數據中心UPS 系統外置維修旁路安全方案

樊 瑆

（中國石油大慶石化公司熱電廠，黑龍江大慶 163714）

0 引言

隨著云計算、物聯網、大數據與人工智能等技術的應用和普及，數據中心的規模快速增長。作為高新技術的重要載體，數據中心已成為保障這些高新技術應用穩定運行的關鍵基礎設施。UPS 是數據中心的核心供電系統，需要具備耐沖擊、精準濾波和抗干擾的特性。

現代化數據中心對UPS 的要求是高穩定性、高可靠性和高可維護性，UPS 的性能將直接影響數據中心的運行穩定和安全。UPS 的架構和配置是否合理，決定了UPS 的質量和性能，而外置維修旁路裝置作為UPS 的重要組成部分，對保障UPS 的質量和性能具有不可替代的作用。分析外置維修旁路裝置安全設計方案，并提出創新的數據中心UPS 供電安全方案。

1 UPS 外置維修旁路設置的必要性

在數據中心的實際工作中，往往會為UPS 配備維修旁路，以更好地保障系統安全。在UPS 需要電氣隔離時，保證數據中心的持續供電。UPS 主機外部均設有旁路開關，當UPS 發生故障時可以方便地切換到旁路。UPS 一般采用多臺并聯的形式工作，這就導致UPS 內置的手動旁路開關無法有效保障系統安全，并造成了一定的誤操作風險。例如某數據中心沒有為UPS配備外置維修旁路，在一次系統維護中由于誤操作導致系統宕機，可見外置維修旁路開關的重要性。

為UPS 配備外置維修旁路開關后，進行系統維修時UPS 處于完全隔離狀態，而負載端依靠旁路供電依然可以維持穩定運行，為系統的維修或更換提供了便利。事實表明，外置維修旁路開關能夠有效保障UPS 的使用安全，完善的外置維修旁路開關不僅能夠提升系統的穩定性與安全性，還能為系統維修或設備更換創造便利的環境。

2 維修旁路安全切換的重要性

雖然有些數據中心為UPS 配備了外置維修旁路開關，但工作人員仍需謹慎對待。在UPS 正常運行過程中，假如外置維修旁路開關誤操作，會導致電壓頻率和相位等的突變，輕則對系統造成沖擊，重則損壞系統硬件，釀成重大安全事故。外置維修旁路開關必不可少，但為了防止誤操作帶來的風險，需要科學嚴格地使用外置維修旁路開關。

本文提出了一種創新的數據中心UPS 外置維修旁路開關安全方案，既能滿足數據中心維護工作的實際需求，又能最大限度保障供電安全。

3 數據中心UPS 外置維修旁路安全設計方案

3.1 維修旁路開關掛鎖方案

通常情況下，UPS 配電柜的維修旁路開關會采取機械式明鎖的形式進行封閉，以防止人為誤操作。當需要接通維修旁路開關時，按照安全流程申請開鎖授權，將UPS 切換到靜態旁路后才允許打開旁路開關閘室，在安全員的監督下進行合閘操作，實現數據中心電源系統的平穩過渡。外置維修旁路開關合閘后，必須斷開UPS 前后的輸入、輸出端子。在UPS 檢修工作完成后，仍需切換至靜態旁路，再接入系統，這時才允許斷開維修旁路開關。整個操作流程有嚴格的順序要求，任何環節都不允許遺漏，更不允許顛倒前后順序。如果UPS 正常運行時閉合外置維修旁路開關，有可能會引起“炸機”；UPS 維修后接通了靜態旁路，但忘記閉合開關，此時斷開靜態旁路開關會導致整個系統失去電力供應。

給外置維修旁路開關加裝機械式明鎖是一種較為可靠的安全措施，但復雜的操作流程和嚴格的順序要求對工作人員的經驗和責任心具有較高要求，任何環節出現問題都會導致安全事故。

