂貴開銷,就能遵從法規要求。而且,它們需要的操作空間較小,因為不會溢出電解液,能夠移動,也能安放在上鎖的機柜中。這些優勢提供了更高靈活性,降低了成本。但在設計時必須考慮到它們的更換,因為它們的壽命只有5-7年。

插裝式電池模塊不但具備VRLA的全部優勢,甚至靈活性更高。雖然仍需要操作空間,但能夠更高效地發揮其作用。這種設計采用"插裝"的方式,減少了布線和線路所需空間。插裝式電池模塊及其機柜能隨著需求的改變而移動和添加。

安裝

所有蓄電池類型都應小心處理。蓄電池很重,可能需要特殊方法才能搬起或運輸。對于UPS或蓄電池柜的最終擺放位置和運輸它們所經過的通道,都必須考慮其重量。如果蓄電池不需要立即使用,應將它們存儲在干燥、陰涼的地點,并定期維護。

富液蓄電池一旦進場,就必須嚴格遵循安裝注意事項。在收到蓄電池并將其運輸到最終安放位置后,只有經驗豐富的蓄電池專業技術人員才能操作它們。富液蓄電池基本上在開放式機架中現場連線,必須現場組裝。

發貨時,蓄電池是"干"的,雖然已充滿電,但未添加任何電解液。放置它們的最終位置一般是開放式機架,以便于使用。當添加電解液時,需要測量每個蓄電池的比重。

VLRA蓄電池的安裝流程會視情況而有所不同。UPS生產商可以將這些蓄電池打包,作為UPS或蓄電池柜中的一個系統提供。通常,負責UPS安裝或試運行的承包商將完成UPS和蓄電池間的最終組裝和連接。VRLA蓄電池發貨時已充電,到達部署場地時,電量為總容量的80-90%。

插裝式電池模塊與上述蓄電池不同,它們以模塊形式提供,這些模塊連接到已放置在最終位置上、提前生產的蓄電池柜中。應對最終安放地點進行檢查,了解其能否支持機柜重量。插裝式電池模塊的組裝、布線和酸處理無需任何特殊技巧。

安全性

所有蓄電池都有危險,必須小心處理。UPS使用的蓄電池通過串聯/并聯,實現極高電壓和安時容量,帶來一定風險。

1.電擊危險:UPS系統可能會在一條總線上傳輸超過200V直流電壓。這有嚴重電擊危險。甚至蓄電池系統離線,這種危險也依然存在。
2.短路危險:蓄電池內部阻抗低,會產生極高短路電流。如果短路發生,蓄電池或其電極端子連接會爆炸,或從蓄電池中濺出熔化的金屬。

因為富液蓄電池安放在開放式蓄電池機架中,它們應處于安全環境,遠離未受過培訓的人員。開放式機架提供了所需的通風和維護,但也有可能會接觸到高壓線。這種為了便于維護而采取的開放式機架帶來巨大風險。蓄電池室的進出應嚴格限制,防止未授權人員進入。

擺放VRLA蓄電池的機柜通常安裝有機柜門。只有接受過蓄電池和UPS維修培訓的授權人員才能進行機柜內操作。上鎖的機柜將有助于防止無關人士無意間造成危險。

插裝式電池模塊已封裝好,降低了電擊風險,獲得了獨立測試實驗室的操作許可。蓄電池和線路都位于模塊中,每個插裝式電池模塊都配以獨立熔斷器。

維護

所有蓄電池都需要維護和監控。就VRLA蓄電池維護而言,估計一個小型UPS蓄電池柜每年至少需要維護25小時。根據采用的蓄電池技術和監控的不同,所需時間也不相同。維護是一把雙刃劍。蓄電池柜的操作有風險,在維護期間,可能會發生問題,導致系統關閉。而且維護時也會發生人為錯誤,因此減少維護通常有利于提高可用性。

排氣式(富液)蓄電池需要定期維護,才能正常運行。為確保維護成功,需要定期、一致地進行,且遵循標準流程,并良好記錄。IEEE450標準要求富液蓄電池系統進行(月度)、季度、年度全面檢查,并跟蹤調查特殊情況。為防止蓄電池變干,必須加液及測量每個蓄電池的比重。加液必須適時適量,否則蓄電池的性能和壽命就會受損。這需要通過觀察和直接接觸來加以確定。在定期維護中,以上操作和連接端子擰緊操作都是必須進行的。只有經驗豐富、經過培訓的蓄電池操作技術人員才能維護富液蓄電池。

VRLA蓄電池一直被認為"無需維護"。但實際上,如果認為這些蓄電池完全或幾乎不需要關注,那就大錯特錯了。監控可防止蓄電池故障后仍不為人所知的現象發生。必須準確監控VLRA蓄電池,來報告其健康狀態和運行時間。如果UPS系統不能持續監控蓄電池,那么應更多地采用人為監控與維護。有大量接線柱連接的大型系統應該每年都將其連接端子擰緊一遍。IEEE–1188標準建議的VRLA蓄電池系統例行維護計劃為:(月度)、季度、年度全面檢查,并跟蹤調查特殊情況。應該安裝監控系統,來提供有關蓄電池系統健康狀態的信息,這可能會減少對于大規模維護的需求。

插裝式電池模塊依靠外部監控來通知用戶故障的發生,幾乎"無需維護"。準確監控插裝式電池模塊很重要,因為用戶無法訪問模塊內部的蓄電池和線路。插裝式電池模塊的內部連接采取的是焊接方式,或采用彈簧端子而非螺栓連接,因此無需反復擰緊。監控由內置在UPS中的智能特性完成。唯一需要采取的維護措施是對報警作出反應,更換故障模塊。更換非常簡單,因為當它們并聯連接時,它們是可熱插拔的。在蓄電池更換期間,UPS仍能正常運行。

VRLA蓄電池和插裝式電池模塊的壽命(預計5年)短于富液蓄電池(15年)。因此,在維護計劃中,這些蓄電池的更換頻率應是富液蓄電池的2-3倍。但它們更換流程簡單,抵消了更換頻率高這一缺陷。

結論

目前,IT系統對于數據中心基礎設施的要求在快速變化。迅速對此作出相應反應比較困難,但通過正確選擇UPS蓄電池技術,將有助于滿足其需求。

目前市場中有多種不同的蓄電池技術,它們的場地規劃要求和創建蓄電池系統、應對不斷變化的要求的能力也各不相同。

一般來說,數據中心設計流程將功率和運行時間作為選擇蓄電池和確定成本的依據。另一種方法是關注蓄電池系統應具備多高的可適應性,才能滿足不斷變化的需求。這種方法能大幅節約系統生命周期成本。