二、運(yùn)維人員應(yīng)具備的素質(zhì)
運(yùn)維管理是需要人去做的，如何才能管理好一個(gè)數(shù)據(jù)中心，才能充分發(fā)揮數(shù)據(jù)中心的作用，使之能更好地為云計(jì)算提供強(qiáng)大的支持能力。運(yùn)維人員應(yīng)具備什么樣的素質(zhì)才能做到這一點(diǎn)呢？一般說需具備以下三個(gè)方面的條件。
1、深厚的理論基礎(chǔ)
這部分知識(shí)來源于學(xué)習(xí)和不斷地研究，比如看書和培訓(xùn)。有了這樣的理論基礎(chǔ)也就減少了對(duì)問題分析的盲目性。否則碰到問題就不知所措，無從下手。如圖1所示是某數(shù)據(jù)中心
圖1 某數(shù)據(jù)中心供配電結(jié)構(gòu)原理圖
供配電結(jié)構(gòu)原理圖。如圖所示，兩臺(tái)120kVA UPS并聯(lián)后送到兩個(gè)配電柜，每個(gè)配電柜各有35個(gè)16A的微型斷路器。一天夜里1# 配電柜突然有八個(gè)輸出斷路器跳閘。后來檢查結(jié)果是一個(gè)IT電源輸入短路，兩個(gè)IT電源輸入保險(xiǎn)絲燒斷。這就提出了如下的問題：
（1） 為什么三個(gè)電源故障導(dǎo)致八個(gè)斷路器跳閘？
（2） 因?yàn)槭且粋€(gè)電源短路為什么八個(gè)斷路器跳閘？
（3） 為什么跳閘都發(fā)生在1# 配電柜，而2# 配電柜沒有任何反應(yīng)？
以上的幾個(gè)問題如何解釋？這里面包含了理論、經(jīng)驗(yàn)和對(duì)電路與器件的了解。
又如，某化工單位在定期為240kVA UPS電池放電時(shí)，由于負(fù)載太小，只好將電池組取下來用假負(fù)載放電。放電后又將電池組接回原處，合閘后機(jī)器突然爆炸和起火。專家檢查后發(fā)現(xiàn)電池的極性連接正確，但所有逆變器功率器件和整流器后面的所有電解電容器統(tǒng)統(tǒng)燒毀！于是專家還是就作出了是“機(jī)器質(zhì)量問題”的結(jié)論。結(jié)果代理商賠了一臺(tái)新機(jī)器。是機(jī)器本身的質(zhì)量問題嗎？為什么電池放電前機(jī)器一直運(yùn)行正常，而放電后就起火爆炸呢？就算是質(zhì)量問題也不會(huì)在同一時(shí)間所有這些器件都達(dá)到報(bào)廢的程度！這又如何解釋？如此等等，如果不站在理論的高度上去分析，單憑經(jīng)驗(yàn)和直觀視覺就一頭霧水，就不能做出公允的判斷。“機(jī)器質(zhì)量問題”的結(jié)論肯定是錯(cuò)的，錯(cuò)在哪里？錯(cuò)就在不懂UPS的結(jié)構(gòu)原理。
又如，某機(jī)關(guān)數(shù)據(jù)中心購(gòu)置了4臺(tái)200kVA UPS做2′（1 1）連接，如圖2所示。機(jī)器安裝后在考機(jī)期間，為了檢測(cè)在市電轉(zhuǎn)換時(shí)的輸出不間斷功能，就在轉(zhuǎn)換開關(guān)ZB1由市電1向市電2切換瞬間分路斷路器ZB2和ZB2跳閘，兩路并聯(lián)UPS1和UPS2各壞了1臺(tái)，檢查發(fā)現(xiàn)都是可控硅整流器燒毀和控制電路板受損。按道理說由市電1切到市電2是一個(gè)很
圖2 2′（1 1）連接供電系統(tǒng)
普通的操作，即是UPS最普通的功能之一，為什么會(huì)出現(xiàn)如此情況？而且修好后不到一年又一次市電停電停電時(shí)，UPS轉(zhuǎn)為電池供電模式，待市電恢復(fù)后UPS的輸入電壓就不能投入了，一直是逆變器供電。為什么？為了工作再不受影響，用戶只好將其淘汰!為什么會(huì)這樣？調(diào)查得知該機(jī)器是打著進(jìn)口品牌的國(guó)產(chǎn)品，而且該生產(chǎn)者是一個(gè)國(guó)內(nèi)不知名的小廠。在用戶購(gòu)置該UPS的時(shí)候，國(guó)內(nèi)知名的幾家UPS制造商也剛剛達(dá)到生產(chǎn)該容量的水平，且大都是仿制。不用說這一家也是仿制。問題是為什么的仿制就會(huì)出現(xiàn)如此多的問題呢？技術(shù)分析留待后面，這里只分析產(chǎn)品和知名廠家的不同，其不同就是仿制技術(shù)水平的差別（這可從UPS故障后兩個(gè)月以后才修復(fù)看出技術(shù)水平不佳）、生產(chǎn)平臺(tái)的差別（機(jī)內(nèi)布線和控制電路板外觀粗燥）、元器件等級(jí)的差別（更換故障部件不是一次成功）、檢測(cè)手段的差別（出廠產(chǎn)品做市電切換是常規(guī)手段，這次故障說明產(chǎn)品出廠時(shí)連最常規(guī)的實(shí)驗(yàn)都沒做）等。由于用戶缺乏這方面的知識(shí)，沒有向廠家提出采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，才會(huì)很快又出現(xiàn)第二次故障。
2、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)
