UPS供电系统改造工程案例分析

UPS供电系统改造工程案例分析

摘要：本文通过对某UPS供电系统改造工程的分析，指出了UPS供电系统改造的必要性，以及改造的方案和难点，并给出了详细的割接方案和割接过程中需要注意的问题，希望通过本案例分析，为其他UPS供电系统改造工程提供借鉴。 关键词：IDC数据中心；供电系统改造；网络安全 0前言

我国的通信事业经过十多年的快速发展，早期配置的大部分UPS电源设备已过保修期，存在安全隐患，迫切需要更新改造。然而，改造工程通常会遇到现场空间、系统结构、供电安全等诸多因素的限制，设计方案和施工难度都比较大。本案例中的UPS系统改造就遇到了现场因素的许多限制。如何在保证系统安全的前提下，优化割接步骤、减少割接工程量、选择最适合的替换产品是设计人员需要解决的问题。 1 供电系统现状

高低压供电系统现状

高低压供电系统由引自同一变电站的两路市电电源、两套高压配电系统、四台1250kVA变压器、四套低压配电系统及两台1650kVA柴油发电机组组成。高压系统间设有母联开关，两路市电平时分段运行。1#1250kVA变压器和2#1250kVA变压器接在市电1上，互为主备用运行；3#1250kVA变压器和4#1250kVA变压器接在市电2上，互为主备用运行。两路市电电源各配置一台1650kVA柴油发电机组，两台柴油发电机组平时分段运行，系统间设有母联开关。由于该局的两路外市电引自同一变电站，所以外市电等级为二类市电。

每台变压器所接的主要用电设备及最大运行负载率统计表

序号 1 2 | 3 4

1号变压器和3号变压器下的低压配电系统已没有空余的断路器。2号变压器和4号变压器下的低压断路器统计如下：

2号变压器所接低压开关统计表 《 变压器编号 1#变压器 2#变压器 3#变压器 4#变压器 主要用电设备 ' 直流供电系统 UPS供电系统1 空调设备 UPS供电系统2 最大运行负载率 26% 47% 44% ~ 39% 互为主备用 互为主备用 备注 序号

开关编号 开关额定容量(A) 开关整定容量(A) 供电设备名称 备注

1 C203 2 C204 ) 3 C205 4 C206 5 C207 1250 1250 1250 1600 1250 800 UPS1-1 800 UPS1-2 800 UPS1-3 : 1600 UPS1公共旁路 800 / … 空余 注：为便于表述，把UPS系统1中的第2台UPS简称为UPS1-2，其他UPS类似。

4号变压器所接低压开关统计表 * 序号 1 2 3 4 5

$

开关编号 C404 ` C405 C406 C407 C408 开关额定容量(A) 1250 1250 1250 1600 1250 开关整定容量(A) 供电设备名称 备注 800 UPS2-1 800 ， 800 1600 800 UPS2-2 UPS2-3 ; UPS2公共旁路 空余

UPS供电系统现状

UPS系统1和UPS系统2均包括三台400kVA 12脉冲UPS，2+1运行方式，每套UPS配置一个独立的旁路并机柜。每台UPS均配置三组12V/200Ah蓄电池，每组蓄电池有32只。

UPS系统1和UPS系统2均为2001年投入使用。UPS系统1的蓄电池及UPS系统2中的第一组蓄电池和第二组蓄电池已在2009年2月更换。UPS系统1和UPS系统2已超过UPS使用年限。UPS系统2中的第三组蓄电池已超过使用年限。

从2009年2季度以来，UPS系统1和UPS系统2相继发生模块故障、变压器故障、机内相间短路等故障，并引起供电系统一度瘫痪而导致供电中断，严重影响了IDC机房的业务安全。目前UPS系统1的第三台UPS和UPS系统2的第一台UPS由于故障而退出运行，即UPS系统1和UPS系统2均只有两台UPS运行。

现有UPS供电系统配置及放电时间详见下表：

现有UPS供电系统配置及放电时间表 UPS系统 运行方式 、 蓄电池 当前负载率(%) 当前负载率下放电时间(min) ^ 一台UPS故障80%负载率下放电时间(min)

每台UPS正常运行 UPS400kVA(2+1) 系统1 UPS400kVA(2+1) 系统2 200Ah×9 200Ah×9 90 90 时 ！ 60 60 30 【 30 改造前的UPS供电系统图及改造前的设备平面布置图如下：

