山特UPS生产厂家

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C6K(S)~3C20KS并联冗余
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树脂浇注干式变压器与浸漆型干式变压器的比较

摘要　　对树脂浇注干式变压器与浸漆型干式变压器技术性能进行比较，探讨了二类产品的过负载能力和环保特性。 

关键词干式变压器 树脂浇注 浸漆

0 前言

当前世界的干式变压器市场中，存在着以欧洲为代表的树脂浇注干式变压器(CRDT)及以美国为代表的浸漆型干式变压器(OVDT)这样二大类型［1］。与欧洲相似，我国及一些新兴工业国家（如日、韩等），由早期采用浸漆型干式变压器发展到采用真空树脂浇注干式变压器；而以美国为代表的北美市场，在引进树脂浇注干式变压器技术的同时，其浸漆型干式变压器也获得了发展。
有关树脂浇注干式变压器和浸漆型干式变压器这二类干式变压器的比较，近年来有数篇文章发表［1］［2］［3］，市场上也希望更加深入了解这方面的情况。
我厂是国内最早引进欧洲先进环氧树脂浇注干式变压器技术的厂家之一。我们根据参加2002年德国汉诺威电工博览会的资料、2002年美国亚特兰大IEEE输变电设备展的内容，以及自己的制造经验及产品运行实践，来谈谈对这二类干式变压器性能比较的一些看法。

1 环氧浇注干式变压器的优点
我们认为，环氧浇注干式变压器有着下列一些主要优点。
1.1 浇注线圈的整体机械强度好，耐受短路的能力强
由于环氧树脂在一定温度下的流动性能很好，采用先进的浇注工艺，在模具内浇注并经固化成形的线圈将形成一个完整的刚体。无论对突发短路时的轴向电动力或幅向电动力均有很强的耐受能力，由于没有垫块这类支撑点，所以导线不会承受弯曲应力。因而机械强度高可以认为是环氧浇注干式变压器的最大优点。
我厂10多年所生产的数万台产品中还从未发生过任何这方面的事故，另据国家变压器检测中心的介绍，环氧浇注式干式变压器因不能耐受突发短路试验而损坏的例子也是极少的［4］。
相对来说，OVDT类干式变压器采用与油变结构基本相同的饼式线圈，饼间靠垫块支撑，低压导线与铁心之间靠撑条支撑，其机械强度与耐受短路电动力的能力就大大不如环氧浇注干式变压器。
由于干式变压器主要用于10～35kV的配电网中，而这种电网发生短路事故的机率较110kV以上电网要高得多，因而从运行的角度来看，耐受短路能力强这个优点就十分突出了。
1.2 耐受冲击过电压的性能好，基准冲击水平（BIL）值高
当同样采用饼式线圈时，由于环氧树脂的耐压强度较之空气要高出许多（约3.5～4倍〕，所以环氧树脂浇注干式变压器的饼间距离较之饼间绝缘采用空气绝缘的OVDT干式变压器要小；再加以介电常数值也是环氧树脂高于空气；因而环氧浇注干式变压器的饼间等值电容较之OVDT类干式变压器要高得多；它的等值纵向电容较大。这样在雷电冲击（或操作冲击）波作用下，其首端的电位梯度较小，从而对改善首端以及末端的电位梯度都十分有利。对于采用层式线圈的环氧浇注干式变压器，同样是层间电容（纵向电容）较大，可以得出与上面相同的结论。
基于上述原因，目前国际上公认的环氧浇注干式变压器的BIL值为250kV，即最高可以制作66kV级的变压器。而OVDT类干式变压器的BIL值最高仅为150kV，即使制作35kV级的干式变压器也十分勉强［6］。
1.3 防潮及耐腐蚀性能特别好，尤其适合极端恶劣的环境条件下工作
对环氧浇注干式变压器而言，由于整个线圈导体都被环氧树脂的固体绝缘层所包封，因而不仅潮气难于浸入，而且也完全阻断了导体被各种有害气体和腐蚀性化学成份侵害的可能，因而其防潮与防污的性能特别好，并可工作于极端恶劣的环境条件下。几十年来国内外的运行实践都证实了这点。
另外，从干式变压器的发展历史同样可以证明这一点。20世纪60年代环氧浇注干式变压器在欧洲的出现并迅速在全世界得以推广，正是由于早年的开敞式浸漆型干式变压器防潮性能差而不能保证运行可靠性的缘故。
尽管目前的开敞式OVDT类干式变压器采用了真空压力浸漆（VPI）工艺，有的匝绝缘还采用性能优良的NOMEX纸，但是其防潮性能也不如环氧浇注式。例如，在一些美国厂家的样本中就公开标明这种干式变压器最高只能工作在90％的湿度的条件中，而不能在100％湿度的环境下使用。
