IT设备HVDC供电系统研究与优化 zcx

IT设备HVDC供电系统研究与优化中国电信盐城分公司赵长煦T1:18921884453E1:[e-mail]:2240002010年10月20日目录一、使用情况和优化背景二、系统优化基本要求三、相关测试验证四、运行情况分析五、经济合理的配置方式六、推广策略一、使用情况和优化背景二、系统优化基本要求三、相关测试验证四、运行情况分析五、经济合理的配置方式六、推广策略使用情况——应用阶段1使用情况——应用阶段1•IT设备高压直流供电从实验室迈进通信网络，经过大量设备实际运行验证、不断改进、不断优化，目前已经基本成熟，具备推广条件。总体来讲，经历了四个阶段•小范围试验阶段：07年10月～08年5月（市公司立项）•试验IT系统为：办公PC机和IP设备、多专业网络监控系统号百呼叫中心和综合调度中心台席•这一期间试验，确定了IT设备电压工作范围190V~285V为通信系统安全电压，系统采用悬浮方式供电•大范围试验阶段：08年6月～年底（江苏电信通过技术评审、立项、下达研发费用）•推广系统为:计费系统、网络视讯平台、增值业务平台这一期间完成了一系列测试、确定了末端控制方式•节能测试,总体上节20~30%，建设成本节40%左右使用情况——节能测试方法使用情况——节能测试方法•现场装表耗电对比，节能效果均在20~30%•为什么与专家在实验室结果大相径庭？UPSHVDC批量IT设备KWH市电UPS是整体设备，整体规划，一次投资。而业务发展是一个渐进过程，平均使用效率很低，UPS生命周期过程中平均使用效率通常只有20－30％（双母线系统更低）使用情况——使用阶段2使用情况——使用阶段2•小范围推广阶段——08年12月起江苏电信下发文件，印发江苏电信IT设备高压直流设计、安装规范和推广指导意见，成立支撑团队，培养骨干•扩大到其他本地网：徐州、无锡、常州等•徐州、无锡测试的节能效果与盐城基本一致•使用范围扩大：从运营商网络设备扩大到客户托管设备•IT供应商经历了一个从抵制电信采用高压直流到主动配合电信采用高压直流的认识转变过程（如戴尔Ｒ710）•与此同时，牵动了UPS制造企业，企业考虑生存方向和转型问题，企业研发人员考虑职业生涯问题（伊顿、梅兰、爱默生等）•社会通信企业关注：阿里巴巴、世纪互联使用情况——使用阶段2使用情况——使用阶段2•通过大范围试点推广，确立了关键技术•电压标准的确立——48V电源的5倍•输入接口标准——L接正极，N接负极•系统悬浮供电——正负极均不接地，系统采用对地绝缘监测•系统保护方式——全程双级保护，熔丝保护和空开保护组合，末端控制直流空开与交流空开组合•双母线与单母线灵活组合•确立了推广原则：停购UPS使用情况——使用阶段3使用情况——使用阶段3•大范围推广和系统优化阶段：09年12月,标协发布技术报告《通信用240V直流供电系统技术要求》•江苏发布《通信用240V直流供电系统维护规范》•引发了制造商的高度关注，众多厂家新品出炉，各种系统技术方案应运而生•设计人员不熟悉IT设备工作情况，设计存在盲目性、随意性、设计人员或维护人员自己认为安全的措施……•江苏明确设计归口，统一江苏电信设计院承担•对高压直流供应商提出具体安全要求（如要求设备使用说明书不得提及热插拔功能）•对IT供应商也提出配合高压直流的具体要求（如要求张贴支持高压直流标签、不增加频率保护电路等）使用情况——操作培训使用情况——操作培训•在建立支撑团队的基础上，针对维护、割接工作的难点，举办工程师操作技能现场培训•培训内容主要包括：高压直流系统验收、IT设备现场测试、多种电源归并处理、单级交流空开支持高压直流试验、蓄电池放电试验、现场割接操作练习、割接方案制定、核心网络割接安全注意事项、客户网络割接技巧等•为便于普遍推广，正在策划中国电信网上大学课件，分为上、下篇，基础篇（普及）和专业篇（操作），年底上线使用情况——高压直流制造企业使用情况——高压直流制造企业江苏电信选用设备