理論來自學(xué)習(xí)，但必須和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。一般說經(jīng)驗(yàn)多數(shù)來自教訓(xùn)，所謂失敗是成功之母就是這個(gè)道理。這里所說的經(jīng)驗(yàn)是經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐證明的，是經(jīng)得住考驗(yàn)的。往往好多所謂經(jīng)驗(yàn)并不是真正的經(jīng)驗(yàn)而是經(jīng)歷。比如不少人認(rèn)為零地電壓干擾負(fù)載，并能舉出一些實(shí)際例子加以證明。比如舉例者說：一次，機(jī)器系統(tǒng)工作異常，經(jīng)查找發(fā)現(xiàn)零地電壓大于1V，于是就將電源的零線和地線短接，結(jié)果異常消除了。當(dāng)問及是否又將零地短接線斷開時(shí)，其回答是：“既然工作正常了還斷開做什么？”首先這個(gè)經(jīng)驗(yàn)是不完全，只做了一半。一個(gè)完整的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)該是：零線和地線短接后異常消除，接著再將零地短接線斷開，如果此時(shí)系統(tǒng)工作又出現(xiàn)異常，就說明是零地電壓干擾系統(tǒng)；如果將零地短接線斷開后系統(tǒng)仍正常工作，就不能說明零地電壓干擾系統(tǒng)。這里的誤區(qū)是當(dāng)事者聽信了傳說‘零地電壓干擾負(fù)載’的影響，在他的心目中已有這個(gè)印象，這次的經(jīng)歷正好迎合了這種心理，所以就錯(cuò)誤地認(rèn)為這就是經(jīng)驗(yàn)。
大都有這樣的經(jīng)歷：比如原來的顯像管老式電視機(jī)，看的時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)出先這樣的毛病：電視機(jī)正在收看節(jié)目時(shí)突然影像沒有了，一般的做法是拍打幾下電視機(jī)外殼，大都是影像出現(xiàn)了。有了這一次的經(jīng)驗(yàn)，以后只要影像沒有了就去拍打外殼。可說是有了多次‘經(jīng)驗(yàn)’。難道就可以說這個(gè)電視機(jī)所以經(jīng)常出現(xiàn)黑屏就是因?yàn)椤反颉瘑幔亢苊黠@這是誤解。總有一天將電視機(jī)拍打的徹底黑屏為止，或燒掉。
3、很強(qiáng)的責(zé)任心
這一點(diǎn)尤為重要，技術(shù)好并不代表責(zé)任心強(qiáng)。比如某金融數(shù)據(jù)中心一位技術(shù)很好的運(yùn)維工程師，開始的確是嚴(yán)格按照機(jī)房守則每?jī)尚r(shí)抄一次UPS顯示屏上的數(shù)據(jù)，幾個(gè)月下來顯示屏上的數(shù)據(jù)總也不變，他都背熟了。從此開始機(jī)房就再也不去了，按照記憶每?jī)尚r(shí)填一次表。突然一天半夜機(jī)房?jī)?nèi)市電故障停電，UPS轉(zhuǎn)為電池模式繼續(xù)為機(jī)房IT系統(tǒng)供電，這位工程師早晨上班后仍按習(xí)慣沒有去機(jī)房巡視，就直接將記憶中的數(shù)據(jù)填入表中，幾小時(shí)后由于電池的儲(chǔ)能枯竭致使UPS輸出停電，機(jī)房設(shè)備全部停止運(yùn)行。可惜的是后備發(fā)電機(jī)控制屏的開機(jī)旋鈕指在“手動(dòng)”位置上，本來可以避免的故障就這樣出現(xiàn)了，給單位造成了嚴(yán)重?fù)p失。
再者，責(zé)任心強(qiáng)如果制度定得不合適也會(huì)導(dǎo)致故障。如在前面“深厚的理論基礎(chǔ)”中提到的例子，這位工程師責(zé)任心是很強(qiáng)，做到了定時(shí)為電池放電保養(yǎng)，但由于制度定的不細(xì)使得只有一個(gè)人的情況下單獨(dú)操作，結(jié)果由于誤操作而導(dǎo)致故障。在對(duì)待高壓（不論是直流還是交流）情況下應(yīng)該是兩人在場(chǎng)，一個(gè)人操作一個(gè)人‘監(jiān)督’。
4、業(yè)界普遍對(duì)供電系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的十大誤區(qū)
飛輪儲(chǔ)能式和靜止變換式UPS在上世紀(jì)六十年代就已出現(xiàn)，至今已有五十多年。產(chǎn)品在技術(shù)上已經(jīng)很成熟。但由于仿制者、使用者和銷售者不是第一線的原設(shè)計(jì)者，大都沒有很好地領(lǐng)會(huì)原設(shè)計(jì)者的意圖，再加之對(duì)電路理論的欠缺，雖對(duì)原設(shè)計(jì)電路做了某些修改，但仍屬依葫蘆畫瓢。有些基本概念還是不清楚，結(jié)果也誤導(dǎo)了使用者和銷售者。尤其對(duì)用戶的采購(gòu)和運(yùn)維帶來了負(fù)面影響。先舉例如下：
（1）認(rèn)為輸入功率因數(shù)為0.999（接近于1）的UPS可以配同容量（即1:1）的發(fā)電機(jī)
