數(shù)據(jù)中心大火波及360萬網(wǎng)站，UPS安全性可靠性亟需關(guān)注

　　2020年，數(shù)據(jù)中國新建設(shè)被中央正式列入新基建戰(zhàn)略。

　　新基建浪潮的推動加之疫情下數(shù)字經(jīng)濟的高速發(fā)展催生對數(shù)據(jù)中心的新需求，作為新基建的基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)中心迎來更大的發(fā)展機遇。各地紛紛部署數(shù)據(jù)中心建設(shè)，各互聯(lián)網(wǎng)巨頭也競相布局。

　　以5G、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)、新應(yīng)用為代表的新基建，在推進疫情防控和疫情后經(jīng)濟復蘇上發(fā)揮了巨大作用，成為適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展趨勢、推進社會穩(wěn)定發(fā)展的重要引擎。

　　數(shù)據(jù)是貫穿新基建的生命線，數(shù)據(jù)中心是新基建有序運行的基礎(chǔ)保障，被視為“新基建的基礎(chǔ)設(shè)施”、經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的“數(shù)字底座”。

　　相關(guān)單位預測，2025年全球數(shù)據(jù)流量將會從2016年的16ZB上升至163ZB，帶動數(shù)據(jù)中心總體建設(shè)規(guī)模的持續(xù)高速增長。

　　隨著"新基建"浪潮的不斷推進,各行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成必然趨勢.在此背景下,作為承載數(shù)據(jù)和計算的數(shù)據(jù)中心面臨能耗高,可靠性和安全性以及運維復雜等巨大挑戰(zhàn),亟待變革.

　　2021年3月10日，歐洲云計算巨頭OVH其位于法國斯特拉斯堡的機房發(fā)生嚴重火災(zāi)。在OVH在全球擁有27個數(shù)據(jù)中心，其中15個位于歐洲。

　　OVH迅速的做出了整個事件的應(yīng)對計劃，但火災(zāi)造成的損失已經(jīng)難以避免，其托管的許多網(wǎng)站中的數(shù)據(jù)或永久丟失，包括巴黎議室中心額圖書館等多家公司的數(shù)據(jù)恐難以恢復；

　　圖片1現(xiàn)場圖片

　　至于火災(zāi)原因，目前還沒有正式公布，但多種事實指向了UPS設(shè)備導致的一系列故障；

　　3月12日，OVH cloud創(chuàng)始人Octave Klaba在Twitter上發(fā)布了一個8分鐘的視頻，視頻中稱當消防員到達時，熱像儀檢測到SBG2數(shù)據(jù)中心的UPS7號和UPS8號正在燃燒；他還提到，在火災(zāi)發(fā)生的前一天，供應(yīng)商對UPS7號進行了維護，Klaba稱供應(yīng)商在UPS7號內(nèi)部更換了某些部件，并在下午重新啟動。

　　圖片2現(xiàn)場圖片

　　此次火災(zāi)不禁讓人回想起倫敦最大數(shù)據(jù)中心的故障，2020年9月，倫敦最大數(shù)據(jù)中心發(fā)生故障，該事件是由UPS系統(tǒng)故障引起，并在隨后火災(zāi)警報，該警報關(guān)閉了Equinix的LD8數(shù)據(jù)中心，同時還還影響了其它客戶的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。據(jù)了解，該數(shù)據(jù)中心在2016年7月20日上午曾由于UPS電源系統(tǒng)故障，導致連接其數(shù)據(jù)中心的英國各地的互聯(lián)網(wǎng)中斷，整個倫敦有10%的使用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的客戶由于電源故障而受到影響。

　　雖然目前OVH并沒有最終公布此次起火的原因是由于UPS引起，但由于UPS在數(shù)據(jù)中心的獨特的地位使得它成為歷次數(shù)據(jù)中心重大事故起因重點嫌疑對象。

　　在當今現(xiàn)代社會的各個行業(yè)的競爭日趨激烈的形勢下，雖然數(shù)據(jù)中心客戶追求高性價比、高投入產(chǎn)出比無可厚非，但是人們看重效益的同時往往忽略或淡化了UPS最為重要的設(shè)計特性，即高可靠性和高安全性，這為數(shù)據(jù)中心生產(chǎn)帶來了非常可怕的潛在隱患，它的后果是慘痛的、代價是高昂的。