（电力电源制造商）•北京动力源科技股份有限公司•杭州中恒电气股份有限公司•中达电通电气股份有限公司•爱默生网络能源有限公司•深圳奥特迅电气股份有限公司•武汉鸿飞（参与招投标）•湖南丰日电源电气有限公司使用情况——在线运行38套HVDC系统使用情况——在线运行38套HVDC系统序号IT系统名称设备类型数量1计费系统（物联网）小型机、服务器、磁阵、路由器IP设备、光交换机、防火墙等24521万号系统、号百系统PC机、服务器、IP设备光交换机15403网监系统BSS系统PC机、服务器、工控机、IP设备1854网络视讯系统服务器、磁阵、IP设备、光交换机3805全球眼平台（新建）服务器、磁阵、IP设备、光交换机1986各种增值业务平台PC机、服务器、工控机、IP设备16507中心营业厅及办公网票据打印机(得实DS－170)、各种PC机、EPON、服务器1408客户托管（权力阳光）各种品牌、杂牌服务器1365目录一、使用情况和优化背景二、系统优化基本要求三、相关测试验证四、运行情况分析五、经济合理的配置方式六、推广策略一、使用情况和优化背景二、系统优化基本要求三、相关测试验证四、运行情况分析五、经济合理的配置方式六、推广策略系统优化基本要求1系统优化基本要求1•系统安全原则•尽可能使用成熟产品，某些指标不宜要求太高•典型问题——滥配空开（尤其是直流空开）•典型理论——过零点理论。问题1、电压过零点时，di/dt=？问题2、拉弧影响因素主要是电压还是电流？还是功率？…..…..AC/DC电源头柜（或直流屏）电源头柜（或直流屏）系统优化基本要求2系统优化基本要求2•系统安全原则——针对机房无人值守思考•交流输入尽可能分散，少用或不用自动切换AC/DCAC/DCAC/DC交流输入输出母线……AC/DCAC/DCAC/DC交流输入Ⅰ输出母线……AC/DCAC/DCAC/DC交流输入Ⅱ……系统优化基本要求3系统优化基本要求3•系统经济原则•不需要经常操作的控制节点采用熔断器•单台设备功率较大，（≧2KW）采用双级直流空开与熔断器组合•单台设备功率小于1KW的采用交流空开•大型设备尽可能拆分供电以IT设备每个模块输入为控制点系统优化基本要求4系统便于维护、扩充方便、伸缩自如系统优化基本要求4系统便于维护、扩充方便、伸缩自如高压直流系统A高压直流系统B高压直流配电屏XRz1Rz2Rz3Rz4R1R2R3R4高压直流开关电源A高压直流开关电源BX集装架高压直流配电单元A侧集装架高压直流配电单元B侧高压直流双母线与单母线转换供电方案系统优化基本要求5系统优化基本要求5•系统经济合理要求•能用交流空开的地方，尽量不要用直流（直流空开的安全性并没有经过大量运行验证，如某个品排UPS电池开关采用直流空开,空开故障占UPS故障的50%）•能用单级的地方，尽量不要用双级（可靠性）•应该用熔丝的地方，不能用空开（安全性）•总之，系统应该采用熔丝与空开组合、交流空开与直流空开组合、单级空开与双级空开组合（与电力公司运行规程相背，电力规程：直流电源系统同一条支路中熔断器与空气断路器不应混用，尤其不应在空气断路器的上级使用熔断器。防止在回路故障时失去动作选择性。严禁直流回路使用交流空气断路器。）系统优化基本要求6系统优化基本要求6•电源模块热插拔问题（长、短针不解决问题）•防倒灌保护问题：小系统采用二级管，大系统建议采用熔丝（包含电容器熔丝和输出熔丝）•自动均充问题，尽可能采用人工操作•绝缘自动监测问题，建议以头柜为单位（以输出分路为单位，成本和故障大大提高，实际上也没有必要）•服务器机架供电新模式：（适用于批量）•1、高压进机架→DC（240V）/DC（48V）→低压进机框或板件，如中兴IPTV平台服务器•2、高压直流进机架→DC（240V）/DC（12V）→低压进机框或板件，如阿里巴巴网络目录一、使用情况和优化背景二、系统优化基本要求三、相关测试验证四、运行情况分析五、经济合理的配置方式六、推广策略一、使用情况和优化背景