當(dāng)代高頻機(jī)型UPS的輸入功率因數(shù)都在0.99以上，可以認(rèn)為接近于1，于是就聲言‘可以配同容量（即1:1）的發(fā)電機(jī)’。這種說法容易把用戶帶入歧途。因?yàn)樵儆昧}沖整流輸入的工頻機(jī)UPS時(shí)，其配套惦記的容量至少為UPS容量的三倍，在用高頻機(jī)時(shí)無形中就節(jié)省了后備發(fā)電機(jī)的投資和占地面積。但事實(shí)并不是如此，首先要看發(fā)電機(jī)的負(fù)載功率因數(shù)，如果發(fā)電機(jī)的負(fù)載功率因數(shù)為1，上述UPS與發(fā)電機(jī)的配比是正確的。可惜的是當(dāng)代后備發(fā)電機(jī)的負(fù)載功率因數(shù)多為0.8，這時(shí)發(fā)電機(jī)的容量就必須加倍（后面有說明）；這是其一，其二是當(dāng)UPS為單機(jī)或1 1冗余結(jié)構(gòu)，甚至雙總線供電結(jié)構(gòu)時(shí)都有一個(gè)過載量的問題。比如大多數(shù)UPS都有過載到125% 10min、過載到150% 30S~1min的能力。在電機(jī)供電模式中這個(gè)超過UPS額定容量的部分仍應(yīng)該由發(fā)電機(jī)提供，因此1:1的說法太籠統(tǒng)，要是具體情況而定，不能一概而論。但在實(shí)際中這種1:1的說法給用戶帶來不少損失。
（2）認(rèn)為UPS有兩個(gè)功率因數(shù)
眾所周知，一個(gè)電路、一個(gè)設(shè)備定型以后，其性質(zhì)也就定了。功率因數(shù)是表征負(fù)載性質(zhì)的一個(gè)參數(shù)。真正懂電路的人都清楚：一個(gè)電路、一個(gè)設(shè)備只有一個(gè)功率因數(shù)，那就是輸入功率因數(shù)。就是這個(gè)功率因數(shù)決定了電路和設(shè)備的性質(zhì)。任何電源和任何電路無一例外。電路有輸入阻抗和輸出阻抗，唯獨(dú)沒有輸出功率因數(shù)。在學(xué)術(shù)上定義的任何一個(gè)參數(shù)都是可以操作的，即可以測(cè)量的。比如包括UPS在內(nèi)的任何電源的輸入功率因數(shù)由于是唯一的，所以是可以測(cè)量的。當(dāng)今的高頻機(jī)型UPS輸入功率因數(shù)可以高達(dá)0.99以上，它在任何輸入電源（市電、發(fā)電機(jī)和正弦電壓發(fā)生器等）為正弦波電壓的情況下都是0.99以上。但是有的人卻把負(fù)載端的功率因數(shù)誤稱為輸出功率因數(shù)，無形中就把這個(gè)功率因數(shù)歸屬于電源了。這樣的叫法會(huì)給人們帶來好多誤解。把負(fù)載功率因數(shù)稱為輸出功率因數(shù)，這就出現(xiàn)了兩個(gè)無法解釋的問題：
其一，這個(gè)所謂“輸出功率因數(shù)”不是唯一的，因?yàn)閹裁簇?fù)載就是什么功率因數(shù)，比如帶線性負(fù)載這個(gè)功率因數(shù)就是1，帶老的IT設(shè)備這個(gè)功率因數(shù)就是0.7，實(shí)際上就說明這個(gè)功率因數(shù)是負(fù)載的輸入功率因數(shù)。如果非要稱之為UPS的輸出功率因數(shù)的話，那就來測(cè)量一下，如前所述UPS帶什么負(fù)載就是什么功率因數(shù)，實(shí)際上是負(fù)載的輸入功率因數(shù)。就是不帶負(fù)載時(shí)（空載）才是UPS的輸出功率因數(shù)。設(shè)這個(gè)輸出功率因數(shù)為FO ,根據(jù)功率因數(shù)的定義：
(1)
式中PO是有功功率，因是空載所以為零；SO是視在功率，因是空載所以也為零。式（1）的結(jié)果是個(gè)無理數(shù)，如果用功率因數(shù)表去測(cè)量，根本測(cè)不出來。
其二，UPS的輸出阻抗是容性的，既然是UPS的輸出功率因數(shù)，那么這個(gè)功率因數(shù)也應(yīng)該是容性的，即功率因數(shù)的符號(hào)應(yīng)該是“ ”。同時(shí)這些人認(rèn)為以前服務(wù)器也是容性的，這就出現(xiàn)了電源輸出和負(fù)載輸入同性質(zhì)的情況，就不存在誰補(bǔ)償誰的問題了。而實(shí)際上，電源的容性輸出無功功率是補(bǔ)償負(fù)載感性無功功率的。而且以前UPS就是按負(fù)載為感性而設(shè)計(jì)的。可惜有的制者能作出這樣的電路設(shè)計(jì)而不知為什么這樣做，這就是仿制者的誤區(qū)所在。
