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提高广电行业机房供电系统的可靠性方案

近几年来,广电行业基础设施以及环境建设都取得了很大的成绩,但是从专业的角度来讲,还是有很多可以优化和改善的地方。广电行业新的技术模式和业务模式对一切业务和应用的基础——电源系统建设提出了更多要求和新的挑战。

IDC或MDC以及民航空管部门等重要负载对供电系统的要求需要达到“6个9”,即99.9999%,这些重要用户一年内所能承受的停电时间不能大于31.8s(见表1),即每天的停电不得多于0.09s,否则将给这些重要负载带来不可估量的损失,而广播系统的要求更高。为此,需要分析供电系统不同方案的优缺点,采用适合用户使用的最佳方案,除了确保高可用性外,还使系统在线扩容成为可能,并可以升级。
 

对于供电系统的建设,一般情况下可分为7个子系统来建设:即高压配电系统、发电机系统、低压切换系统、不间断电源系统、低压配电系统、机房防雷和接地系统以及监控系统等。这些子系统既相互独立,又相互关联。需要根据系统整体的要求来进行统一设计。

1   系统可靠性的基本知识

系统可用性A(t)的定义为:电子系统在使用过程中(尤其在不间断连续使用的条件下),可以正常使用的时间与总时间之比。系统可用性可用平均无故障时间MTBF(是设备失效率λ的倒数)和平均维修时间MTTR表示,即:
          

由式(1)可以看出,要提高系统的可用性,最根本的两项措施是提高设备的可靠性和降低系统故障修复时间。

要提高设备的可靠性,通常的做法是:采用先进的主电路结构和控制技术,对整机做专门的可靠性设计,包括控制电路的可靠性设计、功率电路和功率器件的可靠性设计、提高功率器件的规格和档次并降容使用、热可靠性设计、耐环境可靠性设计、电磁兼容可靠性设计、安全性可靠性设计、严格生产工艺、加强质量管理等。

根据数学家Erich Pieruschka对串联系统的分析得出了有关产品可靠度的Lusser定律,其表述形式是

也就是说,一个串联系统的可靠度即是该系统所连接的子系统的可靠度之乘积。因此,系统的可靠度要远远低于其中任何子系统的可靠度。

但是,组成UPS主机的上千个元器件和几千个接点,在可靠性模型图上是串联的,整个系统的可用性是这些器件和接点可靠度的乘积,所以以上措施对提高设备的可靠性虽然是有效的,但效果是有限的。

另外,整个供电系统除了UPS以外,还有高压配电系统、低压切换系统、柴油发电机系统、低压配电系统等,它们也是串联的系统。

基于以上分析,供电系统的架构从UPS单机系统发展到UPS冗余并机系统,一直到最新的双总线双电源系统。

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