此外，由于OVDT类干式变压器一般都采用饼式线圈，并且大多数为非包封式，而饼式线圈积尘后较难清理，所以较之环氧浇注干式变压器而言，其日常维护工作量较大，即使采用包封式的结构（又称VPE或VDT）［3］，其根本性的缺点仍难于克服。
1.4 可制造大容量的干式变压器
由于OVDT类干式变压器的抗短路能力较差以及一些结构方面的原因，据美国的经验，最大仅个别能制造到容量为8～10MVA，其最高电压为33kV。绝大多数产品均为6～10kV，容量一般为2500kVA及以下，个别的可制造到4000kVA。而对VPE即包封式干式变压器（又称VDT），由于散热较OVDT要差，有的最大容量还仅能生产到1600kVA。但是，对于环氧浇注干式变压器而言，国际上公认其最大容量可达20MVA，且国内外均已有这样的产品在安全可靠地运行中。我厂在1996年成功制造了我国首台16MVA/35kV的环氧浇注干式变压器，后来又陆续生产了多台这种容量的产品，目前均安全可靠地运行着。
1.5 局放小，运行寿命长
由于线圈经过真空处理和浇注成型，匝间和层间无气泡，在同类产品中，其局部放电最低；此外环氧浇注式干式变压器的机械强度高，在短路电动力的作用下不会变形，且防尘、防污性能好。根据国外的报导，其运行寿命较之OVDT类干式变压器要长。
以往影响环氧浇注变压器运行可靠性与寿命的主要问题，是浇注线圈的开裂。但是随着薄绝缘玻璃纤维增强结构的采用以及原材料的进步和浇注工艺的改进，目前这一问题已得到很好的解决，从我厂产品通过KEMA气候试验-25℃热冲击验证及多年来的运行实践就充分证实了这点。
1.6 可以立即从备用状态下投入运行而无需预热去潮
如前所述，由于OVDT类干式变压器的线圈表面是靠真空压力浸漆（VPI）后薄的覆盖绝缘层来绝缘的，所以这种变压器在停运状态下，就容易因吸潮而降低其绝缘水平，在投入运后可能引起局放增大甚至发生绝缘击穿等严重事故。因此，为可靠起见，当停运一段时间后再重新投运时必须先行预热去潮后，才能投运带负荷，这样势必造成停电后投运时间的延长，对可靠性造成一定影响。
但是，对环氧浇注式干式变压器而言，由于它的防潮、防尘性能好，因而完全没有这种预热的必要，对停运中的干式变压器可以根据电网的需要，立即投运并带负荷运行。
1.7 损耗低，过负荷能力强
对环氧浇注式干式变压器而言，环氧树脂的耐电压强度较之空气要高出许多（约3.5～4倍），其线圈包封为2mm树脂层，在同等绝缘水平条件下，OVDT干式变压器线圈的段绝缘距离、主风道距离和饼间绝缘距离较环氧浇注式干式变压器大15％。因而在同等耐电压绝缘水平和尺寸条件下，根据我厂SC9、SC10二个系列与OVDT干式变压器系列对比计算分析和制造试验验证，OVDT系列干式变压器的损耗较环氧浇注式干式变压器大15％～20％。　另一方面，在同等绝缘水平和尺寸条件下，相同的绝缘等级(H级)，由于环氧浇注干式变压器的额定损耗和额定温升低，具有节约能源、环保的优点，同时由于额定温升低，其过负荷能力强。
1.8 在我国，环氧浇注干式变压器的制造经验最丰富，运行业绩最好
由于我国从上世纪80年代末期起，陆续从欧洲（主要是德国）引进了先进的薄绝缘环氧浇注干式变压器技术，我厂并对这些引进技术作了很多改进与发展，迄今已积累了丰富的制造经验。目前，各式各样的环氧浇注式干式变压器遍布全国各地，尤其是一些重点工程与重要部门的应用很多。因而环氧浇注式干式变压器早已为广大用户所接受，并取得了很好的运行业绩。迄今，在一些重大工程（如三峡工程，京、沪、穗的地铁等）项目中，
都是采用我厂或国内外着名厂家（如德国西门子等）的环氧浇注式干式变压器。另外，从运行部门来说，他们对环氧浇注式干式变压器也已确立了一整套的运行管理体制。

2　围绕二种类型干式变压器的二大热点问题
2.1 关于“过载能力”
在许多有关OVDT类干式变压器的宣传中均提到了“过载能力”是这类变压器的突出优点。在有的厂家的产品样本中更具体到了“可以长期过负荷20％连续运行”。我们知道过载能力与损耗、额定温升、额定工作点、容量裕度、散热面积、产品结构、绝缘等级等因素相关。如前所述，OVDT这类变压器在相同尺寸和绝缘耐压条件下，比真空树脂浇注干式变压器损耗大15%～20％,且额定温升高，而额定温升高也将降低过载能力；因此我们认为，损耗低、额定温升低，采用高耐热绝缘材料（NOMEX）导线的树脂浇注干式变压器具有过载能力强的产品结构优点。
