2020年，數(shù)據(jù)中國(guó)新建設(shè)被中央正式列入新基建戰(zhàn)略。 新基建浪潮的推動(dòng)加之疫情下數(shù)字經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展催生對(duì)數(shù)據(jù)中心的新需求，作為新基建的基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)中心迎來(lái)更大的發(fā)展機(jī)遇。各地紛紛部署數(shù)據(jù)中心建設(shè)，各互聯(lián)網(wǎng)巨頭也競(jìng)相布局。 以5G、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)、新應(yīng)用為代表的新基建，在推進(jìn)疫情防控和疫情后經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇上發(fā)揮了巨大作用，成為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)、推進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展的重要引擎。 數(shù)據(jù)是貫穿新基建的生命線，數(shù)據(jù)中心是新基建有序運(yùn)行的基礎(chǔ)保障，被視為“新基建的基礎(chǔ)設(shè)施”、經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的“數(shù)字底座”。 相關(guān)單位預(yù)測(cè)，2025年全球數(shù)據(jù)流量將會(huì)從2016年的16ZB上升至163ZB，帶動(dòng)數(shù)據(jù)中心總體建設(shè)規(guī)模的持續(xù)高速增長(zhǎng)。 隨著"新基建"浪潮的不斷推進(jìn),各行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成必然趨勢(shì).在此背景下,作為承載數(shù)據(jù)和計(jì)算的數(shù)據(jù)中心面臨能耗高,可靠性和安全性以及運(yùn)維復(fù)雜等巨大挑戰(zhàn),亟待變革. 2021年3月10日，歐洲云計(jì)算巨頭OVH其位于法國(guó)斯特拉斯堡的機(jī)房發(fā)生嚴(yán)重火災(zāi)。在OVH在全球擁有27個(gè)數(shù)據(jù)中心，其中15個(gè)位于歐洲。 OVH迅速的做出了整個(gè)事件的應(yīng)對(duì)計(jì)劃，但火災(zāi)造成的損失已經(jīng)難以避免，其托管的許多網(wǎng)站中的數(shù)據(jù)或永久丟失，包括巴黎議室中心額圖書(shū)館等多家公司的數(shù)據(jù)恐難以恢復(fù)； 圖片1 現(xiàn)場(chǎng)圖片 至于火災(zāi)原因，目前還沒(méi)有正式公布，但多種事實(shí)指向了UPS設(shè)備導(dǎo)致的一系列故障； 3月12日，OVH cloud創(chuàng)始人Octave Klaba在Twitter上發(fā)布了一個(gè)8分鐘的視頻，視頻中稱當(dāng)消防員到達(dá)時(shí)，熱像儀檢測(cè)到SBG2數(shù)據(jù)中心的UPS7號(hào)和UPS8號(hào)正在燃燒；他還提到，在火災(zāi)發(fā)生的前一天，供應(yīng)商對(duì)UPS7號(hào)進(jìn)行了維護(hù)，Klaba稱供應(yīng)商在UPS7號(hào)內(nèi)部更換了某些部件，并在下午重新啟動(dòng)。 圖片2 現(xiàn)場(chǎng)圖片 此次火災(zāi)不禁讓人回想起倫敦最大數(shù)據(jù)中心的故障，2020年9月，倫敦最大數(shù)據(jù)中心發(fā)生故障，該事件是由UPS系統(tǒng)故障引起，并在隨后火災(zāi)警報(bào)，該警報(bào)關(guān)閉了Equinix的LD8數(shù)據(jù)中心，同時(shí)還還影響了其它客戶的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。據(jù)了解，該數(shù)據(jù)中心在2016年7月20日上午曾由于UPS電源系統(tǒng)故障，導(dǎo)致連接其數(shù)據(jù)中心的英國(guó)各地的互聯(lián)網(wǎng)中斷，整個(gè)倫敦有10%的使用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的客戶由于電源故障而受到影響。 雖然目前OVH并沒(méi)有最終公布此次起火的原因是由于UPS引起，但由于UPS在數(shù)據(jù)中心的獨(dú)特的地位使得它成為歷次數(shù)據(jù)中心重大事故起因重點(diǎn)嫌疑對(duì)象。 