2 改造的难点及重点

1）由于需要改造的UPS系统均处于带电工作状态，UPS所带载的设备均是IDC设备，

所以整个割接过程要求不断电操作。

2）UPS系统1和UPS系统2都已经有一台UPS因故障退出运行，而实际负荷已经超过一台UPS的容量，即没有备用UPS，所以割接过程要确保万无一失，任何时刻应确保有两台UPS及其蓄电池带载运行。

)

3）低压配电系统中空余的断路器太少(每套系统只有一个1250A断路器可用)。割接过

程中一方面需要利用原来连接已损坏的UPS的断路器，另一方面考虑到一套系统采用一个公共旁路的安全性不高，替换后的UPS系统中每台UPS均配置单独的旁路，这就需要再增加一台配电屏，然而现场低压配电室没有位置增加低压配电屏，所以新UPS的尺寸不仅要比原UPS尺寸小，而且还能够再腾出一台低压配电屏的位置。

4）原UPS蓄电池后备时间不满足规范要求，需要根据现场情况对原有UPS蓄电池进行扩容。由于UPS蓄电池室面积有限，必须对原有UPS蓄电池进行重新摆放，并根据原有UPS考虑UPS的割接顺序。

5）原UPS系统中每台UPS均没有单独的旁路，从原旁路并机柜到原UPS交流输出屏之间的电缆必须利旧使用，所以必须利旧使用原旁路并机柜及原UPS交流输出屏。 3 改造方案及设备配置

本次改造将利旧原有UPS交流输出屏和原有UPS旁路并机柜；为UPS系统1和UPS系统2各增加一架UPS应急维修旁路屏和一架UPS总交流输出屏；采用6台12脉冲400kVA UPS更换过期的UPS系统1和UPS系统2的UPS；拆除原有UPS蓄电池柜，为每台UPS增加一个UPS蓄电池保护盒，共计6个；为UPS系统1的三组蓄电池和UPS系统2的第一组和第二组蓄电池各增加一组蓄电池及相应的蓄电池架和蓄电池开关盒(新增的蓄电池采用与原蓄电池同厂家的产品，每组32只)，更换并扩容UPS系统2的第三组蓄电池。

整个割接过程由市电供电为主。割接工程中，利用两台UPS临时供电，保证大部分割接过程至少有两台UPS带蓄电池为负载供电。

本案例设备配置如下：

本案例电源设备配置表

。 设备名称 规格型号 ；序号 单位 架 架 台 数量 备注 UPS应急维修旁1 路屏 UPS总交流输出2 屏 3 UPS主机

380V/1250A 380V/1250A 12脉冲400KVA 2 : 2 6

【 4 5 6 7 !蓄电池保护盒 · 个 6 UPS蓄电池 蓄电池开关盒 蓄电池架 只 个 架 米 380V/630A 50mmx50mmx5mm角钢 10号槽钢 288 共9组，每组32只 ] 宽x深x高9 =400mmx200mmx415mm 宽x深x高9 =1540mmx825mmx1600mm 30 8 蓄电池架底座 注：蓄电池开关需改造为500V/630A直流开关使用，即把A相和B相用铜排串联。 改造后的供电系统图及改造后的设备平面布置图如下： ）

4 割接步骤

第一套UPS系统割接步骤

1)改造UPS1-3蓄电池开关盒，拆除UPS1-3蓄电池并安装在预定位置。

2)安装UPS蓄电池保护盒(共计6个)，并布放UPS1-3蓄电池到UPS1-3蓄电池保护盒之间的电缆。

&

3)安装两台临时供电的新UPS(安装在UPS蓄电池室的走道上)。

4)利用UPS系统2的第一组蓄电池作为临时用UPS蓄电池。布放临时用UPS蓄电池组、

UPS蓄电池保护盒、临时用UPS之间的电缆(含地线)。第一套UPS的第三组蓄电池保护盒与临时用UPS1连接，电缆长度预留到新UPS1-3的预定安装位置；第二套UPS的第一组蓄电池保护盒与临时用UPS2连接，电缆长度预留到新UPS2-1的预定安装位置。

5)拆除故障的UPS1-3，安装UPS应急维修旁路屏、UPS总交流输出屏、地线排、电缆槽道(包括蓄电池室和电力室)，并新开从低配室到UPS室的馈线洞。布放临时用UPS到第一套UPS的总交流输出屏之间的电缆(电缆长度预留到第三套UPS的总交流输出屏)。