此外过载能力强的前提是线圈的匝绝缘以及垫块、撑条等部件都必须采用属于C级绝缘的NOMEX纸制品。这种情况下，它之所以“过载能力强”究其原因，正如文献［3］中所说“是由于它利用了从C级绝缘材料（220 ℃）到H级（180℃）产品之间的热裕度”。
但据我们所知，目前的OVDT类H级干式变压器，厂家为了减少NOMEX纸用量以降低成本，除导线匝绝缘采用NOMEX纸之外，线圈的其他绝缘件都是采用了其他种类的H级绝缘材料。因此，这种产品如要特别强调“过载能力强”，就极其勉强了。
其次，在认为这类产品“过载能力强”的文章中，另一个理由是“它的绝缘层较薄，在采用饼式线圈时，可以直接朝外散热，因而其最高温升与平均温升的差值较小”。根据我们参加国标GB/T 17211—1998《干式电力变压器负载导则》标准制定过程的体会，干式变压器的热点温升与平均温升的比值Z的确定对其过载能力有较大的影响［7］，
由于上述国标是等效采用IEC-726标准，Z的取值按IEC规定取为1.25。为了验证该值是否与我厂的产品一致，我们在该国标制定的过程中曾进行过大量试验研究，结论是我厂的环氧浇注干式变压器的Z值一般在1.2上下，相对于标准规定的Z＝1.25而言，还是有裕度的。由于IEC-726标准是1987年发布的，它更多地是反映了1982年以前世界上干式变压器的技术水平，而在当时该标准制定的依据就是按照开敞通风式的数据作为主要依据的。由此可见在Z值的大小方面，先进的环氧浇注干式变压器与开敞通风式之间并没有多大的差别。
另外，有关这一点已为我厂产品的运行实践所证实。这一方面是由于薄绝缘的浇注结构，导线的热量很容量传向线圈外表面。另一方面，根据变压器容量的大小还可以在线圈内层设置能双向散热的轴向散热风道，从而大大增强了散热能力。不难设想，环氧浇注干式变压器要是没有良好的散热能力，就不可能制造出20MVA的大容量产品。
反过来说，OVDT类干式变压器由于其线圈结构采用了与油变压器相类似的饼式线圈，但对流散热的介质却是空气，相对而言，绝缘油由于热容量大，其散热能力较空气要强得多。所以对容量不大的OVDT类H级干式变压器还可以认为其Z值不超过1.25；至于容量在2500kVA以上的这类干式变压器，据国外经验，其Z值将超过1.5，甚至更大。这时，就更不能认为它的散热能力及其相应的过载能力将一定优于环氧浇注干式变压器了。
2.2 关于“环保特性”
目前，围绕着这二种类型干式变压器的优缺点的讨论中，另一个热点就是“环保特性”。针对这样一个原则性问题，我们认为特别需要说明一下自己的观点，并对某些问题加以澄清。
(1) 从材料的环保特性到产品制造与运行的环保特性。
首先，NOMEX纸作为已有多年使用业绩并经认证的一种材料，其环保特性是获得认可的。至于其他一些H级材料及浸漆生产过程，在环保特性方面的优越性如何，我们感到仍缺乏足够的依据。
对环氧树脂材料而言，本身既是无毒的且在制造过程中也不污染环境，在运行中也不会对人员和环境有任何危害，即使燃烧，也不会放出有害气体，无论在使用时间、使用总量及环保特性等方面都是被广泛赞许的。
应当指出的是，薄绝缘环氧树脂浇注式干式变压器，在燃烧时所释放的能量与NOMEX纸及用其他H级绝缘材料制造的OVDT类干式变压器相比，也是较小的。我厂于2000年将一台630kVA的产品在法国顺利通过F1级的燃烧试验［5］，这证明它满足最新国际标准中对干式变压器燃烧特性的要求。
另外，我国的一些大型工程中还直接从欧洲一些着名厂家进口了一批大容量环氧浇注式干式变压器，而这些干式变压器都是通过了燃烧特性、环境特性以及气候试验这三项特殊试验的。这也再次证明，就环境特性而言，环氧树脂干式变压器的使用是完全可以令人放心的。
(2) 与产品寿命终结后回收降解处理有关的环保问题。就这一问题而言，对环氧浇注干式变压器有一些误导。误导之一认为环氧浇注干式变压器不能方便地降解回收，只有OVDT类干式变压器才能降解回收，甚至提高到将来国家的环保政策是“谁购置了什么产品，谁就要负责该项产品的降解处理……。”如把这些说法加以推论和误导“环氧浇注干式变压器已不符合环保政策，只有OVDT类干式变压器才是环保产品……”等之类的结论。对于这样一个原则性的大事，我们必须观点明确地加以回应。
首先，根据我厂近年来专门派人去欧洲和美国所做的调查，国外厂家都明确表示：二种产品的回收处理是相似的，环氧浇注干式变压器的产品在寿命终结后，完全可以做到很好的降解回收，它的废弃物处理不会造成对环境的污染，已用于道路填埋、公路建造中。