　　Eaton作為業(yè)界領(lǐng)先的UPS設(shè)計制造商，UPS的安全性，可靠性是我們一貫的堅持和承諾；

　　Eaton與全球重要數(shù)據(jù)中心都有保持長期的合作關(guān)系，此次發(fā)生故障的歐洲云計算巨頭OVH和倫敦最大數(shù)據(jù)中心都有使用Eaton 9395系列和93PM系列UPS，在此次事件中正常運行，保持一貫的長期的安全可靠的穩(wěn)定的運行。

　　不可否認，UPS的特殊結(jié)構(gòu)和工作原理也使得它成為數(shù)據(jù)中心火災(zāi)發(fā)生的一個重要因素之一。這些重大的災(zāi)難性事故為我們再次敲響了警鐘，高可靠性、高安全性是UPS設(shè)備本身存在的一個最為基本的要素，是不能被忽視的。

　　從UPS工作原理看，UPS引起的起火及斷電事件中，多數(shù)原因是由于UPS自身設(shè)計標準，絕緣距離，關(guān)鍵器件的可靠性，散熱系統(tǒng)，UPS電氣結(jié)構(gòu)及UPS廠家技術(shù)設(shè)計能力等引起；

　　我們以Eaton UPS設(shè)計為例，從以上幾個方面一一細述如何實現(xiàn)UPS的可靠性和安全性：

　　Eaton UPS安全性，可靠性設(shè)計：

　　1.設(shè)計標準和原則

　　Eaton作為UPS設(shè)計制造全球領(lǐng)先的公司，UPS設(shè)計需要滿足中美歐等全球市場對于安全和可靠性的要求，Eaton 9395和93P等系列UPS在全球市場同步銷售，需要同時滿足400V系統(tǒng)和480V系統(tǒng)安全和可靠性設(shè)計要求，所以在絕緣間距和線纜選擇上是以最嚴苛的標準來設(shè)計。

　　Eaton一直秉承嚴格要求，堅持全球化高標準的設(shè)計，為全球數(shù)據(jù)中心等行業(yè)提供安全可靠的UPS產(chǎn)品，提供可靠的電能質(zhì)量的保證，助力行業(yè)發(fā)展。

　　2.高可靠性元器件使用

　　UPS內(nèi)部產(chǎn)生積熱在所難免，長期運行下，對內(nèi)部器件產(chǎn)生影響也在所難免，所以UPS內(nèi)部器件的選擇就顯得極為重要；特別是與UPS安全性和可靠性相關(guān)的關(guān)鍵性器件的選擇，需要從設(shè)計，材料和廠家資質(zhì)等方面嚴格篩選。

　　Eaton 100kW以上機型均采用國際知名廠商IGBT模塊設(shè)計，相比分立元件有以下優(yōu)點:

　　√抗沖擊能力強，

　　√不存在內(nèi)部單管并聯(lián)均流問題

　　√溫度均勻，散熱好

　　同時對于對溫度特別敏感，同時與UPS安全性，可靠性設(shè)計息息相關(guān)的濾波電容器件，Eaton UPS全部導入油浸式電容，替代薄膜電容，杜絕因為材料缺陷而引起的電容冒煙，起火等嚴重事件的發(fā)生。

　　油浸式電容相比薄膜電容有如下優(yōu)點:

　　√油浸式電容，高電壓，高電流，高頻率

　　√高可靠性，IEC61071/UL810認證-通過嚴酷雙85C 2000小時測試(85℃/85%RH）

　　√“內(nèi)置安全分斷設(shè)計”，在電容容值異常時自動斷開,失效安全，沒有冒煙或起火風險

　　√長壽命，額定負載10年以上

　　3.高可靠性油浸式電容，及其防護裝置和預防性告警

　　高可靠性器件的選擇，保證了UPS能夠在正常情況下的穩(wěn)定運行，但現(xiàn)場存在各種難以預見的極端條件，Eaton UPS增加了電容的防護裝置和預防性失效預警電容偵測，進一步提升關(guān)鍵部件的壽命，降低UPS故障發(fā)生的可能性，保證對負載設(shè)備的可靠保護；

