葉繁英，歐陽龍斌

（廣東省地震局地震監(jiān)測中心，廣州510070）

地震臺網(wǎng)機房不間斷電源系統(tǒng)的完善和維護

葉繁英，歐陽龍斌

（廣東省地震局地震監(jiān)測中心，廣州510070）

如何建設(shè)一套完善的不間斷電源系統(tǒng)是地震臺網(wǎng)機房建設(shè)的重心，對廣東省地震局臺網(wǎng)機房不間斷電源系統(tǒng)在建設(shè)、運行維護和管理中存在的問題，進行了分析和論述，提出建立三級保障電源系統(tǒng)的必在性，并對三級保障電源系統(tǒng)的設(shè)計提出了一些實用的方法，并給出了解決的措施。

地震；機房；電源；設(shè)計；管理；方法

0 引言

廣東省地震局臺網(wǎng)機房（簡稱“臺網(wǎng)機房”）承載著國家地震速報災(zāi)備系統(tǒng)、廣東省地震信息系統(tǒng)、廣東省地震臺網(wǎng)中心系統(tǒng)的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和電源設(shè)備。臺網(wǎng)機房設(shè)備能否正常運行取決于機房供電系統(tǒng)能否不間斷供電，供電安全性直接影響著國家地震速報災(zāi)備系統(tǒng)、廣東省地震臺網(wǎng)系統(tǒng)的運行質(zhì)量和廣東省地震信息系統(tǒng)的通信安全，關(guān)系著全省，甚至全國的地震監(jiān)測工作和大地震事件能否快速測定、報出[1-2]。

臺網(wǎng)機房涉及的業(yè)務(wù)系統(tǒng)眾多，需求復(fù)雜，所以在設(shè)計臺網(wǎng)機房不間斷電源系統(tǒng)時就需要從電源安全出發(fā)，考慮各方面的問題。

在機房設(shè)計建設(shè)階段，電源系統(tǒng)就要遵循“集中供電方式”，即機房的供配電設(shè)備必須采取雙路市電輸入、自動切換、總配電量有足夠的冗余量的原則。

如何建設(shè)一套完善的不間斷電源系統(tǒng)是地震臺網(wǎng)機房建設(shè)的重中之重。本文主要介紹臺網(wǎng)機房不間斷電源系統(tǒng)的建設(shè)和運維管理經(jīng)驗，并總結(jié)出一套簡單實用的臺網(wǎng)機房設(shè)計、維護方法。

1 臺網(wǎng)機房電源系統(tǒng)需求分析

臺網(wǎng)機房業(yè)務(wù)系統(tǒng)眾多，但主要的是工作任務(wù)是地震數(shù)據(jù)的匯集、處理、存儲、發(fā)布，其包含網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器和工作站等數(shù)據(jù)接入、處理和信息發(fā)布設(shè)備，以及外圍環(huán)境支持設(shè)備等。這所有設(shè)備實際功率是多少呢？

1.1 機房空調(diào)系統(tǒng)的需求

計算機設(shè)備能否可靠運行取決于機房的良好環(huán)境條件，即機房溫度、濕度、潔凈度和空調(diào)的控制精度?，F(xiàn)在，機房機柜內(nèi)的設(shè)備密集度越來越高，單位體積熱量越來越大，對機房的溫度、濕度、潔凈度的要求越來越高。所以，在機房建設(shè)設(shè)計中，如何設(shè)計合理的精密空調(diào)系統(tǒng)顯得非常主要。

1.2 照明系統(tǒng)需求

按GBJ133-90規(guī)定主機房照度按300 Lx、500 Lx照度的原則設(shè)計。地震臺網(wǎng)機房要求有足夠的照度，并且無眩光，所以，地震臺網(wǎng)在燈具配置上按高于中檔照度的要求配置。

簡單來說就是，機房照明功率密度（W/m2）應(yīng)如何確定？120 m2的機房需要設(shè)置多少燈具？

1.3 業(yè)務(wù)系統(tǒng)需求

地震臺網(wǎng)機房業(yè)務(wù)系統(tǒng)眾多，包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)據(jù)接入設(shè)備、數(shù)據(jù)處理設(shè)備和信息發(fā)布設(shè)備等。在設(shè)計階段如何確定實際需求呢？