因此在欧美发达国家的重要工程仍在大量制造与使用环氧浇注干式变压器和环氧树脂产品，欧洲客户强调他们更看中环氧浇注干式变压器的运行品质。
综上所述可知，我们根据我厂的实践，全面地论述了环氧树脂浇注式干式变压器的优越性，并针对一些热点问题，作出了回应。
应当说明的是，我们并不否认OVDT类干式变压器所具有的优点，如它无需浇注设备与模具，可以减少工厂的初期投资，制造成本较低，这类变压器由于耐温等级为H级可以一定程度上减少变压器的尺寸和质量，在燃烧时所释放的能量较小等等。问题的关键在于“事物都是一分为二”的，对任何事物都只有全面地加以看待并解决所出现的问题，才能不断地促进干式变压器制造技术的发展与进步。
长期以来，多数UPS电源厂商的研发部门把精力放在提高转换效率、提高功率密度、提高输出电压稳定度（调整率）以及传输失真度等UPS电源指标上，很少从研发实验室的仪器堆中“走出来”到UPS电源用户使用的现场去办公，很少花精力去拜访UPS电源用户，很少过问UPS电源用户在应用过程中关心的问题是什么，也很少有权威的专业机构认真研究用户在使用过程中面对的技术问题。美国UPS电源厂商 APC 公司，从 2000 年起派出工程师和设计专家到全球 200 多家大型UPS电源用户、电力设计机构进行考察，认真倾听来自设备经理、IT 经理、CEO、工程顾问、项目经理等不同层面人士的意见，收集到了过去从来没有认真思考过的问题，总结归纳出数据中心UPS电源供电系统当前面临且今后必须解决的 5 个方面共 22 个迫切问题，发表在《美国可用性研究中心白皮书（一）》上。这22个问题全面而直接地反映了UPS电源供电系统的用户（特别是数据中心的用户）对UPS电源设备和供电系统的意见和要求。这些意见和要求中很多已超出了传统概念的UPS电源设备应具备的功能范围。
第 1 类问题--生命周期成本
    这类问题一般是UPS电源用户的高级决策人员、财务管理人员首先关心的问题。UPS电源 系统的购买通常视为固定资产的投资行为，所以长期及短期的投资回报率和投资风险是他们首先考虑的重要问题。
    问题 1：如何能优化投资和可用空间、避免UPS电源容量的浪费及能否做到“边成长边投资”问题
    通常情况下，用户在设计采购方案时，需要考虑到未来的业务发展。例如，如果业务量
以每年 20%的速率增长，则 5 年后所有 IT 或通信设备的负载量将是第 1 年的 2.5 倍。所以，最初采购时就要考虑到未来的需求。为了适应业务发展的终期目标，许多用户采用“一次到位”的方式采购 UPS电源。从对UPS电源装机运行 5-10 年的用户的调查发现，用户的设计容量（即UPS电源 的购买容量）用户设备的预计负载量以及用电设备的实际负载量之间存在着很大差异。、从一般平均情况来看，在首次装机时预计负载量只是设计容量的 30%，而实际负载量又只是预计负载量的 30%。换句话说，在最初装机运行时，UPS电源 的实际负载量仅为 9%左右。随着业务的发展，用电设备逐年增加，在第 5 年时预计负载量增加到设计容量的 80%左右，而实际负载量只达到设计容量的 28%。
UPS电源 配置容量与实际运行容量的统计数据如图 1 所示。实际上，大容量UPS电源的用户对系统可用性的要求非常高，几乎全部使用冗余并机系统，所以实际的购买容量比上述的容量大 1.5 倍（3 台并机，2+1 冗余）或 2 倍（2 台并机，1+1 冗余）。从图 1 中还可以看出，用户在UPS电源容量上的投资，70%以上都被浪费了。事实说明，在大容量UPS电源供电系统的用户中，这是一个普遍存在的问题。所以用户提出是否有一种办法可以解决这个问题，能否有一种能够“边成长边投资”的方案。
图 1：UPS电源 配置容量与实际运行容量的统计数据
   问题 2：空间或称占地面积的问题
   如何提高 IT 设备所占空间与其他基础支撑设施所占空间的比例？对于部分UPS电源用户（如远离市区的工厂或 IDC 等）来说，空间根本不是问题。但对于那些位于商务区的数据中心机房和旧机房的扩容改造或者将其他办公用房改造为机房的来说，基础支撑设施所占据的空间是个令人头痛的问题。基础支撑设施，通常指机械和电力基础设施。机械设施通常包括IT 机房空调等，电力基础设施包括发电机组、UPS电源 系统、电池系统、输人开关柜和输出配电柜等。随着 IT 设备的小型化（刀片式服务器的出现就是一个例子），人们发现 IT 设备的空间与基础支撑设备的空间的比例有越来越小的趋势，这使得用户的心里感到不平衡--有一天是否会尴尬地发现：不能直接产生利润的基础设施竞会比直接产生利润的 IT 设备所占用的空间还大？有没有一种方案能够压缩整个基础支撑设施所占用的空间呢？
