CN103792440A - 一种数据中心动力系统安全分析评估的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及安全领域，公开了一种数据中心动力系统安全分析评估的方法，具体为：采用结合传感技术和微电子技术的检测设备对客户系统环境中的所有设备、数据中心动力系统的环境或者运行中的电力设备和用电设备进行检测，获取反映环境或者设备运行状态的各种物理量和实时数据，并对其进行记录、综合分析处理，预测运行状况，提供预警、故障诊断信息或者整体数据中心动力系统的安全性评估；各种物理量包括电压、电流、功率、电压谐波、电流谐波、浪涌、塌陷、局部温度、闪变、零线电流以及局部放电中的一种或者几种。应用本发明的技术方案，具有安全性高、可靠性强、准确性高以及先进、全面、实时的技术效果。

Description

一种数据中心动力系统安全分析评估的方法

技术领域

本发明及安全领域，尤其涉及一种数据中心动力系统安全分析评估的方法。

背景技术

现有技术中，对环境的评估基本上是涉及基本的环境要素，如大气、水体、土壤、植物等。

本世纪以来，以信息系统的飞速发展尤为光彩夺目。世界已迈进信息时代，各行业业务系统对信息系统的依赖性越来越高，如金融、电信、政府、医疗等。作为信息系统的载体----数据中心，他的重要性和安全性对社会的安全稳定发展极期重要，数据中心安全生产最底层的支撑电力系统，也越来越被重视，数据中心不能断电，这也是行业标准、国家标准等的基本要求。在了做到万无一失，整个数据中心采用了各种先进技术进行保证，如：冗余的供配电设计、严格的安全管理措施等，但对于整个供配电各环节由于供电质量的变化、长时间运行后绝缘老化的现象、线缆温度随负载扩展而出现的各种风险、UPS蓄电池的状态等问题，一直没有很好的检测和预警手段。

动力设备都是有生命周期的，随着设备使用年限的增加，无论在使用的期间，还是环境的影响，必将导致设备的衰老，性能的降低，可靠性越来越低，尤其是电力设备，还可能面临很高的危险性。

动力系统问题会导致用电设备故障或不能正常工作，随着数据中心规模的增大，它们对动力系统安全性的要求越来越高。数据中心动力系统的安全指标一般用电压和电流的幅值、频率、不平衡度、波动、闪变、谐波、温度、湿度、接地电阻、蓄电池内阻、蓄电池浮充电压、静电等参数的优劣表示。这些指标的优劣，将影响 IT 设备的正常工作，由此产生的后果是造成数据丢失或者错误，影响网络的通讯速度等 ，严重时还会出现磁盘损坏。

数据中心装备着最先进的计算机软硬件系统，存储着企业全部的业务数据和客户信息，因此，可以说数据中心规划、运行的成败关系着整个企业的命运。

因此，基于数据中心的动力系统的安全分析评估具有十分重要的意义。

发明内容

本发明提供一种安全性高、可靠性强、准确性高以及先进、全面、实时的数据中心动力系统安全分析评估的方法。

具体技术方案如下：

    一种数据中心动力系统安全分析评估的方法，采用结合传感技术和微电子技术的检测设备对客户系统环境中的所有设备、数据中心动力系统的环境或者运行中的电力设备和用电设备进行检测，获取反映环境或者设备运行状态的各种物理量和实时数据，并对其进行记录、综合分析处理，预测运行状况，提供预警、故障诊断信息或者整体的安全性评估；

所述各种物理量包括电压、电流、功率、电压谐波、电流谐波、浪涌、塌陷、局部温度、局部湿度、闪变、零线电流、静电、接地电阻以及局部放电中的一种或者几种。

为了达到更好的技术效果，所述检测设备为超声波检测仪、局放仪、红外检测仪、电能质量检测仪、接地电阻测试仪、蓄电池检测仪、静电测试仪、温湿度检测仪中的一种或者几种；所述电能检测仪可选用法国CA8335、瑞典Unilyzer 901/2以及美国FLUKE433等型号。

为了达到更好的技术效果，所述超声波检测仪对整个环境的运行状况进行检测，并记录检测数据。

为了达到更好地技术效果，所述局放仪对高压配电柜、变压器以及电缆接头进行检测，并记录检测数据。

为了达到更好的技术效果，所述红外检测仪对配电室内所有可见的电气设备进行扫描，并存储照片；对低压柜逐一开门，对内部元器件进行扫描，并随时注意特殊温度的元器件。

为了达到更好的技术效果,所述电能质量检测仪对配电室内各个关键节点进行电能质量参数的检测，并记录检测数据。

为了达到更好的技术效果, 对所述电力设备的检测包括以下内容：先用超声波检测仪检测其放电超声波信号，进而判断放电大致位置；再用局放仪对超声波信号超载区域进行重点放电现象定位检测，查看放电现象判断绝缘是否有绝缘老化或虚接现象；同时用红外检测仪进行热成像，判断局部温度是否由于虚接或老化发生变化；还需采用电能质量检测设备进行检测位置的电能质量数据的提取，通过以上几种设备综合检测和分析，进而判断检测位置是否存在安全隐患；所述电力设备包括变压器、高低压开关柜、断路器、UPS输入输出柜、UPS以及UPS输出柜。