1.4 發(fā)電機組需求

發(fā)電機組是現(xiàn)代機房的必備項，一方面是市電的停電需要，另一方也是地震應(yīng)急的需要，是地震部門能否在臨震狀態(tài)下繼續(xù)工作的必要條件。它的設(shè)計多大合適呢？

2 地震臺網(wǎng)機房電源系統(tǒng)設(shè)計

2.1 精密空調(diào)設(shè)計

地震臺網(wǎng)機房面積120 m2，層高3.2 m，天花、地板刷防塵漆處理，并貼保溫棉。整個機房采取全封閉窗設(shè)計，鋪設(shè)活動防靜電地板和安裝鋁扣天花，考慮到天花主梁的影響，天花下降50 cm吊裝，防靜電地板30 cm。

地震臺網(wǎng)機房按電信網(wǎng)絡(luò)機房的標(biāo)準350 W/ m2設(shè)計制冷量，即120 m2需要42 kW進行設(shè)計。根據(jù)一主一備的設(shè)計原則，需要設(shè)計兩臺40 kW的精密空調(diào)，空調(diào)選型為2臺愛默生P1040（1主1備），共計有80 kW。

空調(diào)室內(nèi)外機連管在機房內(nèi)地板下敷設(shè)，地板風(fēng)口安裝在每排機柜前，與架空地板相配合，使得機房內(nèi)形成地下出冷風(fēng)，屋頂回?zé)犸L(fēng)的回風(fēng)方式。

2.2 照明系統(tǒng)設(shè)計

通常網(wǎng)絡(luò)機房照明設(shè)計首先要明確機房照明的需求，確定機房照明要求光線柔和，不會炫目。根據(jù)《電子計算機機房設(shè)計規(guī)范》（GB50174-1993）主機房內(nèi)在離地面0.8 m處，照度不應(yīng)低于300 Lx;應(yīng)急照明應(yīng)大于30 Lx。

依據(jù)以上原則和地震臺網(wǎng)機房特性，總結(jié)出地震臺網(wǎng)機房的照明可依照明功率密度（W/m2）18 W/ m2點計算設(shè)計。地震臺網(wǎng)機房現(xiàn)有120 m2面積，需要設(shè)計2 160 W的照明。機房采用嵌入式格柵熒光燈具，每盤燈具內(nèi)2條36瓦的燈管，共需要30個燈盤。其中，應(yīng)急照明按1/5設(shè)計，432瓦6個燈盤連接UPS電源，并均勻布設(shè)在整個機房。

2.3 三級保障電源系統(tǒng)設(shè)計

2.3.1 概念

由于地震臺網(wǎng)機房擔(dān)負著地震速報、地震應(yīng)急的重要業(yè)務(wù)，是整個地震系統(tǒng)的核心部門，必須24小時不間斷運行。通常電源系統(tǒng)包括：市電輸入、配電柜、終端設(shè)備三部分。如果在這三個部分做好保障，供配電設(shè)備均采取雙路市電輸入、自動切換、總配電量有足夠的冗余量，建成一個三級保障的電源系統(tǒng)。

2.3.2 三級保障電源系統(tǒng)的形成

2000年初，地震臺網(wǎng)開始在我國快速發(fā)展，大量的地震臺網(wǎng)機房在各地紛紛建成。最初的機房設(shè)備很少，有幾臺計算機設(shè)備、1臺UPS設(shè)備、1臺發(fā)電機和1臺商用空調(diào)。設(shè)備單一，機房在運行過程中往往會遇到市電停電、UPS當(dāng)機或發(fā)電機不能啟動使得整個系統(tǒng)當(dāng)機，需要人工逐臺重啟計算機設(shè)備，造成數(shù)據(jù)丟失。

在我國“十五”網(wǎng)絡(luò)機房建設(shè)時期，為了克服之前機房電源系統(tǒng)出現(xiàn)的各種問題，開始引入雙市電、模塊化UPS和重要的服務(wù)器設(shè)備雙電源的設(shè)計理念。具體就是在市電部分設(shè)置兩路輸入，一主一備，再加發(fā)電機的設(shè)計；在配電部分，利用模塊化UPS n+1冗余設(shè)計，加旁路供電的方式；在終端設(shè)備部分，考慮到投資成本等的原因，重要設(shè)備均采購1+1冗余電源的，其設(shè)備的一路接UPS，另一路接市電。這樣，開始形成三級保障供電的方式。