　　4.智能風冷調(diào)速系統(tǒng)，長壽命設(shè)計

　　UPS內(nèi)部產(chǎn)生的熱量長時間積累下會對內(nèi)部元器件產(chǎn)生不可逆的影響；

　　智能風冷調(diào)速系統(tǒng)可以快速排出UPS內(nèi)部產(chǎn)生熱量，減少積熱，減少對熱敏感元器件的影響，進一步提升UPS系統(tǒng)的可靠性和壽命:

　　√關(guān)鍵元器件電容更換周期10年 40C

　　√優(yōu)化風道設(shè)計

　　電解電容位于進風口,低溫度環(huán)境和長壽命；

　　只有散熱器和電感通過熱風，其余器件(電容和溫度敏感器件）處于低溫風道。

　　Eaton模塊化UPS系列智能風冷調(diào)速系統(tǒng)：

　　Eaton可擴展模塊化系列UPS智能風冷調(diào)速系統(tǒng)：

　　√前進風、上出風

　　√避免將機房地板下的灰塵抽入UPS機內(nèi)

　　√尤其在工業(yè)環(huán)境中，可有效避免灰塵沿冷卻通道進入UPS內(nèi)部的電路板、造成短路

　　√獨特的系統(tǒng)設(shè)計，熱量較大的功率模塊在頂部，功率模塊的熱量不會影響內(nèi)部其它器件和線纜，避免功率模塊故障引起更多損壞；

　　5.冗余設(shè)計

　　高可靠器件的選擇，智能風冷調(diào)速系統(tǒng)等從器件和結(jié)構(gòu)方面保證了UPS的安全可靠性，但作為系統(tǒng)散熱的核心部件風扇及其供電的可靠性很大程度上影響了UPS的安全性和可靠性；UPS運行產(chǎn)生損耗，損耗所產(chǎn)生的熱量需要風扇持續(xù)快速的強制排出，

　　Eaton可擴展模塊化系列UPS，功率模塊，電源板及其取電方式均采用冗余設(shè)計，內(nèi)部模塊化架構(gòu)支持電源模塊N+X冗余，減少斷電風險；

　　冷卻風扇及風扇電源的冗余設(shè)計：

　　√風扇是UPS的關(guān)鍵易損部件，風扇的損壞會導致UPS內(nèi)部工作溫度飆升至保護性宕機，嚴重情況下會引起明火；

　　√冗余、在線可更換、潛在故障報警等功能可以有效降低或避免此類故障的發(fā)生

　　6.故障緊急轉(zhuǎn)旁路設(shè)計

　　以上的設(shè)計及選型，最大程度上保證了UPS的安全性和可靠性，但UPS為數(shù)據(jù)中心提供可靠穩(wěn)定的供電保障，當UPS產(chǎn)生故障時，UPS供電需要緊急轉(zhuǎn)至旁路，為系統(tǒng)提供最后一道保護屏障，保證系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運行，不至于因UPS設(shè)備硬件故障而造成用戶系統(tǒng)宕機、重要數(shù)據(jù)丟失等無法挽回的重大損失。

　　所以UPS故障緊急轉(zhuǎn)旁路的設(shè)計及表現(xiàn)同樣極為重要。

　　以下對比了Eaton UPS和友商某EXL系列UPS緊急轉(zhuǎn)旁路轉(zhuǎn)換時間：

　　7.損耗密度

　　電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢是高功率密度，但盲目的追求高功率密度是以犧牲散熱面積和絕緣間距為代價的，所以UPS的設(shè)計和選型中，不能盲目的追求高功率密度和低占地面積，安全性和可靠性因該為首要考慮因素。

　　為更好的闡述和理解UPS安全性和可靠性，我們首先提出一個熱損耗密度的概念。

　　為了更好的表征UPS損耗對UPS散熱能力等影響，Eaton提出了損耗密度的概念，即單位體積內(nèi)所產(chǎn)生或承受的損耗功率；與功率密度不同的是，功率密度表征單位體積能傳輸?shù)哪芰浚�而損耗密度表征的是單位體積消耗掉的能量；