6)布放C206断路器到UPS应急维修旁路屏的电缆(走另外的路由)及UPS应急维修旁路屏到旁路并机柜之间的电缆，拆除C206断路器接到原旁路并机柜之间的电缆。

7)拆除C205号断路器到原UPS1-3之间原有的电缆，布放C205号断路器到临时用新UPS1之间的电缆(电缆长度预留到新UPS1-3的预定安装位置)。布放C207号断路器到临时用新UPS2之间的电缆。

8)布放C203断路器和C204断路器分别到新UPS1-1和新UPS1-2预定安装位置之间的电缆。（与原电缆走不同的路由）

9)调试两台临时用新UPS系统到正常工作状态（每台UPS配3组蓄电池）。

10)布放(不连接)UPS总交流输出屏到旁路并机柜之间的电缆(每相及中性线各两根ZA RVV-1X240的电缆，可利旧原UPS1-3到旁路并机柜之间的电缆)

—

（以上步骤均是前期准备工作）

11)启动油机，把原UPS设置在旁路工作状态，设备由油机直接供电。 12)连接UPS总交流输出屏到旁路并机柜之间的电缆。 （以上步骤需要保证油机正常工作）

13)关闭油机，由两台临时用新UPS及临时用蓄电池为负荷供电。 14)拆除原UPS1-1和原UPS1-2及与其相连的所有电缆。

15)安装新UPS1-1和新UPS1-2，并分别接到C203断路器和C204断路器上。

16)分别把UPS1-1蓄电池和UPS1-2蓄电池安装在预定位置，并改造UPS蓄电池开关盒。

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17)连接UPS1-1蓄电池、UPS1-1蓄电池保护盒、新UPS1-1及UPS总交流输出屏之间的电缆(UPS总交流输出屏上的短路器断开)。

18)连接UPS1-2蓄电池、UPS1-2蓄电池保护盒、新UPS1-2及UPS总交流输出屏之间的电缆(UPS总交流输出屏上的短路器断开)。

19)调测新UPS1-1和新UPS1-2至正常运行状态。

20)由市电、新UPS1-1、新UPS1-2及其蓄电池为负荷供电。 21) 清理现场，绑扎电缆，第一套UPS暂时割接完毕。 第二套UPS系统割接步骤

1)临时用新UPS1由C408号断路器供电(利旧原来接到C205号断路器上的电缆，不截断)。 2)临时用新UPS2由C404号断路器供电(利旧原来接到C207号断路器上的电缆，截断)。

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3)调试两台临时用UPS系统到正常工作状态。

4)拆除故障的原UPS2-1，安装UPS应急维修旁路屏、UPS总交流输出屏。

5)拆除C407断路器上原有的电缆，布放C407断路器到UPS应急维修旁路屏及UPS应

急维修旁路屏到旁路并机柜之间的电缆。

6)布放(不连接)UPS总交流输出屏到旁路并机柜之间的电缆(每相及中性线各两根ZA RVV-1X240的电缆)。

7)连接临时用UPS到UPS总交流输出屏之间的电缆(利旧原有电缆)。

8)布放C405断路器和C406断路器到新UPS2-2和新UPS2-3预定安装位置之间的电缆(不连接，为以后步骤准备)。

（以上步骤均是前期准备工作）

9)启动油机，把原UPS2-2及原UPS2-3设置在旁路工作状态，设备由油机直接供电。

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10)连接UPS总交流输出屏到旁路并机柜之间的电缆。 （以上步骤需要保证油机正常工作）

11)关闭油机，由两台临时用UPS及其蓄电池(UPS蓄电池1-3和UPS蓄电池2-1)为负荷

供电。

12)拆除原UPS2-2和原UPS2-3及其原来连接的电缆。 13)安装新UPS2-2和新UPS2-3。

14)连接C405断路器和C406断路器到新UPS2-2和新UPS2-3之间的电缆，布放并连接新UPS2-2和新UPS2-3分别到UPS总交流输出屏之间的电缆(断路器处于断开状态)。

15)改造原UPS2-2蓄电池开关盒及原UPS2-3蓄电池开关盒，拆除原UPS2-3蓄电池，安装新UPS2-3蓄电池，并把原UPS2-2蓄电池及UPS2-2新增的蓄电池安装在预定位置。