這里又有一個(gè)問題，負(fù)載功率因數(shù)既然不是UPS的輸出功率因數(shù)，看來和UPS沒有什么關(guān)系，但又為什么要出現(xiàn)在UPS的參數(shù)表里？這個(gè)負(fù)載功率因數(shù)所以出現(xiàn)在UPS的參數(shù)表里是因?yàn)闆]有這個(gè)參數(shù)UPS就沒法制造。UPS既不是空氣也不是水，即它不是通用的。這和電磁爐一樣，電磁爐的負(fù)載只能是導(dǎo)電和導(dǎo)磁的鍋具，而微波爐內(nèi)絕對(duì)禁止導(dǎo)電和導(dǎo)磁的器具。UPS也有著它特有的供電對(duì)象，最早期它的供電對(duì)象是計(jì)算機(jī)，而計(jì)算機(jī)的輸入電源都是整流濾波方式，是電感性的輸入功率因數(shù)，其值在0.8左右，因是感性所以標(biāo)為‘-0.8’。這就是為什么早期進(jìn)入我國(guó)的所有UPS的負(fù)載功率因數(shù)都是-0.8。其含義就是：這臺(tái)UPS是專為輸入功率因數(shù)為-0.8的負(fù)載設(shè)計(jì)的。因?yàn)樗妮敵鲭娙莸娜菘乖O(shè)計(jì)值正好抵消負(fù)載的感抗值。以往幾乎所有電子負(fù)載都是感性的。這個(gè)負(fù)載功率因數(shù)值是萬萬不可缺少的，沒有它用戶就無法合理選擇UPS的容量。有不少用戶就因?yàn)椴涣私膺@一點(diǎn)，所以選購(gòu)的容量差異很大。
（3）當(dāng)功率因數(shù)< 1時(shí)認(rèn)為UPS輸出能力還是永恒的
輸出功率因數(shù)的叫法帶來更大的負(fù)面效應(yīng)就是造成制造商與用戶的矛盾，制造商與檢測(cè)機(jī)關(guān)的矛盾和制造者與認(rèn)證機(jī)關(guān)的矛盾。當(dāng)制造商設(shè)計(jì)的負(fù)載功率因數(shù)與實(shí)際負(fù)載的輸入功率因數(shù)不匹配時(shí)，UPS必須降額使用。究竟降多少？這要視負(fù)載的性質(zhì)（輸入功率因數(shù)）而定。這種輸出功率因數(shù)的叫法所以帶來如此多的矛盾，就是因?yàn)殡p方都不清楚上面介紹的原因。圖2示出了一般UPS的結(jié)構(gòu)原理。從圖中可以看出，當(dāng)電源設(shè)計(jì)的負(fù)載功率因數(shù)與
圖2 一般UPS原理結(jié)構(gòu)圖
實(shí)際負(fù)載的輸入功率因數(shù)相等時(shí)就是全匹配。全匹配的含義就是逆變器的全部額定有功功率都送到了負(fù)載的電阻部分，而與逆變器輸出并聯(lián)的電容器C中的無功功率都送到了負(fù)載的電感部分，達(dá)到了全部補(bǔ)償?shù)哪康摹＿@時(shí)的電源就發(fā)揮了它的全部作用。即負(fù)載上得到了電源的全部功率S：
式中P是逆變器輸出的有功功率，Q是電容器C輸出的無功功率。假如UPS設(shè)計(jì)的是負(fù)載功率因數(shù)為 0.8的100kVA容量的額定值，就表明該電源在輸入功率因數(shù)為-0.8的100kVA容量的負(fù)載時(shí)就可以輸出80kW的有功功率和60kvar無功功率。
那么當(dāng)負(fù)載與電源不匹配時(shí)的情況呢？比如一般在做電源輸出能力驗(yàn)收時(shí)，大都以電阻作假負(fù)載。但電阻是線性負(fù)載，輸入功率因數(shù)為1，和電源不匹配了，按照要求就必須降額使用。降多少？這需要通過計(jì)算來確定。圖3示出了UPS帶線性負(fù)載的情況，所謂線性就是電阻性的負(fù)載，無功功率沒有了，電容失去了補(bǔ)償對(duì)象。如果仍以負(fù)載功率因數(shù)為-0.8容量為100kVA的UPS為例，這時(shí)由于電容器C沒有了負(fù)載感性60kvar的補(bǔ)償對(duì)象。它的容性60kvar也就成了逆變器的負(fù)載，如圖3所示。該電容的容抗XC就是：
(3)
即逆變器輸出首先在0.81W上建立起220V的電壓，此時(shí)容性電流的電流：
(4)
換言之，逆變器首先拿出272A的容性電流去給電容器C充入60kvar的無功功率Q。不言
而喻這時(shí)輸送給電阻負(fù)載部分R的有功功率PR就再也沒有80kW了，還有多少呢？根據(jù)上邊的公式計(jì)算：
就是這個(gè)53kW的值使好多認(rèn)識(shí)不到的人產(chǎn)生了誤會(huì)，從而也就出現(xiàn)了上面所說的矛盾。
a. 制造商與用戶的矛盾：當(dāng)用戶按照0.8的功率因數(shù)配置80kW電阻負(fù)載時(shí)，由于UPS給不出這么多的有功功率，用戶就認(rèn)為制造商偷工減料，制造商也由于不明白這個(gè)道理，無話可說。
b. 制造商與檢測(cè)機(jī)關(guān)的矛盾：當(dāng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)按照他們的理解也用0.8的功率因數(shù)配80kW電阻負(fù)載時(shí)，也是由于UPS給不出這么多的有功功率，檢測(cè)機(jī)構(gòu)也就認(rèn)為制造商偷工減料，制造商也由于不明白這個(gè)道理，無話可說。
c. 制造商與認(rèn)證機(jī)關(guān)的矛盾：當(dāng)認(rèn)證單位也是按照他們的理解，仍用0.8的功率因數(shù)配置80kW電阻負(fù)載時(shí)，當(dāng)然也由于UPS給不出這么多的有功功率認(rèn)證不過關(guān)，拿不到認(rèn)證書就無法銷售。于是制造商就用加大逆變器功率的辦法使其可以輸出80kW。逆變器的功率加大到多大就可以輸出80kW的有功功率呢？從式（5）的計(jì)算可以看出，逆變器的功率只要抵消掉電容器C上的60kvar后還可以給出80kW就可以了。所以此時(shí)的逆變器功率P0應(yīng)該是：
也就是說：