在當(dāng)今現(xiàn)代社會(huì)的各個(gè)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的形勢(shì)下，雖然數(shù)據(jù)中心客戶追求高性價(jià)比、高投入產(chǎn)出比無(wú)可厚非，但是人們看重效益的同時(shí)往往忽略或淡化了UPS最為重要的設(shè)計(jì)特性，即高可靠性和高安全性，這為數(shù)據(jù)中心生產(chǎn)帶來(lái)了非?？膳碌臐撛陔[患，它的后果是慘痛的、代價(jià)是高昂的。 Eaton作為業(yè)界領(lǐng)先的UPS設(shè)計(jì)制造商，UPS的安全性，可靠性是我們一貫的堅(jiān)持和承諾； Eaton與全球重要數(shù)據(jù)中心都有保持長(zhǎng)期的合作關(guān)系，此次發(fā)生故障的歐洲云計(jì)算巨頭OVH和倫敦最大數(shù)據(jù)中心都有使用Eaton 9395系列和93PM系列UPS，在此次事件中正常運(yùn)行，保持一貫的長(zhǎng)期的安全可靠的穩(wěn)定的運(yùn)行。 不可否認(rèn)，UPS的特殊結(jié)構(gòu)和工作原理也使得它成為數(shù)據(jù)中心火災(zāi)發(fā)生的一個(gè)重要因素之一。這些重大的災(zāi)難性事故為我們?cè)俅吻庙懥司?，高可靠性、高安全性是UPS設(shè)備本身存在的一個(gè)最為基本的要素，是不能被忽視的。 從UPS工作原理看，UPS引起的起火及斷電事件中，多數(shù)原因是由于UPS自身設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，絕緣距離，關(guān)鍵器件的可靠性，散熱系統(tǒng)，UPS電氣結(jié)構(gòu)及UPS廠家技術(shù)設(shè)計(jì)能力等引起； 我們以Eaton UPS設(shè)計(jì)為例，從以上幾個(gè)方面一一細(xì)述如何實(shí)現(xiàn)UPS的可靠性和安全性： Eaton UPS安全性，可靠性設(shè)計(jì)： 1.設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和原則 Eaton作為UPS設(shè)計(jì)制造全球領(lǐng)先的公司，UPS設(shè)計(jì)需要滿足中美歐等全球市場(chǎng)對(duì)于安全和可靠性的要求，Eaton 9395和93P等系列UPS在全球市場(chǎng)同步銷售，需要同時(shí)滿足400V系統(tǒng)和480V系統(tǒng)安全和可靠性設(shè)計(jì)要求，所以在絕緣間距和線纜選擇上是以最嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)。 Eaton一直秉承嚴(yán)格要求，堅(jiān)持全球化高標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，為全球數(shù)據(jù)中心等行業(yè)提供安全可靠的UPS產(chǎn)品，提供可靠的電能質(zhì)量的保證，助力行業(yè)發(fā)展。 2.高可靠性元器件使用 UPS內(nèi)部產(chǎn)生積熱在所難免，長(zhǎng)期運(yùn)行下，對(duì)內(nèi)部器件產(chǎn)生影響也在所難免，所以UPS內(nèi)部器件的選擇就顯得極為重要；特別是與UPS安全性和可靠性相關(guān)的關(guān)鍵性器件的選擇，需要從設(shè)計(jì)，材料和廠家資質(zhì)等方面嚴(yán)格篩選。 Eaton 100kW以上機(jī)型均采用國(guó)際知名廠商IGBT模塊設(shè)計(jì)，相比分立元件有以下優(yōu)點(diǎn): √ 抗沖擊能力強(qiáng)， √ 不存在內(nèi)部單管并聯(lián)均流問(wèn)題 √ 溫度均勻，散熱好 同時(shí)對(duì)于對(duì)溫度特別敏感，同時(shí)與UPS安全性，可靠性設(shè)計(jì)息息相關(guān)的濾波電容器件，Eaton UPS全部導(dǎo)入油浸式電容，替代薄膜電容，杜絕因?yàn)椴牧先毕荻鸬碾娙菝盁?，起火等?yán)重事件的發(fā)生。 油浸式電容相比薄膜電容有如下優(yōu)點(diǎn): √ 油浸式電容，高電壓，高電流，高頻率 √ 高可靠性，IEC61071/UL810認(rèn)證- 通過(guò)嚴(yán)酷雙85C 2000小時(shí)測(cè)試 (85℃/85%RH） √“內(nèi)置安全分?jǐn)嘣O(shè)計(jì)”，在電容容值異常時(shí)自動(dòng)斷開(kāi), 失效安全，沒(méi)有冒煙或起火風(fēng)險(xiǎn) √ 長(zhǎng)壽命，額定負(fù)載10年以上 3.