3.2 外置維修旁路開關與UPS 電氣聯鎖方案

除采取機械式明鎖外，還可以為外置維修旁路開關加裝與UPS的電氣聯鎖裝置，以提高外置維修旁路開關的防誤觸能力（圖1）。

圖1 電氣聯鎖裝置

（1）為外置維修網絡開關配備機械式明鎖。

（2）將UPS 靜態旁路開關與外置維修旁路開關并聯互鎖，只有靜態旁路開關閉合后，外置維修旁路開關才能閉合，否則將無法實現合閘操作。

（3）將外置維修旁路開關的觸發接點與UPS 繼電器輸入端二合為一，在UPS管理系統中開啟旁路管理功能，使外置維修旁路開關閉合時能自動激活靜態旁路。

這種辦法能夠有效保障數據中心UPS 系統安全，在實際使用中能夠輕松實現，但這種做法會產生一個問題，當旁路開關被強制閉合后，想要進行逆變調試會變得非常困難，因為此時狀態無法切換，只有手動操作斷開旁路開關才能繼續進行后續工作。此外，這種方案也無法提供預警信號，斷開外置維修旁路開關時雖然UPS 旁路開關被閉合，但UPS 輸出開關依然處于斷開狀態。

3.3 雙磁力電磁鎖盤互鎖方案

為徹底解決UPS 維修旁路開關的安全問題，本文提出了一種雙磁力電磁互鎖方案。雙磁力電磁鎖是一種常用的雙向聯動互鎖裝置，主要結構包括雙向磁力鎖、按鍵、指示燈和蜂鳴器。電磁鎖配有機械鑰匙，利用雙磁力電磁鎖對UPS 與外置維修旁路開關進行電磁互鎖，可以方便的實現二者的電氣聯鎖。數據中心供電系統、雙磁力電磁鎖外形及內部結構如圖2、圖3 所示。UPS輸出開關與外事維修旁路開關置于雙磁力電磁鎖吸盤的兩側，每側均設有機械式鎖具，鑰匙放由安全員手保管，只有鑰匙插入后才能進行合閘操作。

圖2 UPS 供配電系統

圖3 雙磁力電磁鎖盤

當UPS 正常運行時，外置維修旁路開關處于斷開狀態，UPS輸出開關處于閉合狀態。當UPS 旁路開關閉合后，閉合信號會傳遞給電磁鎖，此時靜態旁路開關指示燈亮起，電磁鎖盤處于工作狀態，并輸出一個靜態旁路開關信號激活遠程旁路控制功能，UPS 進入旁路運行狀態。插入電磁鎖盤鑰匙，指示燈亮起，拔下鑰匙會觸發蜂鳴器報警，提示工作人員UPS 處于旁路與外置維修旁路并行工作狀態，保持鑰匙插在電磁鎖盤上才能順利完成合閘操作，否則合閘操作無法完成。

合閘后UPS 被接入外置維修旁路，由外置維修旁路為數據中心供電，此時只要斷開UPS 前后輸入、輸出端就可讓UPS 進入電氣隔離狀態，無論維修或更換設備都可以在安全狀態下進行。當UPS進入逆變模式后，旁路開關狀態指示燈熄滅，蜂鳴器報警，提示工作人員UPS 從旁路運行狀態脫離，需工作人員選擇下一步操作。

當UPS 維修或設備更換工作結束后，需要將數據中心恢復為UPS 供電，此時應觀察旁路運行狀態指示燈，如果指示燈是熄滅的，需切換UPS 工作狀態為靜態旁路，控制信號將控制繼電器接入雙磁力電磁鎖盤供電回路，從而激活靜態旁路，指示燈亮起，雙磁力電磁鎖盤將中斷遠程旁路控制功能，使UPS 穩定工作在旁路模式。此時轉動鎖盤鑰匙就能取下UPS 開關鑰匙，蜂鳴器提示音響起，內外旁路并聯工作燈亮起，插入UPS 開關鎖鑰匙后就可以閉合UPS 開關。受雙磁力互鎖裝置的控制，外置維修旁路開關斷開，插入外置維修旁路開關鎖鑰匙，蜂鳴器提示音停止，UPS 進入雙變運行模式，同時鎖盤被鎖定。

為了確保所有工作狀態下UPS 輸出開關和外置維修旁路開關同時關閉都不會影響系統安全，應將UPS 輸出開關和外置維修旁路開關并聯接入電磁鎖盤，使極端情況下UPS 可強制進入旁路模式，最大限度保障數據中心的供電安全。

4 結束語

雙磁力電磁鎖盤互鎖方案是一種創新的UPS 系統外置維修旁路安全方案，它的優點在于電磁互鎖可以強制系統始終處于安全的供電狀態，聲光報警信號可以方便的讓工作人員了解UPS 的運行狀態，從而判斷接下來需要進行的操作類型，需要進行UPS 維護或設備更換時，只需斷開UPS 前后輸出輸入端即可保證UPS 被電氣隔離，而無需擔心數據中心系統的供電安全，為數據中心的電力系統安全提供了新的解決方案。