公安110指揮平臺UPS電源基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)與研究

賀建強(qiáng)

摘要：隨著公安指揮系統(tǒng)不斷更新?lián)Q代，公安指揮系統(tǒng)的運(yùn)行保障工作是系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，UPS電源系統(tǒng)作為保障系統(tǒng)可靠運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其系統(tǒng)選型、供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)急處理、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控及預(yù)警等方面的能力都是考察UPS供電系統(tǒng)的“健壯性能”。本文以公安指揮系統(tǒng)建設(shè)中以UPS供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，探討了當(dāng)前公安指揮系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施中設(shè)備供電系統(tǒng)的應(yīng)用研究和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

關(guān)鍵詞：雙電源供電；雙回路供電；電源系統(tǒng)

0引言

隨著公安指揮系統(tǒng)不斷更新?lián)Q代，天津市公安局已經(jīng)完成第三代指揮系統(tǒng)的建設(shè)，系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展為多個系統(tǒng)同時并發(fā)運(yùn)行的一個綜合平臺，成為公安系統(tǒng)接處警的重要業(yè)務(wù)基礎(chǔ)。隨著新形勢下，公安業(yè)務(wù)對指揮系統(tǒng)綜合平臺的綜合性、系統(tǒng)可靠性、系統(tǒng)反應(yīng)速度等方面提出了新的要求。為此，公安指揮系統(tǒng)的運(yùn)行保障工作是系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，UPS電源系統(tǒng)作為保障系統(tǒng)可靠運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其系統(tǒng)選型、供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)急處理、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控及預(yù)警等方面的能力都是考察UPS供電系統(tǒng)的“健壯性能”。

公安指揮系統(tǒng)作為涉及公共安全的重要綜合平臺，根據(jù)GB50174-2008《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，110系統(tǒng)的機(jī)房應(yīng)為A級機(jī)房。A級電子信息系統(tǒng)機(jī)房內(nèi)的場地設(shè)施應(yīng)按容錯系統(tǒng)配置，在電子信息系統(tǒng)運(yùn)行期間，場地設(shè)施不應(yīng)因操作失誤、設(shè)備故障、外電源中斷、維護(hù)和檢修而導(dǎo)致電子信息系統(tǒng)運(yùn)行中斷。不間斷電源（UPS）系統(tǒng)是機(jī)房內(nèi)的重要設(shè)施，因此UPS系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)為容錯系統(tǒng)配置。圍繞容錯系統(tǒng)配置，應(yīng)分為三部分容錯設(shè)計(jì)，一是UPS系統(tǒng)本身的容錯設(shè)計(jì)，二是供配電系統(tǒng)的容錯設(shè)計(jì)，三是信息系統(tǒng)設(shè)備本身接入供電系統(tǒng)的容錯設(shè)計(jì)。

在本文中，作者通過對幾代公安指揮系統(tǒng)建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，提出了新一代公安指揮系統(tǒng)UPS供配電系統(tǒng)架構(gòu)的建設(shè)方案研究。

1對UPS電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

不問斷電源（UPS）系統(tǒng)采用模塊式UPS系統(tǒng)。要求所選擇的模塊式UPS系統(tǒng)應(yīng)具備分散并行結(jié)構(gòu)，即每個UPS電源模塊包含了整個系統(tǒng)操作所需的所有硬件和軟件，各個模塊之間沒有共用的組件。每個UPS模塊都具備了獨(dú)立的靜態(tài)旁路開關(guān)、整流器、逆變器、邏輯控制、控制面板、電池充電器以及電池。只有具備這種通過在每個獨(dú)立單元重復(fù)和分散所有關(guān)鍵部件，才可以消除潛在的單點(diǎn)故障。這是模塊式UPS選擇的關(guān)鍵，以上任何一個關(guān)鍵部件不是獨(dú)立的情況下，都會引起整個UPS系統(tǒng)的癱瘓，也就失去了模塊式UPS選擇的初衷。

同時，每個UPS系統(tǒng)框架所支持的容量應(yīng)大于系統(tǒng)所需的總用電量，并保留冗余模塊和足夠的擴(kuò)充余量。

通過對模塊式UPS和冗余模塊的選擇，每個UPS系統(tǒng)具備N+x（x=1，2）冗余運(yùn)行模式。

此外，UPS系統(tǒng)還應(yīng)具備在線模塊安全移除和添加的功能。任何模塊的添加和移除都對關(guān)鍵負(fù)載沒有任何影響，且無需斷電或轉(zhuǎn)移至未經(jīng)保護(hù)的電源，就能實(shí)現(xiàn)對損壞模塊的拆除、替換，以及在線擴(kuò)容。

采用具備以上功能的模塊式UPS系統(tǒng)，其UPS系統(tǒng)本身應(yīng)能夠保證系統(tǒng)平均修復(fù)時間（MTTR.MeanTime TOFailure）趨近于“零”，保證系統(tǒng)可用性能夠達(dá)到99.9999%。

以一臺滿載容量為500 KVA的UPS系統(tǒng)為例，每個UPS模塊的容量為50 KVA，當(dāng)前用電需求為400 KVA，即需要8個50 KVA的模塊，此外，應(yīng)額外配置1個50 KVA的冗余模塊作為熱備份模塊。當(dāng)8個50 KVA模塊中的一個模塊發(fā)生故障，系統(tǒng)能夠自動（或手動）對其進(jìn)行隔離，冗余的50 KVA模塊自動加入負(fù)載供電。用戶可及時要求維護(hù)廠商及時對故障模塊進(jìn)行修復(fù)或更換，保證系統(tǒng)最大限度的具備熱備份模式，保證UPS系統(tǒng)的可靠性。