为了达到更好的技术效果,所述客户系统环境中的所有设备包括数据中心应用设计的安全结构、大型机和小型机服务器机群、大型存储设备机群、网络交换机机群、动力和环境监测设备。

为了达到更好的技术效果,对所述数据中心动力系统的环境进行检测包括以下内容：除了局部放电、超声波、红外热像仪、电能质量分析仪，还通过温湿度检测仪对机房各点的温湿度进行检测，判定机房的整体的温湿度分布情况；通过接地电阻仪对机房接地进行检测，判定机房接地是否安全；通过蓄电池检测仪对UPS蓄电的内阻及浮充电压进行检测，从而对其寿命及充放电能力进行分析局部设备或整个系统的安全性能。

为了达到更好的技术效果，所述综合分析处理是基于所记录的综合数据源，运用数据与常规标准的变化，综合分析问题原因，从而最全面地解析系统的安全综合运行状态；所述常规标准为国家标准或者国际标准，如：国家标准具体包括GB/T 12325-2008《电能质量 供电电压偏差》、GB/T 12526-2008《电能质量 电压波动和闪变》、GB/T 15543-2008《电能质量 三相电压不平衡》、GB/T 15945-2008《电能质量 电力系统频率偏差》以及GB50174-2008电子信息系统机房设计规范 ，国际标准包括谐波测量IEC61000-4-7、闪变测量IEC61000-4-15、三相不平衡度测量IEC61000-4-30、电磁兼容（EMC)IEN50 081/82-1,2以及安全IEC61010-1。

应用本发明的技术方案，具有以下技术效果：

1、安全性高，本发明采用结合传感技术和微电子技术的检测设备，如超声波检测、局部放电检测、红外热像检测等，均不需和设备进行直接接触；采用电能质量测试不会对设备的绝缘进行破环，通过电流互感器采集电流信号，通过电压钳子夹在电缆连接处裸露部分采集电压；检测过程由具有丰富检测经验的操作人员严格按照检测流程逐步进行。

2、可靠性强，本发明采用的检测设备均为技术成熟的产品，如unipowerU902电能质量分析仪等，可靠性强。

3、准确性高，本发明的精度为A 等级，采用如Unilyzer902分析测量仪，符合国际电工委员会标准IEC 61000-4-30。

4、全面性，本发明选用超声波检测仪、局放仪、红外检测仪以及电能质量检测仪中的一种或者几种，可以做到非常全面的检测。

5、实时性，本发明的技术方案操作简单，方便检测。

具体实施方式

下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

下面以某银行总行灾备中心的电力环境测试作为实施例。

为了为加强数据中心检测工作的安全性，规范检测流程以及检测人员行为，提高安全检测水平，保障各项检测安全、稳定、高效进行，且按照以下检测流程进行：

第一步：检测人员与数据中心的管理人员进行沟通，并填写好一定的登记信息。

第二步：超声波检测，快速对整个配电室的运行状况有整体的了解，如有放电现象对其进行大致定位。

超声波检测的具体检测原理如下：检测不需要断电，可以在设备外部直接进行检测，具有科学、安全、可靠性高，通过检测可以迅速捕捉到配电室内诸如变压器、开关柜、绝缘装置、断路器、继电器、母线排的放电现象，从而查出隐患，帮助客户及时处理故障点，还可以测量气体的泄露等。

第三步：局放仪对局部放电检测，局放仪主要对高压配电柜、变压器、电缆接头、进行检测，尤其对超声波测试仪检测到的可疑部位和配电室经常出问题的部位进行重点监测，并记录有关数据，已备后期分析、出报告（考虑到高压一般由大楼或者是总务部门管理，此项检测视情况确定）。

局放仪的具体检测原理如下：通过感应探头，直接把探头贴在配电柜的门外，可以直接把信号传输到局放仪，对配电柜的用电进行分析；局放测试仪顾名思义就是测量电气设备使用过程中的局部放电量，由于电气设备在发生故障或者存有隐患时期，都会存在综合反映故障性质的主要特征参数如局部放电、色谱、温升等方面的变化，因此，测量和关注运行设备的局放量，是发现故障隐患的重要手段。