高可靠性油浸式電容，及其防護(hù)裝置和預(yù)防性告警 高可靠性器件的選擇，保證了UPS能夠在正常情況下的穩(wěn)定運(yùn)行，但現(xiàn)場(chǎng)存在各種難以預(yù)見(jiàn)的極端條件，Eaton UPS增加了電容的防護(hù)裝置和預(yù)防性失效預(yù)警電容偵測(cè)，進(jìn)一步提升關(guān)鍵部件的壽命，降低 UPS 故障發(fā)生的可能性，保證對(duì)負(fù)載設(shè)備的可靠保護(hù)； 4.智能風(fēng)冷調(diào)速系統(tǒng)，長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì) UPS內(nèi)部產(chǎn)生的熱量長(zhǎng)時(shí)間積累下會(huì)對(duì)內(nèi)部元器件產(chǎn)生不可逆的影響； 智能風(fēng)冷調(diào)速系統(tǒng)可以快速排出UPS內(nèi)部產(chǎn)生熱量，減少積熱，減少對(duì)熱敏感元器件的影響，進(jìn)一步提升UPS系統(tǒng)的可靠性和壽命: √ 關(guān)鍵元器件電容更換周期10年@ 40C √ 優(yōu)化風(fēng)道設(shè)計(jì) 電解電容位于進(jìn)風(fēng)口, 低溫度環(huán)境和長(zhǎng)壽命； 只有散熱器和電感通過(guò)熱風(fēng)，其余器件(電容和溫度敏感器件）處于 低溫風(fēng)道。 Eaton 模塊化UPS系列智能風(fēng)冷調(diào)速系統(tǒng)： Eaton 可擴(kuò)展模塊化系列UPS智能風(fēng)冷調(diào)速系統(tǒng)： √ 前進(jìn)風(fēng)、上出風(fēng) √ 避免將機(jī)房地板下的灰塵抽入 UPS 機(jī)內(nèi) √ 尤其在工業(yè)環(huán)境中，可有效避免灰塵沿冷卻通道進(jìn)入 UPS 內(nèi)部的電路板、造成短路 √ 獨(dú)特的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，熱量較大的功率模塊在頂部，功率模塊的熱量不會(huì)影響內(nèi)部其它器件和線纜，避免功率模塊故障引起更多損壞； 5.冗余設(shè)計(jì) 高可靠器件的選擇，智能風(fēng)冷調(diào)速系統(tǒng)等從器件和結(jié)構(gòu)方面保證了UPS的安全可靠性，但作為系統(tǒng)散熱的核心部件風(fēng)扇及其供電的可靠性很大程度上影響了UPS的安全性和可靠性；UPS運(yùn)行產(chǎn)生損耗，損耗所產(chǎn)生的熱量需要風(fēng)扇持續(xù)快速的強(qiáng)制排出， Eaton 可擴(kuò)展模塊化系列UPS，功率模塊，電源板及其取電方式均采用冗余設(shè)計(jì)，內(nèi)部模塊化架構(gòu)支持電源模塊 N+X 冗余，減少斷電風(fēng)險(xiǎn)； 冷卻風(fēng)扇及風(fēng)扇電源的冗余設(shè)計(jì)： √ 風(fēng)扇是 UPS 的關(guān)鍵易損部件，風(fēng)扇的損壞會(huì)導(dǎo)致 UPS 內(nèi)部工作溫度飆升至保護(hù)性宕機(jī)，嚴(yán)重情況下會(huì)引起明火； √ 冗余、在線可更換、潛在故障報(bào)警等功能可以有效降低或避免此類故障的發(fā)生 6.故障緊急轉(zhuǎn)旁路設(shè)計(jì) 以上的設(shè)計(jì)及選型，最大程度上保證了UPS的安全性和可靠性，但UPS為數(shù)據(jù)中心提供可靠穩(wěn)定的供電保障，當(dāng)UPS產(chǎn)生故障時(shí)，UPS供電需要緊急轉(zhuǎn)至旁路，為系統(tǒng)提供最后一道保護(hù)屏障，保證系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，不至于因UPS設(shè)備硬件故障而造成用戶系統(tǒng)宕機(jī)、重要數(shù)據(jù)丟失等無(wú)法挽回的重大損失。 所以UPS故障緊急轉(zhuǎn)旁路的設(shè)計(jì)及表現(xiàn)同樣極為重要。 以下對(duì)比了Eaton UPS和友商某EXL系列UPS緊急轉(zhuǎn)旁路轉(zhuǎn)換時(shí)間： 7.損耗密度 電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是高功率密度，但盲目的追求高功率密度是以犧牲散熱面積和絕緣間距為代價(jià)的，所以UPS的設(shè)計(jì)和選型中，不能盲目的追求高功率密度和低占地面積，安全性和可靠性因該為首要考慮因素。 為更好的闡述和理解UPS安全性和可靠性，我們首先提出一個(gè)熱損耗密度的概念。 為了更好的表征UPS損耗對(duì)UPS散熱能力等影響，Eaton提出了損耗密度的概念，即單位體積內(nèi)所產(chǎn)生或承受的損耗功率；與功率密度不同的是，功率密度表征單位體積能傳輸?shù)哪芰?