這樣的電源設(shè)計達到了比較好的效果，連續(xù)10年沒有出現(xiàn)全部設(shè)備停電當(dāng)機的事故。

上面“十五”機房電源系統(tǒng)還存在2個較大的問題：①單臺UPS；②只有重要設(shè)備是雙電源。雖然UPS是采用n+1的模塊化的設(shè)備，但是UPS底層的旁路設(shè)備和控制設(shè)備共用一套，當(dāng)這部分出現(xiàn)故障時，還是會出現(xiàn)UPS當(dāng)機的風(fēng)險。還有臺網(wǎng)機房的部分單電源設(shè)備出現(xiàn)故障也可能造成整個系統(tǒng)的損失。

2.3.3 地震臺網(wǎng)機房三級保障電源系統(tǒng)

為了解決之前遇到的各種問題，建立一套完善的電源系統(tǒng)，在新機房的設(shè)計階段，就提出了電源系統(tǒng)三級均按雙系統(tǒng)，一主一備的設(shè)計理念，形成三級保障的供配電系統(tǒng)。所以，臺網(wǎng)新機房本著實時、可靠、不間斷運行的原則，按三級保障設(shè)計。第一級保障，市電輸入部分設(shè)計成三路輸入方式：1路市電專電、1路普通市電和1路發(fā)電機組；第二級保障：2套UPS不間斷電源和2組電池組；第三級保障：終端設(shè)備均設(shè)計成雙電源，每臺終端設(shè)備有1+1冗余電源，2個電源分別接入不同的UPS系統(tǒng)。

具體的工作方式：第一級，機房平時由市電專線供電，當(dāng)專線檢修時切換到普通市電線路供電，當(dāng)兩路市電停電，采取發(fā)電機組供電方式；第二級，2套UPS不間斷電源均是模塊化設(shè)備，按n+1冗余的方式設(shè)置，每臺UPS各自的模塊獨立工作，當(dāng)某一模塊死機時，機器自動完成切換，變成（n-1）+1的冗余模式，保證正常供電；第三級保障：機房建設(shè)階段，為每個機柜設(shè)計兩路UPS電源PDU，并且服務(wù)器設(shè)備在采購時也按雙電源的方式采購，之后，把服務(wù)器設(shè)備的2個電源接口連接到不同的PDU。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1示。

圖1 機房不間斷電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Schematic diagram of Uninterruptible Power System

2.4 UPS不間斷電源容量設(shè)計

地震臺網(wǎng)機房通常有路由器、交換機、4U服務(wù)器、2U服務(wù)器、1U服務(wù)器、臺式工作站、顯示器、打印機、傳真機、專業(yè)監(jiān)控顯示器等。只是不同不同級別的機房有所增減。

以廣東地震臺網(wǎng)機房為例，現(xiàn)有功率大約46 kW，基本設(shè)備配置如表1。

表1 廣東地震臺網(wǎng)機房基本設(shè)備配置Table 1 Basic equipments in seismic network machine room of Earthquake Administration of Guangdong Province

還要加上機房照明2 160 W和其他輔助功能區(qū)的容量，總功率大約65 kW，如果按兩臺UPS分擔(dān)，則每臺UPS的實際功率在33 kW。所以，按單機80 kW容量來設(shè)計是比較安全的。

2.5 UPS電池組的設(shè)計維護

根據(jù)多年地震臺網(wǎng)機房的使用經(jīng)驗，機房建設(shè)時就需要為UPS電池組設(shè)計良好的環(huán)境，做到防雷、防塵、防靜電，控制溫濕度，可延長電池使用壽命。除了這些，還需要考慮樓板承重和良好接地。

在日常維護中，要注意做到按月巡檢，按季度放電測試。從電池使用壽命上考慮，每次讓蓄電池深度放電，也會降低電池的使用壽命。據(jù)統(tǒng)計，蓄電池循環(huán)壽命與電池每次放電的深度有密切的關(guān)系，放電深度為30%時，充放電循環(huán)次數(shù)可達1 200次，放電深度為100%時，循環(huán)壽命僅有200次（蓄電池的充放電循環(huán)次數(shù)稱為循環(huán)壽命。在正常工作條件下，蓄電池浮沖供電的時間，稱為浮沖壽命），如圖2示。根據(jù)近10年的維護經(jīng)驗，每季度給電池放電測試20 min，電池可以延長使用壽命，達到5年以上，甚至可以到8年。

