CN101718825B - 数据中心低压供配电系统测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据中心低压供配电系统测试方法，该方法采用可以安装在机柜中的小功率机架式热负载模拟服务器的工作状态，将数据中心的低压供配电系统作为一个有机的整体，对低压供配电系统中的设备、集中监控系统和空调系统同时进行带载测试。本发明在数据中心投入使用之前，通过对供配电系统进行全面、系统的联机测试，可以发现故障隐患、灾害隐患，将断电的风险降至最低。本发明不仅能有效地对供配电系统、空调系统和集中监控系统进行联合调测，而且同时测试3个系统可以缩短测试周期，提高工作效率。

Description

数据中心低压供配电系统测试方法

技术领域

本发明涉及一种对数据中心低压供配电系统进行测试的方法。

背景技术

数据中心(Internet Data Center)是数据资源进行集中、集成、共享、分析的场地，是企业的业务系统。其按功能可以划分为主机房、辅助区、办公区等，其基础设施主要包括：供配电系统、空调及通风系统、防雷与接地系统、消防报警及自动灭火系统、弱电系统和IT设备等。

数据中心用电属于一级负荷，是不允许断电的，尤其在高密度机房，一旦断电就会造成重大损失。因此，数据中心的供配电系统作为数据中心最重要的组成部分，决定数据中心的可靠性、可用性和能效比。

数据中心供配电系统包括：高压供配电系统、低压供配电系统和发电机系统。其中，高压供配电系统的测试由供电局下属设计、施工单位负责，不允许其他单位或人员自行测试；发电机系统一般由发电机制造厂商的专业人员进行测试。因此，对于数据中心的最终用户来说，在数据中心竣工之后、投入使用之前，要对数据中心的低压供配电系统进行全面、系统的测试，最大程度地降低数据中心投入使用后由于各种原因造成的断电风险。

数据中心低压供配电系统主要包括：低压配电柜(箱)、电缆、UPS电源、蓄电池、列头柜和安装于机柜上的PDU(插线板)。

对于如何对数据中心低压供配电系统进行测试以及测试的方法，国家没有出台相应的标准和指导性文件。目前，对低压供配电系统的测试都是由业主自己组织，按照以往的经验对各分项工程或设备分别进行常规的电气检测和设备调试，而并未将供配电系统视为一个有机的整体，没有按照系统的设计功能、操作逻辑和运行状态进行全面联合测试。

这种仅对供配电系统中的某个设备进行单独测试，不进行系统联测的弊端是：不能很好地模拟数据中心供配电系统的实际工作状态。这样，很多机房在投入使用后又会出现问题，只能在不断电的情况下进行整改，这对于设备正常运行和操作人员的安全都有很大威胁。

另外，在现有测试方法中，对于UPS系统和蓄电池的测试均采用电阻箱作为假负载，进行UPS带载、过载测试和蓄电池放电测试。电阻箱的容量一般在几十至几百千瓦，只能连接到UPS输出配电柜上，而不能连接到每个机柜的PDU(插线板)上，这样就无法测试UPS输出配电柜之后到机柜PDU之间的所有配电系统，而且电阻箱的发热点很集中，也不能将其放置于机房内用来模拟服务器进行空调制冷能力和机房内气流组织的测试。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种对数据中心低压供配电系统进行测试的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种数据中心低压供配电系统测试方法，该方法为：采用可以安装在机柜中的小功率机架式热负载模拟服务器的工作状态，将数据中心的低压供配电系统作为一个有机的整体，对低压供配电系统中的设备、集中监控系统和空调系统同时进行带载测试。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的主视图；

图4为数据中心低压供配电系统测试流程图。

具体实施方式

本发明公开的对数据中心低压供配电系统进行测试的方法是：采用可以安装在机柜中的小功率机架式热负载模拟服务器的工作状态，将数据中心的低压供配电系统作为一个有机的整体，对低压供配电系统中的设备、集中监控系统和空调系统同时进行带载测试。

为实现对数据中心低压供配电系统的测试，本发明设计了一种可以安装在数据中心服务器机柜上的、模拟服务器工作状态的机架式热负载。

如图1-图3所示，该机架式热负载由标准的服务器机箱1、安装在服务器机箱1内的开关电源2、PTC加热单元3、风扇4、安装在服务器机箱1上的电源插座5、指示灯和开关构成。

所述服务器机箱1为标准的1U或2U高服务器机箱。机箱前、后面板上均开有通风孔11。在服务器机箱前面板的两端把手12处分别安装有标准U位安装孔13，用于将该机架式热负载固定在机柜的U孔上。

