数据中心UPS 系统外置维修旁路安全方案

樊 瑆

（中国石油大庆石化公司热电厂，黑龙江大庆 163714）

0 引言

随着云计算、物联网、大数据与人工智能等技术的应用和普及，数据中心的规模快速增长。作为高新技术的重要载体，数据中心已成为保障这些高新技术应用稳定运行的关键基础设施。UPS 是数据中心的核心供电系统，需要具备耐冲击、精准滤波和抗干扰的特性。

现代化数据中心对UPS 的要求是高稳定性、高可靠性和高可维护性，UPS 的性能将直接影响数据中心的运行稳定和安全。UPS 的架构和配置是否合理，决定了UPS 的质量和性能，而外置维修旁路装置作为UPS 的重要组成部分，对保障UPS 的质量和性能具有不可替代的作用。分析外置维修旁路装置安全设计方案，并提出创新的数据中心UPS 供电安全方案。

1 UPS 外置维修旁路设置的必要性

在数据中心的实际工作中，往往会为UPS 配备维修旁路，以更好地保障系统安全。在UPS 需要电气隔离时，保证数据中心的持续供电。UPS 主机外部均设有旁路开关，当UPS 发生故障时可以方便地切换到旁路。UPS 一般采用多台并联的形式工作，这就导致UPS 内置的手动旁路开关无法有效保障系统安全，并造成了一定的误操作风险。例如某数据中心没有为UPS配备外置维修旁路，在一次系统维护中由于误操作导致系统宕机，可见外置维修旁路开关的重要性。

为UPS 配备外置维修旁路开关后，进行系统维修时UPS 处于完全隔离状态，而负载端依靠旁路供电依然可以维持稳定运行，为系统的维修或更换提供了便利。事实表明，外置维修旁路开关能够有效保障UPS 的使用安全，完善的外置维修旁路开关不仅能够提升系统的稳定性与安全性，还能为系统维修或设备更换创造便利的环境。

2 维修旁路安全切换的重要性

虽然有些数据中心为UPS 配备了外置维修旁路开关，但工作人员仍需谨慎对待。在UPS 正常运行过程中，假如外置维修旁路开关误操作，会导致电压频率和相位等的突变，轻则对系统造成冲击，重则损坏系统硬件，酿成重大安全事故。外置维修旁路开关必不可少，但为了防止误操作带来的风险，需要科学严格地使用外置维修旁路开关。

本文提出了一种创新的数据中心UPS 外置维修旁路开关安全方案，既能满足数据中心维护工作的实际需求，又能最大限度保障供电安全。

3 数据中心UPS 外置维修旁路安全设计方案

3.1 维修旁路开关挂锁方案

通常情况下，UPS 配电柜的维修旁路开关会采取机械式明锁的形式进行封闭，以防止人为误操作。当需要接通维修旁路开关时，按照安全流程申请开锁授权，将UPS 切换到静态旁路后才允许打开旁路开关闸室，在安全员的监督下进行合闸操作，实现数据中心电源系统的平稳过渡。外置维修旁路开关合闸后，必须断开UPS 前后的输入、输出端子。在UPS 检修工作完成后，仍需切换至静态旁路，再接入系统，这时才允许断开维修旁路开关。整个操作流程有严格的顺序要求，任何环节都不允许遗漏，更不允许颠倒前后顺序。如果UPS 正常运行时闭合外置维修旁路开关，有可能会引起“炸机”；UPS 维修后接通了静态旁路，但忘记闭合开关，此时断开静态旁路开关会导致整个系统失去电力供应。

给外置维修旁路开关加装机械式明锁是一种较为可靠的安全措施，但复杂的操作流程和严格的顺序要求对工作人员的经验和责任心具有较高要求，任何环节出现问题都会导致安全事故。