圖2 蓄電池循環(huán)壽命與放電深度的關(guān)系Fig.2 The relation between the battery circling life and the depth of discharge

根據(jù)每季度記錄的電池電壓、電流，繪制曲線圖，分析研究電池組，及時掌握電池組的工作狀態(tài)。

3 發(fā)電機組日常使用注意事項

由于發(fā)電機組在日常使用的頻率不高，使用和維護人員在需要啟動發(fā)電機時往往容易忘記注意事項，引起事故。

結(jié)合地震臺網(wǎng)實際，需要局信息應(yīng)急中心制定機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)管理辦法討論稿，要求各相關(guān)單位結(jié)合本部門實際情況進行細化，同時對執(zhí)行機房交流電停電發(fā)電機啟動流程進行明確，要求市電停電后30 min內(nèi)啟動發(fā)電機。對未正常恢復(fù)供電的情況及時上報主管局長和局生活服務(wù)中心，并對發(fā)電機等相關(guān)設(shè)備、人員、啟動流程等相關(guān)信息進行備案[3]。參考發(fā)電機操作流程，如圖3。

所以，維護管理人員必須制定詳細操作流程和注意事項，如下圖3和表2。

4 結(jié)語

隨著地震事業(yè)的不斷發(fā)展，信息技術(shù)全面應(yīng)用于地震系統(tǒng)中，大量的電子設(shè)備高度依賴機房供電設(shè)備的安全性，所以，建設(shè)一套三級保障電源系統(tǒng)顯得尤其迫切。

圖3 發(fā)電機操作流程圖Fig.3 Operation flowchart of the electric generator

表2 柴油發(fā)電機使用注意事項Table 2 The precautions in the using of diesel generator

本文為三級保障電源系統(tǒng)的設(shè)計提出了一些簡單、實用的方法。比如精密空調(diào)標(biāo)準單位制冷量的計算方法、防靜電地板標(biāo)準設(shè)計高度、機房照明度的設(shè)計方法等。還詳細論述了機房三級保障電源系統(tǒng)的架構(gòu)，提出具體的建設(shè)方法。

從地震臺網(wǎng)機房電源系統(tǒng)16年的建設(shè)和運維情況來看，三級保障電源系統(tǒng)設(shè)計理念是可行的，也是經(jīng)濟和容易實現(xiàn)。

[1]劉軍，康英.新版測震臺網(wǎng)地震觀測報告[J].華南地震，2015，35（4）：25-30.

[2]吳叔坤，黃文輝.廣東臺網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)架設(shè)實例[J].華南地震，2015，35（3）：15-24.

[2]嚴興，劉錦，劉吉平，等.廣東省前兆臺網(wǎng)數(shù)據(jù)跟蹤分析情況概述[J].華南地震，2015，35（1）：43-50.

Discussion on Uninterruptible Power System in Seismic Network Machine Room

YE Fanying，OUYANG Longbin
（Earthquake Administration of Guangdong Province，Guangzhou 510070，China）

How to build a complete uninterruptible power supply system is the focus of the construction of the seismic network.The paper analyzed and discussed the problems which existed in construction,management, running and maintenance of the Uninterruptible Power System(UPS)in seismic network machine room of Earthquake Administration of Guangdong Province.The necessity of establishing a three-stage power supply system and some practical methods for the design of three-level power supply system were proposed.And then, the paper presented some strategies for solving these problems.

Earthquake；Machine room；Power；Design；Management；Method

TN86

A

1001-8662（2016）03-0117-06

10.13512/j.hndz.2016.03.017

2016-07-20

葉繁英（1972-），男，工程師，主要從事地震監(jiān)測工作..

E-mail：398771235@qq.com.

葉繁英，歐陽龍斌.地震臺網(wǎng)機房不間斷電源系統(tǒng)的完善和維護[J].華南地震，2016，36（3）：116-121.[YE Fanying，OUYANG Longbin. Discussion on Uninterruptible Power Systemin Seismic Network Machine Room[J].South china journal of seismology，2016，36（3）：116-121.]