二、系统优化基本要求三、相关测试验证四、运行情况分析五、经济合理的配置方式六、推广策略相关测试——现场测试1相关测试——现场测试1•交流空开通入直流实验情况•1、10A通断8A，连续20次检查，有拉弧遗留痕迹•2、10A通断4A，连续20次检查，无拉弧遗留痕迹•3、破坏性实验（施耐特、西门子、ABB）•10A（16A、32A）分路短路，分路跳脱，总空开32A直流跳脱5次跳脱检查有拉弧遗留痕迹，但Ｎ次短路无跳不开现象相关测试——现场测试2相关测试——现场测试2•为什么提倡使用单级交流空开•1）机架空间问题•2）布线安全问题（大量空开输入距离太近）•3）成本问题•4）功能完全满足使用：•正常选配，普通服务器10A（工作电流不大于2A）；小型配套设备6A（工作电流不大于1A）•正常通断灭弧完全支持，无打火痕迹遗留相关测试——现场测试3相关测试——现场测试3•为什么采用单、双级组合•主要是针对双电源服务器•1）当某支路出现严重短路故障时，保障双级跳脱，故障排除时及时恢复•2）告警设置问题，远程监控问题•3）单电源服务器可不设双级直流空开，头柜设双级熔断器•4）熔断器的作用，当需要维修、更换头柜分配单元空开时，确保断电操作安全相关测试——现场测试4节能“拐点”相关测试——现场测试4节能“拐点”•从线路传输角度，V↑→P↓根据P=I×I×R•从IT设备电源模块制造角度，PWM原理，占空比越小→P↑，在某个电压范围外出现拐点，V↑→P↑相关测试---现场测试5“低压测试”相关测试---现场测试5“低压测试”•对一批IT设备（惠普、戴尔、IBM、研华工控、华为2403等31台）实际放电测试（经过5小时放电）•随着放电时间的延长,电池电压不断降低,IT设备的电源模块工作电流会相应增大,考验设备的安全性能•150VIBM-235两台保护宕机；•140VHP380G5一台自动停机；戴尔两台自动停机；HP380G4一台频繁重起•恢复供电，所有设备手动开机后均正常目录一、使用情况和优化背景二、系统优化基本要求三、相关测试验证四、运行情况分析五、经济合理的配置方式六、推广策略一、使用情况和优化背景二、系统优化基本要求三、相关测试验证四、运行情况分析五、经济合理的配置方式六、推广策略•系统可靠性问题——取决于蓄电池保证容量（1小时与3小时的关系）•系统不存在单点故障点，系统障碍可控。对于局部负载短路，系统容错能力强（局部负载短路，UPS瞬间提供的能量有限，极易退出服务）•可以不同的厂家设备并机运行（限流与浮充并联运行）。这种运行结果的验证，对带负载割接电源系统提供了依据。（UPS制造商对新旧产品不允许并机，设备故障无法在线维修、更换）运行情况分析１运行情况分析１•发电机运行问题——适应能力大大改善，尤其是当发电机容量与负载容量接近时•如250KW的发电机,对于120KVAUPS1+1系统,停电15分钟后,发电机供电,油机振荡不稳定;同样的UPS负载采用高压直流供电的同时再加上48V/500A的负载两套,发电机运行稳定•市电供电时,补偿电容减少20%,电容器发热减轻,说明谐波减少•机房噪音减少运行情况分析2运行情况分析2运行情况分析3运行情况分析3•设备资源充分利用，由于IDC机房负载不确定性，UPS供电时设备利用率很低,而高压直流模块可随时调用•维护方式简单:维护人员可以在线自如操作模块的增加、退出；可以通过改变浮充电压设置，在线进行蓄电池核对性放电试验•空调负荷明显减少。如江苏电信某一客户托管机房，采用三台UPS供电时，常年开2台5匹空调，勉强达到24度，采用两架HYDC替换UPS后，只需开一台5匹空调就能满足使用要求目录一、使用情况和优化背景二、系统优化基本要求三、相关测试验证四、运行情况分析五、经济合理的配置方式六、推广策略一、使用情况和优化背景二、系统优化基本要求三、相关测试验证四、运行情况分析五、经济合理的配置方式六、推广策略配置原则——系统安全、可靠配置原则——系统安全、可靠•总体原则—供电系统全程