   问题 3：装配速度问题
   市场瞬息万变，对于企业来说，“快”是生存之道。构建一个数据中心，不仅电源系统的各个部件存在着交货周期问题，而且方案设计、系统安装等也需要时间。大型UPS电源系统、柴油发电机、大型开关设备等需要很长的交货周期，这一点已是人所共知。用户必须提前 6个月购买这些系统和设备，若其中间环节稍有差迟，用户的起用时间就会被推迟。在极端情况下，甚至出现当用户启用设备时市场已经变化，最初的设计方案已经彻底过时。尤其是在近几年来 IT 行业的萧条时期，有些用户必须提前 6 个月购买拟建中的数据中心的各种设备，6 个月后他们才发现到了一个进退两难的境地，因为他们的项目已经因为后期资金的限制而被迫取消或缩减了规模。这样，他们便被这些定购的设备困住了。
   通常情况下，因系统的进度及可用性要求的不同，数据中心的实际建设时间一般要 3-18个月不等。用户希望能够缩短从作出决定进行修建到实际建成并投人运行的时间。
   问题 4：服务合同的费用问题
   大型UPS电源系统及一些电力基础设施的其他组成部分的复杂性，加上缺乏技术娴熟、经验丰富并经过高级培训的技术人员，导致服务合同的费用居高不下。随着系统使用年限的增加，用户的运营费用不断上升。更令用户感到不平的是，服务费用都是按照UPS电源的装机容量来报价的，尽管用户实际只用到UPS电源容量的 70%以下甚至只有 10%。用户非常希望能够找到降低系统复杂性的途径，以此来简化所需要的服务并降低服务合同的费用。
   问题 5：投资风险问题
   针对UPS电源系统的投资，是否有灵活的退出策略？变幻莫测的市场环境，使所有企业的决策者对未来的业务的不确定性感到不安。这种对未来业务的不可知性，直接导致对 IT 设备及电力基础设施投资的风险性。目前的电力基础设施需要大量投资，但没有可变通及灵活的退出策略。许多用户都在试图寻求能够在项目启动失败时提供简单而经济的退出策略。
   除此之外，许多用户都在租赁的办公环境内办公，数据中心的办公室也在其内，而且通常在 2-5 年内就搬迁到新的办公环境。对于当前的基础设施而言，若要搬迁到其他地方．要么技术上不可行，要么将需要一笔很大的开支，因为现有的数据中心基础设施并不能搬迁，而是需要重新购买。总之，用户都希望能够在各种情况下低成本地退出。
  第 2 类问题--UPS电源 系统的可适应性及可扩展性
   问题 6：系统和部件的标准化与规范化
  如何降低系统的设计风险，这是当前 IT 机房设计和实施过程中普遍思虑的问题。目前大型UPS电源用户的电力基础设施变得越来越复杂，多种品牌型号的 UPS电源、输人输出开关装置、信号及动力电缆的布线等，导致了大量的现场工程设计工作和设计方案的多样性，大大地增加了用户或技术顾问公司、设计院的负担，顾问工程师会因为设计的复杂性和资源配置问题而承担极大的风险。用户和顾问公司都希望有一种方案能够使所有部件标准化、规范化，这不仅可以降低设计和施工的工作量，还可以降低设计和组建的风险。
   问题 7：不可预测的功率密度问题
  用电设备的功率密度，即单位体积内或单位面积内负载消耗的电功率，在随着技术的发展而增大。举例来说，五六年前，一台典型的 IT 机柜内可以放 5~8 台服务器，功率密度大约为每个机柜 1.0~1.5 kW。如今，随着刀片式服务器的面市，在极端情况下每个机柜内负载量甚至可能达到 10kW。对于未来功率密度的增大速率和程度，尽管每个用户都有自己的一套理论，但有一点是大家的共识，那就是功率密度将不断增大且无法准确预见。这种情况对于规模相对较大的数据中心来说会带来两方面的问题：一是在 IT 设备因业务增长而追加设备的过程中，不同区域或不同机柜内的功率密度会变得不均衡，这样会在数据中心内形成一些功率密度非常高的区域，从而会因大量热损耗而引起局部温升，即形成过热点，这必然要对散热设施提出更高的要求；第二方面的问题是，功率密度不均衡为设备的配电提出了挑战。一个机柜如果安装早期的服务器，也许只能容纳 10 台，即只需 10 个电源插座就够了；现在，一个机柜能容纳 40 个 1U 的服务器，即至少需要 40 个电源插座，将来这个数目还可能增加。显然．对于UPS电源的配置也提出了更高的要求。所以用户会提出这样的疑问：电力基础设施能否适应这种不断变化而又无法预测的功率密度带来的影响呢？
