艾默生模塊化數據中心助力石化行業向綠色IT進軍

隨著信息化和工業化的深度融合以及物聯網、云計算等新技術的普及，我國石油石化行業信息化發展也開始進入智能化階段，以智能網絡和應用增強企業的反應能力和管理水平，降本增效，從而為業務的發展提供有力支撐。未來的石化企業將以集中集成、智能運用為原則，運用物聯網、云計算等信息技術，以生產運行智能化，資產管理智能化和企業管理信息化為切入點，展開綠色數據中心和智能工廠建設，實現資源“高利用，低排放，減量化，低污染”，進一步構建資源節約、環境友好的信息網絡系統，增強企業的可持續發展能力。

在石化行業向綠色IT進軍的征途上，綠色數據中心處于核心地位。眾所周知，石化行業上中下游產業鏈很長，涵蓋行業廣闊，其信息系統的分布也很廣泛，涉及上游勘探開采、中游的加工和運輸、下游的產品配送和銷售等等不同系統的應用，這些應用非常關鍵，因此對IT 設備的穩定性有很高的要求。同時，石化行業的數據中心應用廣泛、數據承載量大，能耗高，綠色節能技術的應用，不僅能夠大幅度降低能耗，而且對于數據中心的性能具有明顯的提升作用；另外，石化行業數據中心應用廣泛，但空間資源則非常珍貴而有限，能夠應對空間帶來的挑戰的綠色數據中心具有突出的節地特性，因此為行業所推崇。

除此之外，石化行業的特殊性決定了其數據中心由原來的以建為主、邊建邊用，向建用結合、以用為主的方向轉變。按照傳統數據中心的建設往往要經歷復雜的集成、整合，不僅工程量巨大、建設周期長、成本高，而且內部構造混亂，運維成本高，因此在綠色數據中心建設過程中高靈活性、高集成性、綠色化、智能化的模塊化解決方案，依然成為應時之需。

針對石化行業綠色數據中心綠色、高效、節能、節地的需求，作為業界主流的網絡能源產品和數據中心一體化解決方案供應商，艾默生網路能源推出了SmartAisleTM這一模塊化數據中心解決方案。該方案把數據中心的核心信息設備與基礎設施以模塊化的方式進行分配，各模塊按照統一的標準進行設計，在進行建設的時候如同搭積木一般，不僅能夠滿足石化行業以用為主，建用結合的目的，而且整體部署快速，建設周期短，節省空間，大大降低了數據中心的運維成本。

具體而言，艾默生SmartAisleTM卓顯了模塊化數據中心的四大核心價值：高可用性、高經濟型、高智能型、高協同性。高可用性指的是該解決方案實現了數據中心產品化和工程產品化，通過采用整體設計、整體交付的方式，避免了系統設計問題，可用性超過99.999%；高經濟性實際上指的就是其綠色節能節地的特性——系統節能高達27%，節省占地面積高達40%，從而節省了運行成本，降低了TCO；高智能性指的是該解決方案采用模塊化設計，能夠從容面對擴容和改造，縮短了管理需求響應時間；高協同性指的是該解決方案由于采用了獨立產品、整體生產，因而降低是實施難度，其高效的部署也縮短了交付時間。

此方案已成功運用于撫順石化數據中心的建設項目當中，成為艾默生網絡能源模塊化數據中心在石化行業的典型運用。在該數據中心建設過程中，為了體現撫順石化綠色高效的理念，艾默生網絡能源在SmartAisleTM模塊化數據中心解決方案中搭載了具有高智能性的Liebert.CRV列間柔性制冷精密空調系統，該系統采用icom群控技術，可以持續監控機架熱負荷，并根據最佳節能效果來調節Liebert.CRV。同時，Liebert.CRV應用在SmartAisleTM能效管理平臺中時，和CoolFlex配合使用，采用冷通道封閉的方式，可大大減少制冷設備的總容量，減少了投資，不僅可以大幅增加制冷能效，還可以使制冷系統更加節能，有效的降低PUE指數，充分體現綠色節能的理念。

值得一提的是在這套解決方案里還融合了RDU-M監控單元，該管理器模塊化、可擴展性的設計，完全滿足客戶即插即用的需求。不僅如此，RDU-M還可以同時管理多個監控子系統，對設備中的配電、UPS及制冷系統等智能設備的運行狀態進行集中的監控管理，幫助客戶實時評估機房的能耗情況，計算機房的PUE值，能有效實時的掌握機房的環境參數，做到防患于未然，提升了機房的整體運作效率。

現今，日新月異的信息技術正在對石油石化行業的發展產生深遠影響，近年來國家與各級政府對于信息化的高度重視，也為石油石化行業的IT投資增長提供了有利支撐。作為在網絡能源領域擁有深厚經驗、強大實力的專家和領導者，艾默生網絡能源關注石油石化行業的信息化發展和IT建設，通過提供完美的基礎設施產品以及全方位的整體解決方案，為石油石化行業信息化建設的深入開展，開拓出一條便捷的解決途徑。