時(shí)，標(biāo)稱為100kVA 負(fù)載功率因數(shù)為0.8的UPS在帶線性負(fù)載時(shí)就可以輸出80kW的有功功率了。所以就有的宣稱我的‘功率因數(shù)為0.8的100kVA就可以給出80kW的有功功率’！豈不知這又是一個(gè)誤區(qū)。因?yàn)檫@時(shí)的輸出能力是，在匹配負(fù)載下可以輸出100kW和60kvar。按照功率因數(shù)的定義：
可以看出，此時(shí)的負(fù)載功率因數(shù)已不是0.8而是0.86！因此可以這樣說：功率因數(shù)為0.8的100kVA容量的UPS，在帶線性負(fù)載時(shí)絕對(duì)給不出80kW的有功功率；反之，能給出80kW有功功率的100kVA容量的UPS，其負(fù)載功率因數(shù)肯定不是0.8。因此，當(dāng)實(shí)際負(fù)載的輸入功率因數(shù)接近于1時(shí)，應(yīng)選負(fù)載功率因數(shù)為0.9以上的電源為好。這時(shí)的輸出有功功率仍以100kVA為例，設(shè)UPS的負(fù)載功率因數(shù)為0.9，而負(fù)載為輸入功率因數(shù)1的電阻，此時(shí)UPS的輸出無功功率的能力Q為：
（9）
此時(shí)輸出有功功率的能力P為：
（10）
但若負(fù)載功率因數(shù)是0.7的UPS，一般10kVA以下者居多。設(shè)為10kVA。此時(shí)UPS的輸出無功功率的能力Q為：
（11）
此時(shí)輸出有功功率的能力P為：
(12)
這是個(gè)虛數(shù)，即連1W也給不出來。上面的計(jì)算都是按額定值考慮的，而實(shí)際設(shè)備中還要考慮過載能力，因此要比額定容量大一些，因此可以給出多一點(diǎn)的有功功率。但方向確實(shí)如此。
這種情況不只適用于UPS，也適用于包括發(fā)電機(jī)在內(nèi)的任何電壓源。
（4）認(rèn)為UPS的輸出變壓器能抗干擾，有濾波作用
持這種觀點(diǎn)者不在少數(shù)，但主要還是來自制造商的誤解，進(jìn)而是系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的誤解。就
（a） 以往沒有變壓器的列頭柜 （b）當(dāng)代接入了變壓器的列頭柜
圖4 以往有變壓器的列頭柜和當(dāng)代接入了變壓器的列頭柜
是這種誤解給用戶帶來了很多麻煩。其麻煩就在于幾十年沒有變壓器的列頭柜竟突然加進(jìn)了變壓器，如圖4所示。圖5示出了兩種列頭柜的電路原理圖。在圖5的‘現(xiàn)在的列頭柜’中
圖5 兩種列頭柜的電路原理圖
不但加進(jìn)了變壓器，相當(dāng)然地就多加了一個(gè)輸入斷路器，一般在這種情況下又都加了一級(jí)防雷器。這些環(huán)節(jié)不但沒有好處，反而加重了用戶的負(fù)擔(dān)：
A． 增加了無謂的設(shè)備投資，造成了浪費(fèi)；
B． 增加了3個(gè)故障點(diǎn)（防雷器、斷路器和變壓器），降低了可靠性；
C． 加重了機(jī)柜的重量，為樓層的承重帶來了麻煩。如果沒有這個(gè)變壓 器，列頭柜的重量也就是三百公斤左右，一般700kg的地板承重就可以了。加了變壓器后不少機(jī)柜增加到大約1000kg。700kg承重的地板必須增加到相應(yīng)的值，如果一個(gè)信息中心有幾十個(gè)列頭柜，就是幾十噸。就需要加散力架，即需要外加鋼梁，這是一個(gè)不輕松的工程。增加了投資和延長(zhǎng)了工程周期；
D． 更有甚者有的要求在UPS的輸出端又增加了一級(jí)防雷，又使供電系統(tǒng)多了一個(gè)故障點(diǎn)。
這種變壓器在正常工作時(shí)是線性工作狀態(tài)，線性的特點(diǎn)是要求變壓器輸入輸出不失真。因此變壓器并不抗干擾。并且防雷器也是無的放失。
目前不少大的數(shù)據(jù)中心列頭柜都放了變壓器；也有的數(shù)據(jù)中心只有一部分列頭柜放進(jìn)了變壓器，而另一本分卻沒有放變壓器；更有的大數(shù)據(jù)中心幾十個(gè)列頭柜中既沒有變壓器也沒有加防雷器，他們的負(fù)載都是國(guó)際上的這幾家大公司的產(chǎn)品，都已正常工作了幾年了。由此可以說明這個(gè)變壓器根本沒必要加入。
（5.）認(rèn)為UPS的輸出電壓在正常情況下是穩(wěn)頻的
這里所說的UPS正常情況是指市電工作模式，即市電正常輸入時(shí)的情況。在這種情況下UPS輸出電壓的頻率和相位不但要和市電頻率同步而且還要鎖相，目的就是為了零切換。但有的UPS供應(yīng)商卻說UPS的輸出電壓是穩(wěn)頻的，并舉出例子說，當(dāng)出入電壓頻率變化±3Hz時(shí)其輸出仍然穩(wěn)定在50Hz。這種觀點(diǎn)得到了不少用戶的認(rèn)可。是不是這樣呢？根據(jù)計(jì)算當(dāng)輸入頻率變化3Hz而輸出仍穩(wěn)定在50Hz的情況下，每經(jīng)過大約八個(gè)周期輸入輸出相位就相差180°，即輸入電壓正半波的峰值 311V正好對(duì)應(yīng)著輸出電壓的負(fù)半波峰值-311V。如果此時(shí)需要切換，應(yīng)該是一個(gè)什么局面!