16)布放UPS2-2蓄电池、新UPS2-3蓄电池到蓄电池保护盒及蓄电池保护盒到新UPS2-2和新UPS2-3之间的电缆。

17)调测新UPS2-2和新UPS2-3至正常工作状态。

18)启动油机，把临时用UPS转旁路工作，负荷由油机供电。

19)断开临时用UPS在UPS总交流输出屏上的断路器。把新UPS2-2和新UPS2-3接到UPS总交流输出屏上，负荷由新UPS2-2和新UPS2-3供电。

（19步在负荷由新UPS2-2和新UPS2-3供电前需要保证油机正常工作）

20)把临时用UPS1安装在UPS1-3预定位置，连接UPS1-3与UPS总交流输出屏及C205号断路器之间的电缆并投入使用。

21)把临时用UPS2安装在UPS2-1预定位置，连接UPS2-1与UPS总交流输出屏之间的电缆。

22)把UPS2-1蓄电池及其新增蓄电池安装在预定位置，并连接UPS2-1蓄电池保护盒到UPS2-1之间的电缆。

23)把新UPS2-1及其蓄电池投入使用。

24)清理现场，绑扎电缆，第二套UPS割接完毕。

5 割接中需要注意的问题

由于本案例所割接的UPS位于核心机房，UPS系统下所供电的设备均为核心设备，因此要求不停电带业务割接。割接时要求UPS不能长时间工作在旁路状态。UPS带载运行时，至少有一组蓄电池连接在UPS系统上。割接过程中，应由网络建设中心、网络维护中心、监理公司、施工队组成割接小组，做到专人统一指挥，小组成员应分工明确，相互配合，确保割接工作顺利完成。割接过程中需注意以下问题：

1）确保通信网络及施工人员安全

通信电源系统割接的所有步骤必须要以确保通信网络安全为第一要素，任何影响到通信网络安全的操作，必须无条件终止。施工人员务必注意安全，并戴绝缘手套等保护装备。

2）确保新、旧设备完好无故障

在实施系统割接工程之前和期间，必须保证新、旧设备完好无故障，在出现任何可能影响到供电安全的故障的时候，必须无条件终止，待故障消除或排除后方可继续。

3）尽量降低业务风险

在安全可行的前提下，采用不中断业务的割接方案；工程割接时间应该避开业务高峰，

重大割接应安排在夜间进行；工程割接日期应该避开重大通信保障任务时期及其他专业安排进行的网络优化和升版、灾害性天气等特殊时间；不使通信设备用电受到直接影响的施工，可以在非割接时段进行，如布放线缆、架设线槽等，但施工必须注意安全。

4）施工人员资质应符合相关要求

实施通信电源系统割接工作的施工人员必须熟悉通信电源设备操作和工程施工操作、熟悉通信电源系统割接流程、熟记应急方案。严禁无证人员直接参与施工操作。

5）由于割接工程量比较大，不可能一晚上完成，需要把整个割接步骤分为几个大步骤，有目标的组织割接。

6）本案例中更换UPS时需要考虑低压配电屏上有没有空余的断路器可以使用、临时用UPS的安装位置、临时用电缆的布放位置、更新和拆除设备的进出通道等。

7）本案例为改造类项目，需要割接的电缆较多，必须核实清楚割接设备及其取电开关和电缆后才能实施断电，杜绝割错电缆、关错开关等意外事故发生。

8）本案例割接过程中有大量电缆需要利旧使用，而且会作为过渡电缆使用，所以割接过程有些电缆不能根据布放长度截断，需要预留一部分长度。

9）各种设备的安装尺寸需与实物核实后再进行施工。

10）割接过程中，需考虑每一个割接步骤如果出现问题，能采用哪些应急措施，如果没有应急措施，需预估要多长时间能恢复到割接前的状态，而这段时间必须小于蓄电池的放电时间，否则需要提前申请断电割接。

11）工程实施后，线缆应绑扎齐整并做好电缆起点、电缆终点及电缆截面的标识，熔丝及开关上标示出所连接的设备，且标识不能遮挡熔丝或开关的容量标志。

6.结束语

伴随着3G时代的到来，移动通信市场的竞争更加激烈，打造高品质、更安全的通信网络成为各运营商在竞争中取胜的必备条件。安全的通信网络离不开安全的供电保障，因此，供电系统的安全性已引起各运营商越来越高的重视。以后会有更多的UPS供电系统需要改造,改造工程也会遇到各种各样的问题,设计人员必须结合改造现场的实际情况,进行多方案的比较,最终确定出最经济、最安全合理的改造方案。