                         工業UPS在地鐵的應用研究及探索

1 行業現狀概述
  
  近年來城市軌道交通行業發展迅猛,國內各大城市陸續建設城市地鐵,地鐵已經是一些大中型城市不可缺少的交通工具。在軌道交通設備中,電源系統的安全可靠是保證弱電各子系統正常工作的先決條件。目前,在軌道交通各機電系統中,其主設備需采用UPS的主要有:通信系統、信號系統、綜合監控系統、設備環境監控系統、自動售檢票系統、乘客資訊顯示系統、辦公自動化系統、應急照明系統、屏蔽門系統等子系統。地鐵中各弱電系統對電源的穩定性、可靠性要求很高,斷電事故會造成地鐵停運甚至人身危險,帶來不可估量的損失。機車進出站時,由于大功率非線性用電設備的運行,向電網注入大量的諧波電流,導致電網電壓波形畸變。在發生嚴重畸變時,電網電壓會出現正負半波不對稱,三相電壓不平衡,頻率也會發生變動。這是地鐵系統里UPS故障率居高不下的原因,對軌道交通行業安全可靠地運行帶來了極大的安全隱患。究其原因是:對軌道交通行業的電氣環境認識不足,只考慮了UPS的輸入綠色要求和輸出的過載能力,即輸入功率因數≥0.95,輸入電流諧波<5%,對電網沒有污染,過載能力125min,150%1min�？此茖﹄娋W及負載兩端都有了要求。而唯獨沒有考慮到軌道交通行業里工業性的特征,即在軌道交通行業的電氣環境中,UPS本身的適應性、可靠性,也可以說是UPS系統可用性不足。選擇工業UPS,提升UPS本身的適應性和可靠性,才能保證軌道交通行業安全可靠地運行。
  
  2 行業環境和負載特征描述
  
  (1)地鐵供電電網及設備使用環境情況
  
  ①地鐵供電電網供電方式
  
  地鐵的供電電源要求安全可靠,通常由城市電網供給。目前,國內各城市對地鐵及城市軌道交通的供電一般有三種方式,即分散供電方式、集中供電方式、分散與集中相結合的混合供電方式。
  
  分散供電方式是指沿地鐵線路的城市電網(通常是10kV電壓等級)分別向各沿線的地鐵牽引變電所和降壓變電所供電。其前提條件是城市電網在地鐵沿線有足夠的變電站和備用容量,并能滿足地鐵牽引供電的可靠性要求。如早期的北京地鐵采取的就是這種供電方式。
  
  集中供電方式是指城市電網(通常是110kV或66kV電壓等級)向地鐵的專用主變電所供電,主變電所再向地鐵的牽引變電所和降壓變電所供電,地鐵自身組成完整的供電網絡系統。近幾年新建的地鐵系統多采用集中供電方式,如上海、廣州、深圳地鐵等。
  
  ②設備使用環境
  
  ?電網環境差;
  
  ?地下車站溫度低、濕度大;
  
  ?以計算機類負載為主,對閃斷極其敏感,對電壓精度要求高;
  
  ?機車運行及門禁系統等大功率非線性負載使用時電網波動大、質量差。
  
  (2)在機車進出站時對供電電源的影響
  
  從圖1可看出:在機車進出站時,由于大功率非線性用電設備的運行,向電網注入大量的諧波電流,導致電網電壓波形畸變。根據實測觀察,在發生嚴重畸變時,電網電壓會出現正負半波不對稱,三相電壓不平衡,頻率也會發生變動。
   
  (3)地鐵低壓主配電系統負載類型
  
  ①通信系統的負載類型
  
  傳輸、*、公務電話、專用電話、閉路電視、廣播、時鐘等子系統的計算機網絡和通訊設備,其電源要求能連續供應AC220V電源;
  