   问题 8：如何适应不断变化的其他需求
  技术革新通常每隔 1.5~3 年就发生一次，数据中心也不例外。随着数据中心环境的变化，电力基础设施和其他基础设施都必须适应并满足这些要求。机柜内的设备升级更换时会导致许多其他问题，诸如新旧设备的重量密度不同、安装要求不同（如 DELL 公司的服务器不能安装在 COMPAQ 公司机柜上）、单电源设备与双电源设备对配电要求不同、交流设备与直流设备对配电要求也不同等。例如，某些服务器是双电源供电的，这样的服务器就不容易得到专为单电源服务器设计的基础设施的支持，反之亦然。除此之外，UPS电源 容量的扩展也是用户十分关心的问题。UPS电源 扩容时的问题主要有以下 3 个方面：第一是新旧UPS电源系统的兼容问题，如果新增加的UPS电源与现有的UPS电源的品牌不同甚至品牌相同而机型不同，都会增加额外的服务费用、增加操作难度并可能影响原系统的可靠性和可用性指标；第二是新扩容的UPS电源与现场环境的匹配问题，用户担心万一最初设计时不够全面，那么在UPS电源扩容升级时会不会发生预留给新增UPS电源的空间不够，改动输人输出布线是否需要改变房屋结构等新的问题；第三是UPS电源扩容升级过程中会不会被迫中断现有业务。实际情况是为设备扩容而停业半天的情况时有发生，而他们的用户似乎习以为常了。但是，现在的要求不同了，许多行业需要 24h 不间断运行的业务，无论什么原因，哪怕是设备升级，中断几分钟也将被视为重大事故，所以UPS电源用户非常希望有一种不停电扩容的解决方案。
   问题 9：断路器数量增加以及断路器指标的离散性问题
  在传统的集中式UPS电源设计中，UPS电源 和关键负载之间安置了许多断路器，实际上每个断路器都是一个单路径故障点。许多用户已经开始认识到断路器这一单路径故障点对关键负载的可靠性的重大影响，换句话说，每一个断路器都是影响输出业务的潜在隐患，所以断路器
数量越多，关键负载可靠性就会越低。另外，相同指标而不同厂商的断路器，其运行过程中
的实际动作稳定值也存在着很大差异，例如一个标称 20 A 的断路器动作电流是 20 A，而另一个标称 20 A 的断路器动作电流可能只有 17 A，这在很大程度上影响了数据中心路保护机制。情况最糟糕时，下游断路器可能不会动作，而最终导致上游的断路器动作，结果发生大面积负载掉电的情况。用户希望能够减少UPS电源与负载之间的断路器的数目以及使用更加标准化的断路器。
  第 3 类问题--如何提高UPS电源可用性
  许多UPS电源厂商都开始重视UPS电源系统的可用性问题，常见的提高UPS电源可用性的技术是采用冗余技术和可热插拔的模块化设计。但是，当人们把目光从UPS电源本身移到整个电力基础设施系统的时候就会发现，影响用户设备供电的可用性的因素其实还有许多。
  问题 10：操作人员人为操作失误的问题
  根据美国权威调查机构 UP TIME INSTITUTE 提供的信息 54%的宕机故障都是人为因素造成的。许多其他的组织也对这一数据进行了调查，有的估计值甚至高达 75%-80%。无论确切的百分比是多少，大家都一致认为造成宕机的首要原因是人为因素。其中，大部分是由于目前数据中心复杂性极高而又缺乏处理这类复杂系统的专业技术人员等原因造成的。除此之外，针对如此复杂的系统，对人员进行的培训也远远没有达到所需要的水平。众所周知，那些执行机要任务的飞行员和舰长们都经过上千小时的培训性实践，而且培训初期都采用了模拟装置，但是没有一家企业对数据中心的管理人员的培训能够达到这种水平，而且他们往往只是自学式的在职培训，再加上这些行业内的人员的高流动率，我们就很容易理解“人为因素”是宕机或可用性丧失的首要原因了。用户非常希望得到一种能够很容易减少人为因素
的解决方案。
  问题 11：如何把UPS电源与关键负载之间的故障点减至最少
  许多造成关键负载宕机的故障发生在UPS电源与关键负载之间。过去，用户通常在 UPS电源以及发电机之间引人冗余设备，从而提高UPS电源和发电机的可靠性，但是他们往往忽略终端配电一级的单路径故障点，例如他们在UPS电源和关键负载之间设置多个断路器，而且UPS电源和关键负载之间的距离很长。在调查过程中，我们经常发现UPS电源放置于地下室而负载放置于 5楼的情况，所以希望冗余设施距离负载能够更近一些，并且减少UPS电源和关键负载之间的断路器数量。