2UPS供配電系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

不間斷電源（UPS）系統(tǒng)在供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上采取雙電源輸入、雙回路輸出的模式。

雙電源輸入在本文中是指為UPS系統(tǒng)提供的電源為兩個供電電源（饋電源）。市電輸入是來自于不同高壓變電站或同一變電站中來自不同變壓器的兩路供電。這應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臈l件進(jìn)行靈活配置，并采用備用柴油發(fā)電機(jī)作為后備保障。

雙回路輸出是指一般地為保證設(shè)備供電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，都會配置兩套UPS系統(tǒng)，每套UPS系統(tǒng)各自輸出一路獨(dú)立的供電回路到機(jī)房內(nèi)設(shè)備。

通過雙電源輸入、雙回路輸出供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠保證機(jī)房內(nèi)的設(shè)備隨時都在兩套供電電源同時供電，當(dāng)其中一套供電電源發(fā)生故障后，另一套供電電源能夠承擔(dān)足夠的負(fù)載，保證系統(tǒng)不間斷供電。

這種供電模式能夠?yàn)楣┡潆娤到y(tǒng)的斷電檢修、UPS系統(tǒng)更換或斷電運(yùn)維、電路升級改造等必須斷電的情況下，仍能夠保證有一路供電系統(tǒng)為設(shè)備不間斷地供電。

3信息系統(tǒng)設(shè)備供電接入設(shè)計(jì)

自兩路UPS電源分別引出的供電回路應(yīng)全部引至機(jī)柜附近，經(jīng)供電分配單元（PDU）引入機(jī)柜內(nèi)，對于配置冗余電源模塊的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備可按照供電負(fù)載均衡的原則分別從不同的PDU接入電源。負(fù)載均衡的原則是指將一臺服務(wù)器上配置電源模塊的一半容量由同一路電源PDU供電，另一半容量的電源模塊由另一路電源PDU供電。當(dāng)電源配置冗余模塊時，冗余的模塊可接入任意來源的PDU。

有些通訊設(shè)備，如光端機(jī)或協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊等無法配置冗余電源模塊（即但電源設(shè)備）時，可采取在機(jī)柜內(nèi)配置一臺靜態(tài)切換裝置（STS），這臺STS具備兩路電源輸入和多路電源輸出。兩路電源輸入可分別取自不同PDU，STS的電源輸出為單電源負(fù)載供電。

通過此種末端電源設(shè)備供電模式，能夠保證每一臺設(shè)備同時能夠被提供兩路供電。

4設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控及預(yù)警

供配電系統(tǒng)應(yīng)配置一套動力監(jiān)控系統(tǒng)，對供電設(shè)施的每一個環(huán)節(jié)進(jìn)行在線監(jiān)控。這套動力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備報(bào)警功能，當(dāng)某一環(huán)節(jié)的狀態(tài)或參數(shù)超出預(yù)警參數(shù)時，應(yīng)能夠通過聲光、短信等形式及時通知運(yùn)維人員，以便于運(yùn)維人員及時進(jìn)行故障判斷和處置。

動力監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象包括各個供電回路開關(guān)的閉合狀態(tài)，每個回路的各項(xiàng)電性能參數(shù)，UPS系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，UPS蓄電池的性能指標(biāo)，防雷器是否被激活的狀態(tài)等等。

運(yùn)維人員可根據(jù)在線采集瞬間數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，對每個回路的負(fù)載設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行分析，以保證對用電峰值的檢測和分析，保證當(dāng)一路供電系統(tǒng)斷電后，另外一路系統(tǒng)具備承接另外一路負(fù)載的能力。另外，對新添加的單電源設(shè)備用電情況進(jìn)行監(jiān)控和分析，避免過多的單電源設(shè)備加載到一路供電回路上，應(yīng)維持雙回路負(fù)載均衡。

通過對一些參數(shù)的設(shè)置，能夠及時發(fā)送預(yù)警信息給運(yùn)維人員。

5應(yīng)急處置及系統(tǒng)恢復(fù)

一套再完善的系統(tǒng)都存在發(fā)生故障的可能，制定一套完善的應(yīng)急處置方案和系統(tǒng)恢復(fù)應(yīng)急演練是保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行堅(jiān)強(qiáng)保障。

應(yīng)急處置方案應(yīng)針對發(fā)生故障的來源以及系統(tǒng)的部件或環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，并制定對應(yīng)的處理措施。

故障來源是指系統(tǒng)內(nèi)部的外部影響和內(nèi)部影響。外部影響包括供電電源斷電、電壓不穩(wěn)定、雷擊故障、外部敵對攻擊等。內(nèi)部影響包括設(shè)備故障、人員誤操作及內(nèi)部人員破壞等。定期的應(yīng)急演練能夠使運(yùn)維人員熟悉應(yīng)急狀態(tài)下各自的職責(zé)和業(yè)務(wù)熟練程度，考評外部支持的可靠性和效能，考評應(yīng)急預(yù)案的嚴(yán)謹(jǐn)程度等等，以達(dá)到不斷持續(xù)改進(jìn)的目的。

7結(jié)語

本文對110指揮系統(tǒng)中UPS供電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)和建設(shè)中經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行歸納總結(jié)，為新建系統(tǒng)時供配電設(shè)計(jì)提供豐富的參考，同時也為今后系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)中，對系統(tǒng)的保障能力進(jìn)行了闡述，為110指揮系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。endprint