艾默生模块化数据中心助力石化行业向绿色IT进军

随着信息化和工业化的深度融合以及物联网、云计算等新技术的普及，我国石油石化行业信息化发展也开始进入智能化阶段，以智能网络和应用增强企业的反应能力和管理水平，降本增效，从而为业务的发展提供有力支撑。未来的石化企业将以集中集成、智能运用为原则，运用物联网、云计算等信息技术，以生产运行智能化，资产管理智能化和企业管理信息化为切入点，展开绿色数据中心和智能工厂建设，实现资源“高利用，低排放，减量化，低污染”，进一步构建资源节约、环境友好的信息网络系统，增强企业的可持续发展能力。

在石化行业向绿色IT进军的征途上，绿色数据中心处于核心地位。众所周知，石化行业上中下游产业链很长，涵盖行业广阔，其信息系统的分布也很广泛，涉及上游勘探开采、中游的加工和运输、下游的产品配送和销售等等不同系统的应用，这些应用非常关键，因此对IT 设备的稳定性有很高的要求。同时，石化行业的数据中心应用广泛、数据承载量大，能耗高，绿色节能技术的应用，不仅能够大幅度降低能耗，而且对于数据中心的性能具有明显的提升作用；另外，石化行业数据中心应用广泛，但空间资源则非常珍贵而有限，能够应对空间带来的挑战的绿色数据中心具有突出的节地特性，因此为行业所推崇。

除此之外，石化行业的特殊性决定了其数据中心由原来的以建为主、边建边用，向建用结合、以用为主的方向转变。按照传统数据中心的建设往往要经历复杂的集成、整合，不仅工程量巨大、建设周期长、成本高，而且内部构造混乱，运维成本高，因此在绿色数据中心建设过程中高灵活性、高集成性、绿色化、智能化的模块化解决方案，依然成为应时之需。

针对石化行业绿色数据中心绿色、高效、节能、节地的需求，作为业界主流的网络能源产品和数据中心一体化解决方案供应商，艾默生网路能源推出了SmartAisleTM这一模块化数据中心解决方案。该方案把数据中心的核心信息设备与基础设施以模块化的方式进行分配，各模块按照统一的标准进行设计，在进行建设的时候如同搭积木一般，不仅能够满足石化行业以用为主，建用结合的目的，而且整体部署快速，建设周期短，节省空间，大大降低了数据中心的运维成本。

具体而言，艾默生SmartAisleTM卓显了模块化数据中心的四大核心价值：高可用性、高经济型、高智能型、高协同性。高可用性指的是该解决方案实现了数据中心产品化和工程产品化，通过采用整体设计、整体交付的方式，避免了系统设计问题，可用性超过99.999%；高经济性实际上指的就是其绿色节能节地的特性——系统节能高达27%，节省占地面积高达40%，从而节省了运行成本，降低了TCO；高智能性指的是该解决方案采用模块化设计，能够从容面对扩容和改造，缩短了管理需求响应时间；高协同性指的是该解决方案由于采用了独立产品、整体生产，因而降低是实施难度，其高效的部署也缩短了交付时间。

此方案已成功运用于抚顺石化数据中心的建设项目当中，成为艾默生网络能源模块化数据中心在石化行业的典型运用。在该数据中心建设过程中，为了体现抚顺石化绿色高效的理念，艾默生网络能源在SmartAisleTM模块化数据中心解决方案中搭载了具有高智能性的Liebert.CRV列间柔性制冷精密空调系统，该系统采用icom群控技术，可以持续监控机架热负荷，并根据最佳节能效果来调节Liebert.CRV。同时，Liebert.CRV应用在SmartAisleTM能效管理平台中时，和CoolFlex配合使用，采用冷通道封闭的方式，可大大减少制冷设备的总容量，减少了投资，不仅可以大幅增加制冷能效，还可以使制冷系统更加节能，有效的降低PUE指数，充分体现绿色节能的理念。

值得一提的是在这套解决方案里还融合了RDU-M监控单元，该管理器模块化、可扩展性的设计，完全满足客户即插即用的需求。不仅如此，RDU-M还可以同时管理多个监控子系统，对设备中的配电、UPS及制冷系统等智能设备的运行状态进行集中的监控管理，帮助客户实时评估机房的能耗情况，计算机房的PUE值，能有效实时的掌握机房的环境参数，做到防患于未然，提升了机房的整体运作效率。

现今，日新月异的信息技术正在对石油石化行业的发展产生深远影响，近年来国家与各级政府对于信息化的高度重视，也为石油石化行业的IT投资增长提供了有利支撑。作为在网络能源领域拥有深厚经验、强大实力的专家和领导者，艾默生网络能源关注石油石化行业的信息化发展和IT建设，通过提供完美的基础设施产品以及全方位的整体解决方案，为石油石化行业信息化建设的深入开展，开拓出一条便捷的解决途径。