“穩(wěn)頻”者卻忘了在UPS技術(shù)指標(biāo)中有一項(xiàng)‘跟蹤速率：1Hz/s’的含義。他不知道跟蹤什么，所以才出現(xiàn)了這種誤區(qū)。這才導(dǎo)致用戶向UPS廠家索要輸出穩(wěn)頻的產(chǎn)品。
（6） 認(rèn)為UPS輸出的無功功率無用
這又是一個(gè)誤區(qū)。有功功率和無功功率歷來是互相依存的矛盾的兩方面，我們一般都把可以做實(shí)事的功率稱為有功功率，比如可以使電機(jī)旋轉(zhuǎn)、燈泡發(fā)亮的電功率叫有功功率，有功功率只要表現(xiàn)出來就一去不復(fù)返，全部變成了熱量散發(fā)到空氣中；把儲(chǔ)存在儲(chǔ)能裝置中功率（以勢(shì)能的形式儲(chǔ)存）稱為無功功率，比如電池中的化學(xué)能、電容器中的電場(chǎng)、電感中的磁場(chǎng)，在接入負(fù)載前他們只是靜靜地待在容器里什么活計(jì)都不干。不只是電有這種情況，在日常生活中也是這樣，無處不在。比如家庭做飯的煤氣，當(dāng)不打開氣閥做飯時(shí)，煤氣就乖乖地待在罐里什么活也干不了，這時(shí)就是無功；做飯時(shí)它就以火焰的方式做功了。又比如吃飯用的筷子，真正夾菜（做功）只有頭上一小段，而后面的一大段和菜沒關(guān)系，也就是不做功…
從上面的例子可以看出有功和無功是共存的，沒有無功也就沒有有功。電網(wǎng)也是這樣，當(dāng)電網(wǎng)不接入用電設(shè)備時(shí)，它是不做功的，但沒有電網(wǎng)則用電設(shè)備就沒有電用。這就是有功功率和無功功率的關(guān)系。這一切都說明無功功率雖然沒做功但它有用，沒有無功功率的支持也就沒有有功功率。
包括UPS在內(nèi)的電源為了適應(yīng)那個(gè)時(shí)代的負(fù)載特性，就有意識(shí)地產(chǎn)生一些無功功率。比如早期進(jìn)口的UPS，它的負(fù)載功率因數(shù)都是‘-0.8’，這就是那是的時(shí)代特點(diǎn)。即100kVA可以輸出80kW的有功功率和60kvar的無功功率。這個(gè)功率因數(shù)帶現(xiàn)在在不少UPS中還在使用。這種情況可以用圖6的UPS與負(fù)載連接原理圖來說明。以往的電子負(fù)載幾乎都是電
圖6 一般的UPS與負(fù)載的連接原理圖
感性的多。原因是電子設(shè)備內(nèi)電源輸入電路都是整流濾波電路結(jié)構(gòu)，這在筆者有關(guān)書籍的章節(jié)中都有介紹，這種電路呈電感性，如圖6所示的L分量。這個(gè)分量的存在就產(chǎn)生了無功
圖7 整流濾波形成的無功功率過程
功率，如圖7所示。無功功率是如何產(chǎn)生的呢？圖7（c）所示是圖7（b）電路的整流波形，整流后的波形必須經(jīng)過電容器C濾波成直流才可以是電路正常工作。但濾波卻改變了蒸餾電流的波形：從正弦的電流輸入波形變成了脈沖波形。比如輸入為220V，一般整流電壓為300V，而有效值為220V的峰值電壓才311V，就是說整流電壓在300V以下時(shí)是沒有輸入電流的 經(jīng)過計(jì)算看出，能夠有輸入電流的空間只占半波寬度的1/5。這樣一來，在這么小的寬度上輸入的電流總能量要和半波全額輸入時(shí)的相等，可見此時(shí)的電流要非常大。比如在半波中的直流電流為10A′10mS=100AmS，換成這時(shí)的電流脈沖就是：
這在正弦電壓峰值處50A電流與傳輸線電阻形成的壓降就是該電壓峰值波形出現(xiàn)了凹陷，這就是波形失真，經(jīng)傅里葉函數(shù)分析就得出了多個(gè)高次諧波。由高次波產(chǎn)生的功率就是無功功率。電子負(fù)載的無功功率就是這樣形成的。無功功率的出現(xiàn)大大降低了對(duì)電源輸出的利用率，比如UPS逆變器就必須承擔(dān)負(fù)載的有功功率和無功功率。要知道逆變器實(shí)際上就是一個(gè)電流通道，無論是有功電流還是無功電流都會(huì)同樣從逆變器功率管中給出，逆變器在這一點(diǎn)上對(duì)二者是同等對(duì)待的。這樣一來不但需要逆變器功率管加大，而且由于無功電流經(jīng)過功率管時(shí)也會(huì)產(chǎn)生功耗，從而導(dǎo)致溫度上升，縮短了功率管的服務(wù)壽命。因此設(shè)計(jì)者在逆變器輸出端并聯(lián)了一只電容器，用它的容性無功功率去抵消負(fù)載的感性無功功率。這樣一來，逆變器只需按照負(fù)載的有功功率選擇功率管就可以了。這就是無功功率的作用。
（7）認(rèn)為以往的計(jì)算機(jī)是容性負(fù)載
這種誤解來源于對(duì)電路基本知識(shí)的匱乏。持此觀點(diǎn)的人認(rèn)為既然電容是容性負(fù)載，那么計(jì)算機(jī)電源的輸入整流器后面有一個(gè)大容量的電容器，當(dāng)然也是電容性負(fù)載。如圖8所示就