  问题 12：减少大面积断电的故障点
  人们从不希望宕机事故的发生，但现实中不可能绝对不宕机，所以，一旦发生宕机便希望故障的影响能尽量局限在小范围内。用户在设计整个供电系统时往往会在集中式供电或分
布式供电这两种方案中犹豫不决：集中式供电有许多优点，但它有一个致命缺陷，那就是一旦UPS电源 系统发生故障，所有设备均会因停电而宕机；分布式供电能够解决大面积业务中断
的危险，但是存在不易管理等缺点，用户希望能够消除并控制自己电源系统的故障。
  问题 13 ：UPS电源 对供电系统的谐波干扰问题
  从表面上看来，UPS电源 的谐波干扰并不会影响自身的可靠性，但是同一个供电系统中若接有多台UPS电源时，每台UPS电源都相当系统内部的一个干扰源。高次电流谐波都是无功的，是造成设备输入功率因数低的重要原因。无功和谐波电流对供电系统的影响是多方面的，例如导致电网电压畸变，严重干扰系统内和使用同一电网的其他用电设备，影响变压器、发电机、电动机、电容器的正常运行，使其损耗增大、发热、绝缘老化，缩短使用寿命，导致异步电机转矩降低，振动加剧，噪声增大，引起继电保护自动装置误动作，导致计算机等精密电子设备运行不正常；对通信线路、测量线路产生辐射干扰，影响电能计量精度等；无功电流的存在必然增加电网容量和系统配置容量，增大能源损耗和运行成本，而附加的为了改善输人功率因数和降低输入电流的谐波成分的滤波器，不仅重量、体积和成本都显著增大，还存在着电路发生振荡的可能。谐波电流还是造成系统零地电压差增大的主要原因，会影响计算机设备的正常运行，此时需要利用更粗的电缆和更好的接地系统来补偿。总之，用户希望能够减少UPS电源产生的谐波干扰。
   问题 14：用户内部以及用户与厂商之间的信息共享问题
   目前，由于各种设备安装的复杂性，在各种现场会碰到一些特别的问题，故障发生时对故障根源的分析变得非常困难。用户反映基础设施部件中存在太多的变化，希望能够通过全
球统一标准的系统收集数据和比较结果以及规范校正和处理的措施。他们希望同一机构内不同场地的机房能够使用同样设备，从而使公司内不同部门的管理人员能够相互共享管理经验
及故障处理经验，也希望UPS电源供应商能够提供这些技术知识。
   第 4 类问题--UPS电源 对供电系统的可管理性
   问题 15：UPS电源输出的分路管理问题
   用户对其数据中心内的分支电路的超载问题比较关心，主要原因是不断有越来越多的设备插人系统中，导致分支电路的负载增加甚至过载，还有其他的原因比如授权的用户和未受
权的用户在输出端插入用电设备，而该设备（非关键性设备）是根本不允许与关键电源及UPS电源 输出相连接的。分支线路过载时，断路器就会动作，本支路内连接的机柜或所有设备
就会宕机。在极端情况下，会发生保护该过载分支电路的断路器不动作而引起上游断路器动作，这将使更多的机柜或更大范围的设备发生宕机。用户非常希望能够获得可管理的输出，
以便能在上述故障发生之前得到报警。有些用户甚至提出希望能够控制配电插座上的每一个插孔。
   问题 16：监控负载机柜的电源状态
   机柜使用量大的用户往往希望能有一些安装在本地的显示装置以提醒维护操作人员可能发生的故障。目前要弄清楚每个机柜上的电源状况是很困难的，但在有些情况下即使能够
查看每个机柜上的电流，也需要通过远程管理界面来查看。用户希望能够在巡查过程中看到每一个机柜的各个输出插座的电流情况，从而查明设备是否在正确的范围内工作。
   问题 17：线缆管理问题
   传统的配电系统工程设计施工，往往都把输出配电柜安装在高架地板上，并通过多个支
路把单相电源分配给各 IT 设备。随着业务的发展，IT 设备不断被追加安装，机柜上的功率密度不断增加，这就必须把更多的电缆连接到配电柜上。如果机柜使用 2N（双总线）设计，机柜就需要有 A、B 两路供电电缆。如果再考虑高密度服务器数量有进一步增加的趋势（1U高度的服务器乃至刀片式服务器），在极端情况下，一个机架上甚至可以安装 200 多个刀片式服务器，而所有这些服务器都需要 1 根或 2 根电源线及几根网络电缆，这样就使数据中心的电缆数目大大增加，成为管理和宕机风险方面令数据中心的管理人员头痛的问题。有时，用户为了查找一根电源线的来源甚至要花几十分钟或一两个小时。如何改变电缆的混乱状况，改善电缆的管理水平呢？
   问题 18：预防性故障分析问题