，而損耗密度表征的是單位體積消耗掉的能量； 損耗密度可以從安全性和可靠性方面為大家在選型UPS的時(shí)候提供另一個(gè)角度，同時(shí)這也是很多UPS起火的秘密所在—盲目的高功率密度產(chǎn)生高損耗密度，高損耗密度導(dǎo)致積熱嚴(yán)重，使得在某些特殊情況下導(dǎo)致UPS損壞，掉載，甚至起火。 我們選取同行業(yè)600k UPS為例作為選型對(duì)比，數(shù)據(jù)均來(lái)自官網(wǎng)： Table 1 損耗密度 從以上數(shù)據(jù)可以看出，Eaton UPS損耗密度是最小的，在同樣都是風(fēng)冷散熱的條件下，損耗密度越小，由損耗產(chǎn)生的積熱而產(chǎn)生的安全性和可靠性的隱患越小。 Eaton Power Xpert 9395系列可擴(kuò)展模塊化系列UPS積累了伊頓50年UPS開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和先進(jìn)制造經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)前全球裝機(jī)容量超過(guò)10GVA為全球第一大型UPS品牌，其安全性和可靠性在以下多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用和驗(yàn)證: · 大型數(shù)據(jù)中心 · 大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目 · 金融及銀行業(yè) · 各種大中型工業(yè)領(lǐng)域 · 醫(yī)療保健行業(yè) · 自動(dòng)控制領(lǐng)域 · 電信通訊行業(yè) 伊頓產(chǎn)品采用全球化的質(zhì)量管理體系，嚴(yán)格管理設(shè)計(jì)，材料，組裝等關(guān)鍵環(huán)節(jié)和工藝，具備高穩(wěn)定性，高可靠性的供電系統(tǒng)。 同時(shí)伊頓具備優(yōu)秀的 UPS 運(yùn)維服務(wù)能力，能最大化減少故障發(fā)生，縮短故障處理及設(shè)備更換的時(shí)長(zhǎng)，降低對(duì)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的影響，并能有效控制機(jī)房的運(yùn)維成本。 目前，在國(guó)家政策和巨大需求的推動(dòng)下，我國(guó)數(shù)據(jù)中心掀起了新一輪的建設(shè)高潮。數(shù)據(jù)中心投資連續(xù)多年保持高速增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心規(guī)模逐漸擴(kuò)大。在數(shù)據(jù)中心增長(zhǎng)過(guò)程中，數(shù)據(jù)中心的安全問(wèn)題，能耗問(wèn)題逐步凸顯。數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，直接影響數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，決定著數(shù)據(jù)中心的安全和服務(wù)能力。UPS作為數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的核心，發(fā)揮著關(guān)鍵作用。 從功率段結(jié)構(gòu)來(lái)看，近年來(lái)中國(guó)UPS市場(chǎng)功率段進(jìn)一步向大功率遷移，100kVA以上的產(chǎn)品占比進(jìn)一步擴(kuò)大，200kVA以上的產(chǎn)品繼續(xù)保持迅猛的增長(zhǎng)勢(shì)頭。 在保證安全性和可靠性的前提下，大功率UPS設(shè)計(jì)的復(fù)雜度和難度不可同日而語(yǔ)。 同時(shí)數(shù)據(jù)中心設(shè)備眾多功率大耗電量大；機(jī)房線纜多，布線復(fù)雜，電氣火災(zāi)串火快，危害極大；要從根本上避免起火事件，需要從源頭上杜絕此類事件發(fā)生，提高對(duì)UPS的安全性，可靠性等方面的認(rèn)識(shí)就顯得極為重要，對(duì)機(jī)房設(shè)施安全的重要性需要給予足夠的重視。特別是當(dāng)前UPS市場(chǎng)上大功率的UPS品牌和型號(hào)眾多，功能特點(diǎn)不盡相同，這為客戶的UPS選型帶來(lái)一定的困擾，但無(wú)論選擇功能特點(diǎn)、性能參數(shù)的UPS，可靠性和安全性的設(shè)計(jì)一定是需要首先考慮的因素，不能妥協(xié)。 伊頓UPS堅(jiān)持一貫的安全性和可靠性設(shè)計(jì)，從多層次，多方面的安全性和可靠性研究和設(shè)計(jì)，杜絕UPS自身安全性和可靠性隱患而產(chǎn)生的對(duì)數(shù)據(jù)中心等行業(yè)領(lǐng)域穩(wěn)定運(yùn)行的影響，助力中國(guó)UPS行業(yè)成長(zhǎng)，助力中國(guó)新基建建設(shè)。