                         工业UPS在地铁的应用研究及探索

1 行业现状概述
  
  近年来城市轨道交通行业发展迅猛,国内各大城市陆续建设城市地铁,地铁已经是一些大中型城市不可缺少的交通工具。在轨道交通设备中,电源系统的安全可靠是保证弱电各子系统正常工作的先决条件。目前,在轨道交通各机电系统中,其主设备需采用UPS的主要有:通信系统、信号系统、综合监控系统、设备环境监控系统、自动售检票系统、乘客资讯显示系统、办公自动化系统、应急照明系统、屏蔽门系统等子系统。地铁中各弱电系统对电源的稳定性、可靠性要求很高,断电事故会造成地铁停运甚至人身危险,带来不可估量的损失。机车进出站时,由于大功率非线性用电设备的运行,向电网注入大量的谐波电流,导致电网电压波形畸变。在发生严重畸变时,电网电压会出现正负半波不对称,三相电压不平衡,频率也会发生变动。这是地铁系统里UPS故障率居高不下的原因,对轨道交通行业安全可靠地运行带来了极大的安全隐患。究其原因是:对轨道交通行业的电气环境认识不足,只考虑了UPS的输入绿色要求和输出的过载能力,即输入功率因数≥0.95,输入电流谐波<5%,对电网没有污染,过载能力125min,150%1min。看似对电网及负载两端都有了要求。而唯独没有考虑到轨道交通行业里工业性的特征,即在轨道交通行业的电气环境中,UPS本身的适应性、可靠性,也可以说是UPS系统可用性不足。选择工业UPS,提升UPS本身的适应性和可靠性,才能保证轨道交通行业安全可靠地运行。
  
  2 行业环境和负载特征描述
  
  (1)地铁供电电网及设备使用环境情况
  
  ①地铁供电电网供电方式
  
  地铁的供电电源要求安全可靠,通常由城市电网供给。目前,国内各城市对地铁及城市轨道交通的供电一般有三种方式,即分散供电方式、集中供电方式、分散与集中相结合的混合供电方式。
  
  分散供电方式是指沿地铁线路的城市电网(通常是10kV电压等级)分别向各沿线的地铁牵引变电所和降压变电所供电。其前提条件是城市电网在地铁沿线有足够的变电站和备用容量,并能满足地铁牵引供电的可靠性要求。如早期的北京地铁采取的就是这种供电方式。
  
  集中供电方式是指城市电网(通常是110kV或66kV电压等级)向地铁的专用主变电所供电,主变电所再向地铁的牵引变电所和降压变电所供电,地铁自身组成完整的供电网络系统。近几年新建的地铁系统多采用集中供电方式,如上海、广州、深圳地铁等。
  
  ②设备使用环境
  
  ?电网环境差;
  
  ?地下车站温度低、湿度大;
  
  ?以计算机类负载为主,对闪断极其敏感,对电压精度要求高;
  
  ?机车运行及门禁系统等大功率非线性负载使用时电网波动大、质量差。
  
  (2)在机车进出站时对供电电源的影响
  
  从图1可看出:在机车进出站时,由于大功率非线性用电设备的运行,向电网注入大量的谐波电流,导致电网电压波形畸变。根据实测观察,在发生严重畸变时,电网电压会出现正负半波不对称,三相电压不平衡,频率也会发生变动。
   
  (3)地铁低压主配电系统负载类型
  
  ①通信系统的负载类型
  
  传输、*、公务电话、专用电话、闭路电视、广播、时钟等子系统的计算机网络和通讯设备,其电源要求能连续供应AC220V电源;
  