第四步：红外热成像检测，对配电室内所有可见的电气设备进行扫描，并存储照片；对低压柜逐一开门，对内部元器件进行扫描，并随时注意特殊温度的元器件；将红外热像仪和电脑进行连接，逐一分析红外照片，和客户交流设备总体运行情况；保存资料，已备后期分析、出报告。

红外热像仪的具体检测原理如下：绝大部分电力设备发生故障或存在故障隐患时都会伴随着温度的变化，尤其是电气接点的虚接（当电缆与电气开关相连部分与其上段及下段温度相差超过5摄氏度时，说明此节点的连接存在问题；当电气开关使用时间较长，由于氧化及磨损问题，致使导电性下降，电阻随之增加，从而在这个部位将产生更多的热量。），或者设备本身过载，都会有明显的温升，因此红外热像仪就能明显的将此变化记录在案，用于提醒相关人员进行检修、排除隐患；红外热像仪的这些特点使得它来监测低压柜极为方便，由于低压柜在运行时可以打开，所以利用红外热像仪可以方便的检测到UPS、低压柜内部元器件的温升，来帮助测试人员快速判断低压柜的整体运行状态。除此之外，红外热像仪还可以迅速地对变压器，电线接头、非封闭式母线等等电力设备进行温度检测；红外热像仪还可以迅速地对变压器、电缆接头、非封闭母线、断路器、ATS等电力设备进行温度检测。

第五步：电能质量检测，对配电室内各个关键节点（数据采集点）进行电能质量参数的检测，采用瑞典unipower U902、Fluke435B、法国CA8335进行电能质量的检测，按照事先规划好的检测点顺序进行，先使用柔性电流互感器，然后使用电压钳；设备开机，并抓图、录波。

电能质量分析仪的具体检测原理为：通过柔性电流互感器，直接把电流互感器套在要测试的母线上采取信号，便可对率、功率因素、谐波、三相不平衡矢量图等电能参数对测试母线进行分析；电能质量的测试可以对UPS，配电柜，变压器等设备进行测试，检测用电设备的电能质量是否存在问题，以便提醒机房管理人员及领导对有问题的设备和存在的问题提前采取措施，防患于未然。

此次带电检测的目的是排查潜在的电能质量问题和设备运行情况对供电安全性造成的威胁。根据现场的情况，研究决定，测试点的选择分别从高压侧、低压侧、变压器等处进行选取的，从上到下逐级排查潜在问题，具体说明如下：

1、高压母线段监测

想保证供电可靠性的话首先要保证主供电线路的安全，高压电气设备的运行可靠性很大程度上取决于其绝缘的可靠性，而绝缘可靠性则取决于设备的绝缘结构、制造工艺和运行维护工作，还有线缆的温升和电能质量的测试，这些参数都是衡量高压设备运行情况和绝缘老化程度的标准，通过测量能发现潜在的威胁，提前解决问题避免事故的发生，保证供电主线的安全运行。

2、变压器监测

对变压器的测试主要是对变压器本身的温升、噪声、局部放电、输出端电能质量和线缆温升的一个测试，从这些方面可以判断变压器工作是不是正常，存不存在安全隐患，假如变压器工作异常，通过测量能大方向的锁定问题的原因，因此，对变压器的测试时非常关键的。

3、ATS开关的监测

对ATS开关的测试主要是工作情况的一个测试，因为不能带电检查开关的功能。在测试的时候用红外热像仪观察一下开关的局部温度和局部放电，排查这里的问题很关键，这个开关是用来双路供电切换的，假如出现问题切换不成功的话会导致部分供电系统的瘫痪UPS的输入端失电，UPS下端的服务器等通信设备面临断电危险。

4、UPS输入的监测

UPS作为不间断电源担负着沉重的使命，为下面的负载不间断的提供电能，但是在UPS运行的时候由于整流环节的存在，对输入端电能质量造成很大的污染，产生大量的谐波输入系统，输入端产生的谐波对输出端负载没有影响，但是对系统中同级的其他设备（UPS、电缆）造成威害。

5、UPS输出端检测

对于UPS输出端的测量，主要是了解UPS后端的设备运行情况和电能质量问题，其实设备的故障主要是由于电能质量引起的。在UPS的输出端，本身输出的电能质量是非常好的。但是由于大量的计算机服务器的使用对UPS内部电网造成危害，影响到其他设备的安全，这里的负荷数据中心最重要的地方即核心所在，如果这里的安全得不到保障，其他的一切都是虚设，所以这里的监测是非常重要的。

6、输送配电电缆的检测

电缆检测主要存在以下几个问题：（1）外力破坏、市政建设时野蛮施工造成电缆破坏故障大幅上升；（2）电力电缆施工时没有严格按工艺要求而留下的隐患；（3） 电缆本体质量问题；（4）电缆的长期过负荷运行，据统计我国大约有72％的电缆线路常处于过负荷运行状态且缺乏及时的维护，留下隐患。