在服务器机箱1内安装有用于模拟服务器散热量的PTC加热单元3。PTC加热单元3通过一固定装置固定在服务器机箱1内。在本发明的具体实施例中，在服务器机箱1内安装有3个PTC加热单元3，右侧安装2个，上下竖直摆放，左侧安装1个，每个加热单元的最大功率为500W，3个共1500W，可以分别模拟500W、1000W、1500W的服务器散热量。PTC元件(Positive TemperatureCoefficient)的特性就是：当其通电发热达到一定温度时，其电阻将急剧增加，此时其发热功率将随之下降。也就是说，PTC元件的发热温度是一定的。

在服务器机箱1内还安装有若干个风扇4，可根据散热量自动调整转速，模拟服务器的气流。

如图所示，在服务器机箱1内安装有一开关电源2，该开关电源2通过导线与安装在机箱上的电源插座5相连。PTC加热单元3、风扇4通过安装在服务器机箱1上的开关与开关电源2相连。

如图3所示，在服务器机箱1前面板上安装有电源指示灯6、风扇指示灯7、1#2#PTC加热单元指示灯8、3#PTC加热单元指示灯9；以及，风扇开关10、1#2#PTC加热单元开关14、3#PTC加热单元开关15。

PTC加热单元加电后电源指示灯6亮，风扇开关10闭合后风扇指示灯7亮，1#2#PTC加热单元开关14闭合后1#2#PTC加热单元指示灯8亮，3#PTC加热单元开关15闭合后3#PTC加热单元指示灯9亮。

为了防止模拟热负载出现过热的情况，对该设备进行保护，不闭合风扇开关，则1#2#PTC加热单元开关和3#PTC加热单元开关均不能闭合，即闭合风扇开关后，风扇开始运行散热，然后闭合1#2#PTC加热单元开关使1#2#PTC加热单元加电；闭合3#PTC加热单元开关使3#PTC加热单元加电。

本发明利用PTC加热单元模拟安装在数据中心的服务器的发热元件，利用风扇模拟服务器的风扇散热。

数据中心的负载一般是按照每个机柜安装的IT设备的用电量设计，并配置相应制冷能力的精密空调。在数据中心测试过程中，将该机架式热负载安装于机柜内，例如该机柜设计负载为3KW，则需要在该机柜内安装2台散热量为1.5KW的机架式热负载。由于PTC加热单元是纯阻性发热元件，其输入功率完全转化为热量发散出。因此，可以认为其输入功率即为散热量。

利用该机架式热负责对数据中心低压供配电系统进行测试的方法为：

1、根据被测试的数据中心欲安装IT设备的数量，选择机架式热负载的数量；

2、将机架式热负载安装在机柜内，然后，将电源插头连接到机柜内安装的PDU插线板的插座上，检查电气连接是否正确；合上列头配电柜内给该机柜供电的空开，使机柜内安装的PDU插线板带电，为机架式热负载的开关电源通电；

3、合上机架式热负载风扇开关，使机箱内的全部风扇通电开始运转，模拟服务器的散热系统；

4、根据数据中心设计的负载合上相应的PTC加热单元开关，模拟数据中心服务器的发热；

5、启动数据中心相应的精密空调设备，为机房制冷；

6、实时监测数据中心UPS的带负载情况、各级开关状态、热负载输入电流电压和机房内的温湿度；如果温湿度和输入电流都没有超过设计的使用范围，则说明数据中心的低压供配电系统设计满足使用要求。

下面以本发明人为上海市闸北区设计的上海市北数据中心为例说明本发明对该数据中心的进行带载、联机测试的方法。

上海市北数据中心位于上海市闸北区，总面积1300平方米，310台机柜，机柜平均设计负荷为2.2KVA。

1、数据中心供配电系统测试对象性能参数

UPS：400KVA，工作电压380/400/415VAC，频率50/60Hz，输入电流谐波＜5％，功率因数0.9，系统效率94％，过载时间：110％为1小时，125％为10分钟，150％为60秒。

电池：2V 500Ah(400KVA UPS系统)，放电终止电压1.70V，单机满载(300KW)后备时间15分钟。

2、测试步骤(400KVA UPS带载、过载和电池放电测试)如图4所示。

带载测试

1)根据UPS的容量，计算应投入的机架式热负载个数，确认相应的机柜编号，把所有负载的电源插头与PDU插排正确连接。

2)为已确定的机柜对应的列头柜通电，合列头柜输入开关，确认安全。

3)合列头柜的输出微型断路器，逐个合闸，同时注意观察UPS控制屏负载容量的变化情况。UPS三相负载应该平衡，不断调节热负载的开关状态，使负载尽量平均分布在A、B、C三相上。

4)UPS带载率分为0％、10％、50％、90％和100％时分别进行带载测试，并记录UPS控制屏的显示的功率因数、输出功率、电压、电流等指标，同时记录智能仪表、电能质量分析仪等工具测出的数据，分析两者之间的差别。