3.2 外置维修旁路开关与UPS 电气联锁方案

除采取机械式明锁外，还可以为外置维修旁路开关加装与UPS的电气联锁装置，以提高外置维修旁路开关的防误触能力（图1）。

图1 电气联锁装置

（1）为外置维修网络开关配备机械式明锁。

（2）将UPS 静态旁路开关与外置维修旁路开关并联互锁，只有静态旁路开关闭合后，外置维修旁路开关才能闭合，否则将无法实现合闸操作。

（3）将外置维修旁路开关的触发接点与UPS 继电器输入端二合为一，在UPS管理系统中开启旁路管理功能，使外置维修旁路开关闭合时能自动激活静态旁路。

这种办法能够有效保障数据中心UPS 系统安全，在实际使用中能够轻松实现，但这种做法会产生一个问题，当旁路开关被强制闭合后，想要进行逆变调试会变得非常困难，因为此时状态无法切换，只有手动操作断开旁路开关才能继续进行后续工作。此外，这种方案也无法提供预警信号，断开外置维修旁路开关时虽然UPS 旁路开关被闭合，但UPS 输出开关依然处于断开状态。

3.3 双磁力电磁锁盘互锁方案

为彻底解决UPS 维修旁路开关的安全问题，本文提出了一种双磁力电磁互锁方案。双磁力电磁锁是一种常用的双向联动互锁装置，主要结构包括双向磁力锁、按键、指示灯和蜂鸣器。电磁锁配有机械钥匙，利用双磁力电磁锁对UPS 与外置维修旁路开关进行电磁互锁，可以方便的实现二者的电气联锁。数据中心供电系统、双磁力电磁锁外形及内部结构如图2、图3 所示。UPS输出开关与外事维修旁路开关置于双磁力电磁锁吸盘的两侧，每侧均设有机械式锁具，钥匙放由安全员手保管，只有钥匙插入后才能进行合闸操作。

图2 UPS 供配电系统

图3 双磁力电磁锁盘

当UPS 正常运行时，外置维修旁路开关处于断开状态，UPS输出开关处于闭合状态。当UPS 旁路开关闭合后，闭合信号会传递给电磁锁，此时静态旁路开关指示灯亮起，电磁锁盘处于工作状态，并输出一个静态旁路开关信号激活远程旁路控制功能，UPS 进入旁路运行状态。插入电磁锁盘钥匙，指示灯亮起，拔下钥匙会触发蜂鸣器报警，提示工作人员UPS 处于旁路与外置维修旁路并行工作状态，保持钥匙插在电磁锁盘上才能顺利完成合闸操作，否则合闸操作无法完成。

合闸后UPS 被接入外置维修旁路，由外置维修旁路为数据中心供电，此时只要断开UPS 前后输入、输出端就可让UPS 进入电气隔离状态，无论维修或更换设备都可以在安全状态下进行。当UPS进入逆变模式后，旁路开关状态指示灯熄灭，蜂鸣器报警，提示工作人员UPS 从旁路运行状态脱离，需工作人员选择下一步操作。

当UPS 维修或设备更换工作结束后，需要将数据中心恢复为UPS 供电，此时应观察旁路运行状态指示灯，如果指示灯是熄灭的，需切换UPS 工作状态为静态旁路，控制信号将控制继电器接入双磁力电磁锁盘供电回路，从而激活静态旁路，指示灯亮起，双磁力电磁锁盘将中断远程旁路控制功能，使UPS 稳定工作在旁路模式。此时转动锁盘钥匙就能取下UPS 开关钥匙，蜂鸣器提示音响起，内外旁路并联工作灯亮起，插入UPS 开关锁钥匙后就可以闭合UPS 开关。受双磁力互锁装置的控制，外置维修旁路开关断开，插入外置维修旁路开关锁钥匙，蜂鸣器提示音停止，UPS 进入双变运行模式，同时锁盘被锁定。

为了确保所有工作状态下UPS 输出开关和外置维修旁路开关同时关闭都不会影响系统安全，应将UPS 输出开关和外置维修旁路开关并联接入电磁锁盘，使极端情况下UPS 可强制进入旁路模式，最大限度保障数据中心的供电安全。

4 结束语

双磁力电磁锁盘互锁方案是一种创新的UPS 系统外置维修旁路安全方案，它的优点在于电磁互锁可以强制系统始终处于安全的供电状态，声光报警信号可以方便的让工作人员了解UPS 的运行状态，从而判断接下来需要进行的操作类型，需要进行UPS 维护或设备更换时，只需断开UPS 前后输出输入端即可保证UPS 被电气隔离，而无需担心数据中心系统的供电安全，为数据中心的电力系统安全提供了新的解决方案。