圖8 整流濾波負(fù)載的結(jié)構(gòu)性質(zhì)
是計(jì)算機(jī)電源原理方框圖。如圖7所述，這種電源由于濾波電容器的存在，使得輸入電壓（也是UPS的輸出電壓）出現(xiàn)了失真現(xiàn)象。換言之，整流濾波電路是使輸入電壓正弦波產(chǎn)生是真的罪魁禍?zhǔn)住６挥懈行载?fù)載才會(huì)使輸入波形產(chǎn)生失真。因?yàn)槿菪载?fù)載是不會(huì)破壞輸入波形的。
（8）認(rèn)為UPS是帶容性負(fù)載的，帶感性負(fù)載是它的特點(diǎn)
這種誤解來源于認(rèn)為計(jì)算機(jī)是容性負(fù)載。而UPS又是與計(jì)算機(jī)配套的，于是就認(rèn)為UPS一般不能帶電感性負(fù)載。而且在好多UPS制造商的產(chǎn)品說明書中也都有一條：該UPS的特點(diǎn)是也可以帶電感性負(fù)載。再加之生產(chǎn)廠家的和銷售商的上門培訓(xùn)，使這種概念進(jìn)一步扎根在基層。既然廠家都這么說，用戶當(dāng)然也就人云也云了，進(jìn)而又使一些不了解UPS電路結(jié)構(gòu)的人受到了傳染，甚至使一些專家也動(dòng)腦子地跟著宣傳。
實(shí)際上，UPS一般都是為感性負(fù)載設(shè)計(jì)的。在上世紀(jì)早期的UPS幾乎都是進(jìn)口的，其中的功率因數(shù)均為-0.8。就是說如果不是故意做出的設(shè)備，市場(chǎng)上幾乎所有的設(shè)備都是感性的。UPS制造商不可能為市場(chǎng)找不到的設(shè)備生產(chǎn)電源產(chǎn)品。既然如此，說明UPS設(shè)計(jì)者是有意識(shí)地為電感負(fù)載設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。那為什么又說一般可以帶感性負(fù)載呢？原因是在早期進(jìn)口UPS產(chǎn)品時(shí)，其代理商一般是不懂技術(shù)的，即使有的工程師來擔(dān)任技術(shù)工作，但也沒好好地去研究各種指標(biāo)的含義，就根據(jù)自己的理解去寫中文說明書。各家有各家的理解，結(jié)果各種誤解就都出來了，甚至幾十年下來，時(shí)至今日才會(huì)有這么多的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。
在這種概念的誤導(dǎo)下，好多廠家就不敢用UPS去帶空調(diào)和電梯之類的電感性很典型的負(fù)載了。即使去帶這些設(shè)備，也由于認(rèn)為起動(dòng)電流是7~10倍額定值，也會(huì)把UPS的容量加大到數(shù)倍負(fù)載的功率。用戶也因?yàn)槭褂寐侍途炊h(yuǎn)之。筆者也曾帶了空調(diào)和電梯，容量也沒有人們所擔(dān)憂的那么嚴(yán)重。因?yàn)槿魏蜺PS都有過載到125%10min和150% 30S~1min的過載能力。而這些空調(diào)或電梯7~10倍的起動(dòng)電流一般不會(huì)超過10mS。圖9表示的是100kVA
圖9 100kVA變壓器勵(lì)磁過程
變壓器勵(lì)磁過程，整個(gè)勵(lì)磁過程也就是100mS，而第一個(gè)脈沖峰值最高，也不足10mS。當(dāng)然，電梯和空調(diào)機(jī)不是變壓器而是伺服電機(jī)和壓縮機(jī)，但勵(lì)磁過程是一樣的，只是勵(lì)磁后的起動(dòng)電流要大一些，持續(xù)期長(zhǎng)一些。但比起第一個(gè)勵(lì)磁電流脈沖要小得多，已是逆變器可以承受的了。從UPS的過載能力上看，即使是過載50%30S，那么根據(jù)簡(jiǎn)單地估算，過載500%就是3S，過載1000%就是1.5S…這1.5S就是1500mS，對(duì)于100mS而言是何等富裕。由此推論，UPS帶這樣的負(fù)載應(yīng)該沒問題。另一方面對(duì)一般UPS逆變器而言在10mS內(nèi)給出這么大的電流是不可能的，是來不及調(diào)整的。這個(gè)脈沖只有靠逆變器后面的并聯(lián)電容器來提供，第一個(gè)超大電流脈沖過去后，逆變器就可以來得及調(diào)整了。筆者就是根據(jù)這個(gè)原理用UPS帶了電梯和空調(diào)機(jī)。UPS的容量為1.5~2.0倍負(fù)載額定值也就夠了。在某省公安廳就首先帶了電梯，在某海關(guān)就也首先帶了空調(diào)機(jī)。
（9） 認(rèn)為容性負(fù)載是非線性的
這個(gè)誤區(qū)來自不了解什么是線性負(fù)載和什么是非線性負(fù)載。圖10示出了線性負(fù)載的特點(diǎn)。其特點(diǎn)一是：線性負(fù)載上的電流電壓成正比，這個(gè)比值就是電阻R；式（14）表示出了
（a）線性負(fù)載上電流和電壓的關(guān)系 （b）線性負(fù)載上輸入和輸出波形的關(guān)系