  ②信號系統的負載類型
  
  信號系統、旅客信息系統等計算機、網絡設備、控制設備,其電源要求能連續供應AC380/220V電源。
  
  ③綜合監控系統(含環境監控、門禁)的負載類型
  
  計算機、網絡設備、環境監控和門禁控制設備;其電源要求能連續供應AC220V電源。
  
  ④自動售檢票系統(AFC)的負載類型
  
  計算機、網絡設備、AFC終端設備,其電源要求能連續供應AC220V電源。
  
  ⑤辦公自動化系統的負載類型
  
  計算機、網絡設備,其電源要求能連續供應AC220V電源。
  
  ⑥屏蔽門系統的負載類型
  
  屏蔽門控制、驅動設備等,控制設備的電源需連續供應AC220V,控制電源驅動設備需要DC110V驅動電源。
  
  ⑦火災自動報警系統的負載類型
  
  計算機網絡設備、報警控制器等,其電源要求能連續供應AC220V電源。
  
  ⑧變電所直流輔助電源的負載類型
  
  裝置電源、控制電源、電機電源,其電源要求能連續供應DC220V電源。
  
  ⑨車站應急照明系統的負載類型
  
  包括疏散照明和備用照明,其電源要求能連續供應AC220V電源。
  
  (4)地鐵低壓主配電系統負載功率及UPS需求功率
  
  以某城市地鐵為例
  
  ①地下車站整合情況
  
    地下車站需UPS整合電源系統整合的各弱電系統后備電源容量及后備時間見表1。
    
  ②高架車站整合情況
  
   高架車站需UPS整合電源系統整合的各弱電系統后備電源容量及后備時間見表2。
       
  ③控制中心整合情況
  
  控制中心需UPS整合電源系統整合的各弱電系統后備電源容量及后備時間見表3。
   
  3 UPS電源選擇分析
  
  (1)工業UPS技術特點
  
  工業UPS采用了先進的IGBT功率器件、性能優越的SPWM逆變器及智能化多模式電池管理技術等國際先進技術,以及豐富的電源管理軟件,具有良好的性價比和用戶基礎。其具備以下技術特點:
  
  ①采用先進的DSP數字化控制技術,對電源產品優化設計,減少了分立元器件數量,采用高效系統熱設計技術,以優化部件排布和熱通道;
  
  ②優化可靠性設計技術以提高產品的MTBF(平均無故障工作時間)和系統可用性;
  
  ③優秀的電磁兼容設計技術滿足UPS自身和用電設備的高可靠性。
  
  (2)適應惡劣的物理環境
  
  由于在地鐵場景中,隨著人流量帶來的灰塵及雨水潮濕氣體,普通UPS的IP防護等級一般為IP30以下,容易因高濕高溫高粉塵導致UPS故障,在惡劣的使用環境下,使用壽命不超過6個月。工業UPS的IP防護等級為IP42,所有電路板均噴涂防腐蝕絕緣漆,具有絕緣、防潮、防漏電、防震、防塵、防腐蝕、防老化、耐電暈能力;通風方式下進上出,自然對流,獨立風道,熱分流設計,使工業UPS適應高溫、高濕、粉塵、鹽堿、腐蝕性氣體、震動等惡劣的工作環境。
  
  商業UPS機及普通工頻機應用中,由于尾氣、粉塵、水氣影響板件運行,無法正常運行,壽命短。
  
  (3)適應惡劣的電力環境
  
  由于地鐵、站點門禁系統及屏蔽門間斷性工作,導致地鐵站內的市電范圍很寬,波動很大。工業UPS具備極寬的輸入電壓和頻率范圍,允許電壓輸入380±25%Vac,頻率45～65Hz,支持發電機接入�？蛇m應惡劣的電網環境;能夠承受劇烈的負載波動沖擊,抵御和消除各種電網質量問題,如諧波、過壓、欠壓、突波、電壓下陷、停電、過載、短路、浪涌電流等。
  
  (4)適應工控負載環境
  
  工業UPS適應于各種工況負載,如重載機械、生產線設備、DCS系統;堅固設計,可承受強過載和短路電流沖擊與負功,在沒有市電的情況下可通過電池實現直流冷啟動。
  
  (5)高可靠性設計
  
  高可靠性是以系統的設計、工藝、配置來體現的。采用工業級甚至是軍用級元器件,同時還要加大關鍵元器件的冗余度,以增強系統的抗沖擊能力。在生產工藝上,對邏輯電路和通訊電路有更嚴格的屏蔽保護措施。配置輸入和輸出隔離變壓器以增強系統的電氣隔離性能,采用12脈沖整流器技術,內置電池保護開關、輸入和輸出開關、靜態和維修旁路開關等各種保護開關。以上種種都對工業UPS系統提供了高可靠性的保障。另外工業UPS功率器件余量大,關鍵部件可以熱更換使產品壽命極大延長;可在40℃的環境溫度下正常工作;多機并聯實現冗余或增容,確保負載在各種情況下的供電安全;可接入兩路獨立的市電,適應雙電源供電系統;輸入隔離變壓器和輸出隔離變壓器可以實現UPS輸入和輸出的完全電隔離;邏輯電源均采用冗余設計;發電機模式下,兼容錯相運行,均能提高工業UPS的壽命。
  
  4 結束語
  
  總上所述,軌道交通行業地鐵中應使用工業UPS。工業UPS就顯性特點而言有四要素:
  
  ①可選配的高等級IP防護等級,適應惡劣物理環境;
  
  ②高等級的抗擾度,適應惡劣電氣環境;
  
  ③工頻變壓器的電氣隔離,適應工況負載沖擊;
  
  ④高可靠性,使用壽命長。
  
  在應用環境方面,商業級UPS通常應用于IDC機房內,對溫度、濕度、粉塵、腐蝕性氣體有嚴格的要求,不能用于嚴酷場合,而工業級UPS則通常應用于高溫高濕多粉塵或鹽霧的場合;在可靠性方面,商業級UPS設計壽命通常在5年左右,而工業級UPS則通過選用工業級甚至軍用級器件、增大冗余度、強化工藝設計和提高安全性配置等技術,使產品壽命達到甚至超過20年。另外,在電氣環境、負載特性、機械強度、電氣隔離、輸入輸出保護、通訊接口、旁路要求、附件選擇、IP防護等級和鈑金要求等方面,市場對工業級UPS的要求均遠高于商業級UPS。