一旦电缆存在以上问题时，电缆本体绝缘树枝状老化及附件材料老化加剧，电缆运行故障急剧上升，对于供电系统直接造成很大的威胁，时刻了解电缆的运行情况是很有必要的。

以上测试方案完成后，和相应的国家标准进行对比，提供详细的分析评估报告，使某行能够对整个数据中心的电能质量情况有更加全面真实的了解，为数据中心用电的安全性提供全面真实有效的数据支撑。

综上所述，数据中心是大型企业心脏，对于供电的可靠、安全及稳定的运行要求越来越高。这也体现了行业在配电系统中一些关键性的设备以及电力电缆的重要性。电力变压器、电力电缆、UPS以及动力开关柜等分别在供电系统中担负着供电，输电，用电等重要的使命。一旦那个环节出现问题，都会造成机房用电的中断，以及出现一些事故。对于贵行这次机房配电系统整体的体检，主要目的是排查潜在的电能质量问题和设备线路老化绝缘程度，以及运行情况对供电安全性造成的威胁。

    以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种数据中心动力系统安全分析评估的方法，其特征在于：采用结合传感技术和微电子技术的检测设备对客户系统环境中的所有设备、数据中心动力系统的环境或者运行中的电力设备和用电设备进行检测，获取反映环境或者设备运行状态的物理量和实时数据，并对其进行记录、综合分析处理，预测运行状况，提供预警、故障诊断信息或者整体的安全性评估；

所述物理量包括电压、电流、功率、电压谐波、电流谐波、浪涌、塌陷、局部温度、局部湿度、闪变、零线电流、静电、接地电阻以及局部放电中的一种或者几种。

2.根据权利要求1所述的数据中心动力系统安全分析评估的方法，其特征在于所述检测设备为超声波检测仪、局放仪、红外检测仪、电能质量检测仪、接地电阻测试仪、蓄电池检测仪、静电测试仪、温湿度检测仪中的一种或者几种。

3.根据权利要求2所述的数据中心动力系统安全分析评估的方法，其特征在于所述超声波检测仪对整个环境的运行状况进行检测，并记录检测数据。

4.根据权利要求2所述的数据中心动力系统安全分析评估的方法，其特征在于所述局放仪对高压配电柜、变压器以及电缆接头进行检测，并记录检测数据。

5.根据权利要求2所述的数据中心动力系统安全分析评估的方法，其特征在于所述红外检测仪对配电室内所有可见的电气设备进行扫描，并存储照片；对低压柜逐一开门，对内部元器件进行扫描，并随时注意特殊温度的元器件。

6.根据权利要求2所述的数据中心动力系统安全分析评估的方法，其特征在于所述电能质量检测仪对配电室内各个关键节点进行电能质量参数的检测，并记录检测数据。

7.根据权利要求1所述的数据中心动力系统安全分析评估的方法，其特征在于：对所述电力设备的检测包括以下内容：先用超声波检测仪检测其放电超声波信号，进而判断放电大致位置；再用局放仪对超声波信号超载区域进行重点放电现象定位检测，查看放电现象判断绝缘是否有绝缘老化或虚接现象；同时用红外检测仪进行热成像，判断局部温度是否由于虚接或老化发生变化；还需采用电能质量检测设备进行检测位置的电能质量数据的提取，通过以上几种设备综合检测和分析，进而判断检测位置是否存在安全隐患；所述电力设备包括变压器、高低压开关柜、断路器、UPS输入输出柜、UPS以及UPS输出柜。

8.根据权利要求7所述的数据中心动力系统安全分析评估的方法，其特征在于所述客户系统环境中的所有设备包括数据中心应用设计的安全结构、大型机和小型机服务器机群、大型存储设备机群、网络交换机机群以及动力和环境监测设备。

9.根据权利要求1所述的数据中心动力系统安全分析评估的方法，其特征在于：对所述数据中心动力系统的环境进行检测包括以下内容：除了局部放电、超声波、红外热像仪、电能质量分析仪，还通过温湿度检测仪对机房各点的温湿度进行检测，判定机房的整体的温湿度分布情况；通过接地电阻仪对机房接地进行检测，判定机房接地是否安全；通过蓄电池检测仪对UPS蓄电的内阻及浮充电压进行检测，从而对其寿命及充放电能力进行分析局部设备或整个系统的安全性能。

10.根据权利要求1所述的数据中心动力系统安全分析评估的方法，其特征在于所述综合分析处理是基于所记录的综合数据源，运用数据与常规标准的变化，综合分析问题原因，从而最全面地解析系统的安全综合运行状态；所述常规标准为国家标准或者国际标准。