圖10 線性負(fù)載的特點(diǎn)
這種情況；其二，線性負(fù)載上的輸入輸出波形不失真，如圖10（b）所示的線性負(fù)載上輸入和輸出波形的關(guān)系。
圖11示出了電容性負(fù)載及其電容上電流與電壓的關(guān)系。從圖11（b）可以看出，電容的容抗也是一條直線。因?yàn)殡娙莸娜菘筙C也是一個(gè)固定不變的值，如式（15）所示。
（a）容性負(fù)載 （b）電容的容抗與電流電壓的關(guān)系
圖11 電容性負(fù)載及其電容上的電流電壓關(guān)系
式中：p =3.1416 ，f是電源頻率（50Hz），C是所選的電容量，計(jì)量單位是法拉（F）。由于這些參數(shù)都是固定不變的值，所以容抗也是一個(gè)不變的值，完全符合線性負(fù)載的特征。既然純電容是線性負(fù)載，那么電容和電阻組合成的容性負(fù)載也是線性負(fù)載。但并不排除它仍然是慣性負(fù)載。
（10）認(rèn)為UPS輸出端的零地電壓干擾負(fù)載
這個(gè)誤區(qū)大多數(shù)來源于傳說；其主要還是電路知識(shí)匱乏，不知道零地電壓是什么。加之有的IT設(shè)備公司提出了1V零地電壓的限制，并且裝機(jī)后向用戶提出：如果零地電壓大于1V就不給開機(jī)。這樣一來，用戶就對(duì)零地電壓產(chǎn)生了恐懼感。再加上有的用戶偶然遇上一次系統(tǒng)工作不正常，一測(cè)量零地電壓大于1V，就認(rèn)為是‘證實(shí)’了這個(gè)說法。很有意思的一個(gè)故事，大約是2013年某科研機(jī)構(gòu)組織去歐洲考察數(shù)據(jù)中心，在考察中有一段對(duì)話很有意思：一位研究員問歐洲一數(shù)據(jù)中心人員：“你們對(duì)零地電壓是如何考慮的？”對(duì)方詫異地回答：“零地電壓！什么意思？你們還有這個(gè)問題？”。就好像該研究員提了一個(gè)外行問題。該回答說明歐洲的數(shù)據(jù)中心根本就沒考慮零地電壓?jiǎn)栴}。難道說不考慮零地電壓就沒有零地電壓‘超限’的問題嗎？難道歐洲數(shù)據(jù)中心的設(shè)備就沒有IBM、康柏、DELL、SUN等等這些公司的設(shè)備嗎？為什么在我國(guó)零地電壓就會(huì)‘干擾’這些設(shè)備而在歐洲就不‘干擾’呢？到底是不是干擾呢？某電信運(yùn)營(yíng)商電磁防護(hù)支持中心與著名電信設(shè)備制造商用了三個(gè)月的
時(shí)間對(duì)湖南和江西兩省的122個(gè)局站就零地電壓?jiǎn)栴}作了專門的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1~表3所示。因?yàn)樵陔娦畔到y(tǒng)的IT類在網(wǎng)設(shè)備零地電壓存在的范圍較寬，涉及到的服務(wù)器廠家和型號(hào)也較多，如表2所列，傳言零地電壓干擾負(fù)載，在電信系統(tǒng)中如果不把這個(gè)問題搞清楚，將會(huì)造成一連串的損失。于是就專門針對(duì)這個(gè)問題做了實(shí)驗(yàn)。在歷時(shí)三月的實(shí)驗(yàn)的122個(gè)局站中大多數(shù)服務(wù)器工作都正常，只有一個(gè)局的一臺(tái)HP服務(wù)器出現(xiàn)了重啟故障，而故障時(shí)的零地電壓為21V。為了查明原因又重新將零地電壓加到21V，這臺(tái)服務(wù)器工作仍正常，說明那一次故障不是零地電壓所謂，而是一次隨機(jī)原因。
從上面的測(cè)試結(jié)果來看，又進(jìn)一步證明了零地電壓不干擾負(fù)載的事實(shí)。因此中國(guó)電信對(duì)零地電壓?jiǎn)栴}的限制就不那么嚴(yán)格了。
三、典型故障的理論分析
1、配電柜斷路器越級(jí)跳閘
圖12 配電柜原理方框圖
2、UPS保養(yǎng)中的起火與爆炸
（a） 一般高頻機(jī)UPS主電路原理圖
（b） 一般高頻機(jī)UPS主電路結(jié)構(gòu)原理圖
圖13 一般高頻機(jī)UPS主電路
3、一個(gè)電源故障導(dǎo)致的多個(gè)斷路器跳閘
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專注于數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維管理，分享運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，分享數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及新技術(shù)應(yīng)用。
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