冗余并机与双总线UPS系统的可靠性及经济性比较分析..docxVIP

作者：中国移动通信集团浙江有限公司 曹国水 胡坚钧 1 前言 随着通信业务和技术的迅猛发展，越来越多的数据设备被应用到通信系统中，除部分数据设备采用－48V直流供电方式外，绝大多数（包括小型机、交换机、路由器和磁盘阵列等）采用UPS供电方式。在信息产业部《通信局（站）电源系统总技术要求》（YD/T1051-2000）中，规定通信枢纽楼的－48V电源系统的不可用度≤5×10－7，而对UPS供电系统的不可用度的要求是≤5×10－6。该标准对UPS供电系统的可靠性要求是在系统仅用于业务支撑系统和非关键业务的背景下提出的，若在目前各重要业务网设备普遍采用UPS供电的情况下继续沿用该指标，这些设备提供的业务将无法达到由－48 V电源供电的质量标准。 2? “1＋1”UPS冗余并机系统的特点及存在的问题 目前中国移动通信集团浙江有限公司（以下简称浙江移动）的UPS供电系统几乎全部采用“1＋1”冗余并机的供电方式，即通过各种并机方式，将两台相同型号和容量的UPS单机的输出直接并联而形成冗余并机供电系统。相对于单机系统，“1＋1”冗余并机系统的可靠性得到了很大的提高，但这种供电系统仍有不少缺陷。 （1）可靠性要求达不到核心网网元设备的供电要求 目前大型UPS产品的平均无故障工作时间（MTBF）为（2～4）×105h，假设故障恢复时间为2h，则单机不可用度≤（5～10）×10－6，显然无法达到YD/T1051-2000中对UPS系统不可用度≤5×10－6的要求，如恢复时间超过2 h则更不可能达到。根据系统可靠性分析，一般“1＋1”冗余并机系统的典型MTBF值为单机的5.5倍，即（1.1～2.2）×106 h，不可用度≤（0.91～1.82）×10－6；“N＋1”冗余并机系统的典型MTBF值与单机值的倍数关系见表1。由表1可知，“N＋1” 冗余并机系统的可靠性得到了显著提升，达到了YD/T 1051-2000中对UPS系统的可靠性要求，但仍无法达到YD/T 1051-2000中对－48 V电源系统的可靠性要求。表1? “N＋1”冗余并机系统的可靠性 （2）维修期间的安全性得不到保障 尽管UPS“1＋1”冗余并机系统的MTBF越来越长，但仍不能保证“零”故障。当系统中某台UPS出现故障时，将由单机承担所有负载功率，从单机开始运行到维修完毕，再将故障机重新并入系统的这段时间，系统仍非常危险。因为一旦单机运行失败，系统将旁路至市电，所有关键性负载将由低质量的市电或油机电源直接供给，这给网络带来严重的故障隐患。另外，维修后的UPS单机与原运行单机重新并机时，如果隐含故障并未完全排除或并机参数设置不良，则在故障单机切入供电回路的瞬间，可能由于两机不同步而产生环流，而一个足够大的环流可能导致UPS逆变器损坏，同时造成输入电流异常增大而使输入开关跳闸，致使UPS系统中断所有输出。 （3）仍然存在“单点瓶颈” 虽然“1＋1”冗余并机系统在输出回路中采用了“双路由”供电，但此“双路由”仍由同一套系统输出，而且一般这种系统的两台UPS主机输入要求来自同一路电源，因此一旦系统中的输入开关、输入转换开关、输出并机开关、输出配电屏等“单点瓶颈”出现故障，仍可导致“双路由”同时中断。 （4）系统扩容所引起的割接风险 随着网络规模的不断扩大，UPS系统的扩容割接也在不断增多，一般使用新老两套“1＋1”UPS系统串联同步的方法来进行不断电割接，但在割接过程中若操作失误或施工不当，则造成供电中断的可能性非常大。尤其在割接开始和结束时，由于需要进行逆变转旁路和旁路转逆变的状态转换，加上此时系统会遭受负荷剧变，系统转换失败也将造成不可挽回的损失。 综上所述，“1＋1”UPS冗余并机系统仅提高了UPS自身的MTBF，并没有解决UPS冗余并机系统的输入、输出装置及供电线路等发生的问题，也不能解决UPS供电系统的可维护性问题，这是“1＋1”UPS冗余并机系统自身无法克服的问题。 3? 现有通信设备UPS的配置情况 表2是2006年浙江移动网管中心对交换、智能网、短信、GPRS、互联网、支撑等专业408台/套采用UPS供电的数据通信设备电源配置情况的统计。按目前的供电方式，一旦“1＋1”冗余并机UPS系统在单点瓶颈上发生中断或瞬间供电中断，将会影响该系统下所有的负载。表2?? 现有通信设备UPS的配置情况 4? 冗余式双总线“1＋1”（或“N＋1”） UPS供电系统的特点 冗余式双总线“1＋1”（或“N＋1”）UPS供电系统是指由两套完全独立的“1＋1”或“N＋1”UPS冗余并机系统为核心，构成双总线输入/输出的冗余式UPS供电系统，具体结构如图1所示。图1? 双总线UPS冗余并机系统结构 从图1中可知，当其中一个系统发生供电中断时，有主备用电源供电或采用“2＋1”冗余电源的通信设备仍能正