　　損耗密度可以從安全性和可靠性方面為大家在選型UPS的時候提供另一個角度，同時這也是很多UPS起火的秘密所在—盲目的高功率密度產(chǎn)生高損耗密度，高損耗密度導致積熱嚴重，使得在某些特殊情況下導致UPS損壞，掉載，甚至起火。

　　我們選取同行業(yè)600k UPS為例作為選型對比，數(shù)據(jù)均來自官網(wǎng)：

　　Table 1損耗密度

　　從以上數(shù)據(jù)可以看出，Eaton UPS損耗密度是最小的，在同樣都是風冷散熱的條件下，損耗密度越小，由損耗產(chǎn)生的積熱而產(chǎn)生的安全性和可靠性的隱患越小。

　　Eaton Power Xpert 9395系列可擴展模塊化系列UPS積累了伊頓50年UPS開發(fā)設(shè)計和先進制造經(jīng)驗，當前全球裝機容量超過10GVA為全球第一大型UPS品牌，其安全性和可靠性在以下多個行業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用和驗證:

　　·大型數(shù)據(jù)中心

　　·大型基礎(chǔ)設(shè)施項目

　　·金融及銀行業(yè)

　　·各種大中型工業(yè)領(lǐng)域

　　·醫(yī)療保健行業(yè)

　　·自動控制領(lǐng)域

　　·電信通訊行業(yè)

　　伊頓產(chǎn)品采用全球化的質(zhì)量管理體系，嚴格管理設(shè)計，材料，組裝等關(guān)鍵環(huán)節(jié)和工藝，具備高穩(wěn)定性，高可靠性的供電系統(tǒng)。

　　同時伊頓具備優(yōu)秀的UPS運維服務(wù)能力，能最大化減少故障發(fā)生，縮短故障處理及設(shè)備更換的時長，降低對數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的影響，并能有效控制機房的運維成本。

　　目前，在國家政策和巨大需求的推動下，我國數(shù)據(jù)中心掀起了新一輪的建設(shè)高潮。數(shù)據(jù)中心投資連續(xù)多年保持高速增長，數(shù)據(jù)中心規(guī)模逐漸擴大。在數(shù)據(jù)中心增長過程中，數(shù)據(jù)中心的安全問題，能耗問題逐步凸顯。數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，直接影響數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備的穩(wěn)定運行，決定著數(shù)據(jù)中心的安全和服務(wù)能力。UPS作為數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的核心，發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

　　從功率段結(jié)構(gòu)來看，近年來中國UPS市場功率段進一步向大功率遷移，100kVA以上的產(chǎn)品占比進一步擴大，200kVA以上的產(chǎn)品繼續(xù)保持迅猛的增長勢頭。

　　在保證安全性和可靠性的前提下，大功率UPS設(shè)計的復雜度和難度不可同日而語。

　　同時數(shù)據(jù)中心設(shè)備眾多功率大耗電量大；機房線纜多，布線復雜，電氣火災(zāi)串火快，危害極大；要從根本上避免起火事件，需要從源頭上杜絕此類事件發(fā)生，提高對UPS的安全性，可靠性等方面的認識就顯得極為重要，對機房設(shè)施安全的重要性需要給予足夠的重視。特別是當前UPS市場上大功率的UPS品牌和型號眾多，功能特點不盡相同，這為客戶的UPS選型帶來一定的困擾，但無論選擇功能特點、性能參數(shù)的UPS，可靠性和安全性的設(shè)計一定是需要首先考慮的因素，不能妥協(xié)。

　　伊頓UPS堅持一貫的安全性和可靠性設(shè)計，從多層次，多方面的安全性和可靠性研究和設(shè)計，杜絕UPS自身安全性和可靠性隱患而產(chǎn)生的對數(shù)據(jù)中心等行業(yè)領(lǐng)域穩(wěn)定運行的影響，助力中國UPS行業(yè)成長，助力中國新基建建設(shè)。