  ②信号系统的负载类型
  
  信号系统、旅客信息系统等计算机、网络设备、控制设备,其电源要求能连续供应AC380/220V电源。
  
  ③综合监控系统(含环境监控、门禁)的负载类型
  
  计算机、网络设备、环境监控和门禁控制设备;其电源要求能连续供应AC220V电源。
  
  ④自动售检票系统(AFC)的负载类型
  
  计算机、网络设备、AFC终端设备,其电源要求能连续供应AC220V电源。
  
  ⑤办公自动化系统的负载类型
  
  计算机、网络设备,其电源要求能连续供应AC220V电源。
  
  ⑥屏蔽门系统的负载类型
  
  屏蔽门控制、驱动设备等,控制设备的电源需连续供应AC220V,控制电源驱动设备需要DC110V驱动电源。
  
  ⑦火灾自动报警系统的负载类型
  
  计算机网络设备、报警控制器等,其电源要求能连续供应AC220V电源。
  
  ⑧变电所直流辅助电源的负载类型
  
  装置电源、控制电源、电机电源,其电源要求能连续供应DC220V电源。
  
  ⑨车站应急照明系统的负载类型
  
  包括疏散照明和备用照明,其电源要求能连续供应AC220V电源。
  
  (4)地铁低压主配电系统负载功率及UPS需求功率
  
  以某城市地铁为例
  
  ①地下车站整合情况
  
    地下车站需UPS整合电源系统整合的各弱电系统后备电源容量及后备时间见表1。
    
  ②高架车站整合情况
  
   高架车站需UPS整合电源系统整合的各弱电系统后备电源容量及后备时间见表2。
       
  ③控制中心整合情况
  
  控制中心需UPS整合电源系统整合的各弱电系统后备电源容量及后备时间见表3。
   
  3 UPS电源选择分析
  
  (1)工业UPS技术特点
  
  工业UPS采用了先进的IGBT功率器件、性能优越的SPWM逆变器及智能化多模式电池管理技术等国际先进技术,以及丰富的电源管理软件,具有良好的性价比和用户基础。其具备以下技术特点:
  
  ①采用先进的DSP数字化控制技术,对电源产品优化设计,减少了分立元器件数量,采用高效系统热设计技术,以优化部件排布和热通道;
  
  ②优化可靠性设计技术以提高产品的MTBF(平均无故障工作时间)和系统可用性;
  
  ③优秀的电磁兼容设计技术满足UPS自身和用电设备的高可靠性。
  
  (2)适应恶劣的物理环境
  
  由于在地铁场景中,随着人流量带来的灰尘及雨水潮湿气体,普通UPS的IP防护等级一般为IP30以下,容易因高湿高温高粉尘导致UPS故障,在恶劣的使用环境下,使用寿命不超过6个月。工业UPS的IP防护等级为IP42,所有电路板均喷涂防腐蚀绝缘漆,具有绝缘、防潮、防漏电、防震、防尘、防腐蚀、防老化、耐电晕能力;通风方式下进上出,自然对流,独立风道,热分流设计,使工业UPS适应高温、高湿、粉尘、盐碱、腐蚀性气体、震动等恶劣的工作环境。
  
  商业UPS机及普通工频机应用中,由于尾气、粉尘、水气影响板件运行,无法正常运行,寿命短。
  
  (3)适应恶劣的电力环境
  
  由于地铁、站点门禁系统及屏蔽门间断性工作,导致地铁站内的市电范围很宽,波动很大。工业UPS具备极宽的输入电压和频率范围,允许电压输入380±25%Vac,频率45～65Hz,支持发电机接入。可适应恶劣的电网环境;能够承受剧烈的负载波动冲击,抵御和消除各种电网质量问题,如谐波、过压、欠压、突波、电压下陷、停电、过载、短路、浪涌电流等。
  
  (4)适应工控负载环境
  
  工业UPS适应于各种工况负载,如重载机械、生产线设备、DCS系统;坚固设计,可承受强过载和短路电流冲击与负功,在没有市电的情况下可通过电池实现直流冷启动。
  
  (5)高可靠性设计
  
  高可靠性是以系统的设计、工艺、配置来体现的。采用工业级甚至是军用级元器件,同时还要加大关键元器件的冗余度,以增强系统的抗冲击能力。在生产工艺上,对逻辑电路和通讯电路有更严格的屏蔽保护措施。配置输入和输出隔离变压器以增强系统的电气隔离性能,采用12脉冲整流器技术,内置电池保护开关、输入和输出开关、静态和维修旁路开关等各种保护开关。以上种种都对工业UPS系统提供了高可靠性的保障。另外工业UPS功率器件余量大,关键部件可以热更换使产品寿命极大延长;可在40℃的环境温度下正常工作;多机并联实现冗余或增容,确保负载在各种情况下的供电安全;可接入两路独立的市电,适应双电源供电系统;输入隔离变压器和输出隔离变压器可以实现UPS输入和输出的完全电隔离;逻辑电源均采用冗余设计;发电机模式下,兼容错相运行,均能提高工业UPS的寿命。
  
  4 结束语
  
  总上所述,轨道交通行业地铁中应使用工业UPS。工业UPS就显性特点而言有四要素:
  
  ①可选配的高等级IP防护等级,适应恶劣物理环境;
  
  ②高等级的抗扰度,适应恶劣电气环境;
  
  ③工频变压器的电气隔离,适应工况负载冲击;
  
  ④高可靠性,使用寿命长。
  
  在应用环境方面,商业级UPS通常应用于IDC机房内,对温度、湿度、粉尘、腐蚀性气体有严格的要求,不能用于严酷场合,而工业级UPS则通常应用于高温高湿多粉尘或盐雾的场合;在可靠性方面,商业级UPS设计寿命通常在5年左右,而工业级UPS则通过选用工业级甚至军用级器件、增大冗余度、强化工艺设计和提高安全性配置等技术,使产品寿命达到甚至超过20年。另外,在电气环境、负载特性、机械强度、电气隔离、输入输出保护、通讯接口、旁路要求、附件选择、IP防护等级和钣金要求等方面,市场对工业级UPS的要求均远高于商业级UPS。