5)用电能质量分析仪监测UPS输入输出电压、电流的相序、波形、频率、谐波等，并保存记录作为分析电源质量的原始数据。

6)每10分钟记录一次各监控点数据，持续1小时。

7)1小时后，记录UPS控制屏本地数据、配电柜开关状态并测试列头柜微型断路器输入电流，同时记录集中监控系统中UPS设备工作状态、配电柜开关状态和微型断路器电流值的相应数据，进行比较。

8)用红外测温仪测量UPS输入、输出柜的母排温度，及列头柜中所有机柜微型断路器的温度。如果母排或开关温度过高，可能是母排或开关虚接。UPS带载率最终控制在100％。

过载测试

9)按照UPS容量的110％投入热负载。如果负载不够令UPS的三相全部过载，可以令三相中的某一相过载，其过载时间与三相过载基本相同。

10)在投载过程中注意观察UPS控制屏显示的各指标是否正常。

11)负载达到UPS容量的110％的时候，停止加载，注意观察并记录UPS从逆变供电转旁路供电时间。在此转换过程中记录UPS控制屏显示的各指标，监控电压、电流输出波形，观察是否有闪断和尖波等影响负载安全的情况发生。每5分钟记录一次各监控点数据。

12)撤除多余负载，使UPS回到100％带载状态。

13)按照UPS容量的125％投入热负载，重复步骤9)-12)，每1分钟记录一次各监控点数据。

14)按照UPS容量的150％投入热负载，重复步骤9)-12)，每10秒钟记录一次各监控点数据。

15)继续按照100％负载容量，UPS持续运行1小时，每10分钟记录一次各监控点数据。

电池放电测试

16)关闭1号UPS输入开关，UPS控制屏显示转为电池放电状态。在此转换过程中注意观察UPS控制屏显示的各指标是否正常。

17)每1分钟记录一次UPS控制屏显示的功率因数、输出功率、电压、电流等指标，同时测量电池连接铜排温度，观察是否存在温度过高的现象。

18)当电池电压下降到326.4V(1.70V/块)时，合上1号UPS输入开关，转为市电供电。注意观察并记录电池供电时间。

19)测试完成，开始撤除负载。先逐个关闭机柜微型断路器，再关闭列头柜开关，然后关闭UPS输出开关，最后关闭UPS电源。

3、测试结果

UPS输入和输出电压、电流、相序、波形、频率、谐波正常，满足设计指标和使用要求；功率因数、效率、过载能力等参数与厂家的设备参数相符。蓄电池放电时间满足单机后备时间设计要求。

由于本发明是将数据中心的低压供配电系统作为一个有机的整体，采用安装在机柜中的小功率热负载模拟服务器工作状态，对低压供配电系统中的设备、集中监控系统和空调系统同时进行带载测试，解决了传统测试方法中单独测试各设备，不能模拟数据中心供配电系统的实际工作状态的问题。在数据中心投入使用之前，通过对供配电系统进行全面、系统的联机测试，可以发现故障隐患、灾害隐患，将断电的风险降至最低。

本发明不仅能有效地对供配电系统、空调系统和集中监控系统进行联合调测，而且同时测试3个系统可以缩短测试周期，提高工作效率。

此方法在测试低压供配电系统的同时还可以集中监控系统的功能和精度、空调系统的制冷能力及机房内气流组织。

以上为本发明的较佳实施例以及设计图式，上述较佳实施例以及设计图式仅是举例说明，并非用于限制本发明的权利范围，凡以均等的技术手段、或为本申请专利范围所涵盖的权利范围而实施者，均不脱离本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种数据中心低压供配电系统测试方法，该方法为：采用可以安装在机柜中的小功率机架式热负载模拟服务器的工作状态，将数据中心的低压供配电系统作为一个有机的整体，对低压供配电系统中的设备、集中监控系统和空调系统同时进行带载测试；

该方法具体包括以下步骤：

A、根据被测试的数据中心欲安装IT设备的数量，选择机架式热负载的数量；

B、将机架式热负载安装在机柜内，然后，将电源插头连接到机柜内安装的PDU插线板的插座上，检查电气连接是否正确；合上列头配电柜内给该机柜供电的空开，使机柜内安装的PDU插线板带电，为机架式热负载的开关电源通电；

C、合上机架式热负载风扇开关，使机箱内的全部风扇通电开始运转，模拟服务器的散热系统；

D、根据数据中心设计的负载合上相应的PTC加热单元开关，模拟数据中心服务器的发热；

E、启动数据中心相应的精密空调设备，为机房制冷；

F、实时监测数据中心UPS的带负载情况、各级开关状态、热负载输入电流电压和机房内的温湿度；如果温湿度和输入电流都没有超过设计的使用范围，则说明数据中心的低压供配电系统设计满足使用要求。

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