   数据中心机房管理的重要内容之一是预防性故障分析。预防性的故障分析一直是数据中心电源系统难以实现的一个课题，用户一直依赖劳动力密集的预防性维护操作、红外线探测
等作为检查核实潜在问题的方法，而这些乏味的重复性工作往往需要受过专业训练、经验丰富的工程师完成。用户希望电源系统应该具备足够的智能水平以及自我诊断能力，以便能够
在故障实际发生之前发现并排除这些潜在故障。
   第 5 类问题--可服务性
   问题 19：减少平均维修时间 MTTR 问题
   电源基础设施的平均维修时间是指从故障发生、故障报警到管理员发现并判断故障位置、原因，从而通过更换部件使系统恢复正常的平均时间。系统的易管理性是减少平均维修
时间的前题。然而很多用户已经认识到，故障判断后，部件的更换往往是减小平均维修时间的关键。许多供应商提供了响应时间的承诺，比如 4h 响应的承诺。供应商在多数情况下能
够兑现承诺，服务工程师在 4h 内能赶到现场，但问题是赶到现场是一回事，是否携带了合适的备件又是另一回事。用户经常会发现服务工程师因带错备件无功而返的情况。如果用户
自身在装机时同时购买常用部件，这种情况会有所改善，但用户端的储存条件又不能保证备件的“完好性”，另外，自备配件也会占据用户宝贵的空间。总之，用户希望能更准确地解
决故障和修复时间更短。
   问题 20：降低系统的复杂性问题
   目前的电力基础设施是非常复杂的，基础设施的许多子系统和各部件也同样有越来越复杂的趋势。在并机系统、多模块UPS电源系统、负载总线同步装置和大型近代开关等之间，要
迅速准确地判断故障是非常困难的事情。比如，将系统转人旁路状态，对那些不十分熟悉现场的操作人员来说，简直就是一种挑战。系统的复杂性会带来两方面的影响：其一是系统越
复杂，操作人员和管理人员产生人为失误的可能性就越大；其二是系统越复杂，系统发生故障时对故障进行定位诊断需要的时间越长，从而使修复时间加长。用户非常希望能够降低数
据中心基础设施的复杂程度以及提高操作的容易程度。
   问题 21：带电操作的问题
   带电操作通常被认为是当前数据中心电源基础设施中无法避免的一个弊端。目前许多数据中心的电源基础设施中都采用了冗余技术，当多个冗余部件中的一个部件发生故障时并不
会给管理员带来“恐慌”，真正给管理服务工程师带来“恐慌”的是如何取出故障部件并更换新的部件。因为根据业务的需求，更换过程是不允许停机操作的，换句话说，这个过程需要带电操作。带电操作既对管理工程师的人身安全产生了威胁，同时也增大了操作失误的机率，严重时还会引起关键设备宕机。所以，数据中心的管理人员希望能够有一种可以减少电
力基础设施中不得不实施带电操作的方法，此外许多国家和地区的健康与安全法规都正在做出禁止带电操作的规定。
   问题 22：供应商之间相互推诿问题
   目前由于系统的复杂性，数据中心的设计者和用户要与越来越多的设备厂商打交道，各厂商的设备之间的配合以及各厂商的工程师与工程师之间的配合变得越来越复杂。当系统中的某一个环节出现问题时，各厂商的工程师往往从自身利益角度出发而不是从整个系统的角度出发来判断、认定和解决问题。他们往往会自觉或不自觉地推卸责任。各方的工程管理人员往往在解决问题的现场会上唇枪舌战，使本来复杂的问题变得更加复杂而难以解决。争论的焦点往往会从解决问题、发现解决问题的方案本身转移到发现其他设备的缺陷方面去。甚至有的用户抱怨说，在这种情况下他们已经从一方职员变成一个必须善于斡旋的“政治家”。用户非常希望能得到一种解决方案，它能减少或消除供应商之间的相互推诿。
   以上五大类 22 个问题是从涉足数据中心市场的设计工程师、顾问工程师、设备经理、IT 经理、CEO、项目经理那里征求的意见总结归纳出来的。需要说明的是，对于某一个数据中心而言都会关心这些问题，但不同的用户在不同的场合下会更关心其中的某些问题。
   解决这 22 个问题并不是一朝一夕可以做到的，但它既然是当前数据中心UPS电源供电系统存在的问题，也必然是所有UPS电源供电系统普遍存在的问题。问题决定着需要，因此这 22 个问题将成为高可用UPS电源供电系统技术发展的主要依据和动力。

 核心提示：在经历多年的发展后，各大UPS厂商针对数据中心市场的拓展越来深入，相继推出数据中心的新产品、新方案。有人断言：未来能在数据中心市场打胜仗的厂商才有可能获得新的发展。为此，今年UPS厂商从产品、方案、渠道、服务等多个维度上发力，共同踏上了深根数据中心市场的新征途。