数据中心UPS系统故障启示录

本文通过一个供电系统故障的例子说明机器质量、价格与可靠性的关系，由此对一些用户的糊涂概念进行了剖析，并指出走出误区的途径。

一、概念的误区

人们总是在有些事情上明白，在另一些事情上又犯糊涂。比如穿衣服，谁都知道毛料衣服比化纤质量好，有机食品比一般食品好，真丝领带比尼龙领带好…但在另一些事情上就糊涂起来，现举一个例子。

有的认为工频机UPS就是可靠，而且不管什么牌子都一样，既然一样那就是越便宜越好。这在电源的购买问题上表现得***，结果买了便宜货后起火的、冒烟的不在少数。这里边就有个质量问题，比如同样是工频机结构200kVA的UPS，有的重量是1600kg，而有的还不到1000kg，相差的这近600kg是由内容的：为了提高可靠性，加了很多冗余环节，所以在应用中前乎不出故障，而后者就没有这些冗余环节;又比如模块化UPS，有的平均重量在2kg/kVA以上，而有的就还不到1kg/kVA，同样是10kVA的容量，但带载的能力就不一样了。在竞争激烈的今天谁不想用降低成本来提高竞争能力!但要有个度，若离得太远就令人深思了。

二、一起故障的启示

某数据中心由于容量较大采用了4台大容量工频机UPS构成3+1供电系统，如图1所示。

图1 4+1供电系统

一般来说这样的供电系统如果设备选好的话可靠性会非常高。即使价格便宜一些的设备，以来说故障率也还可以，但把握性不如前者高，这就要看运气了。但问题还是出现了，而且这次故障还是很少见的。

1.故障状况

在3+1冗余并联系统中UPS2逆变器功率管爆炸，并由此而导致输出开关断路器1，2，3跳闸;旁路1，旁路2和旁路3启动，如图2所示。这样一来就导致负载全面断电。

图2 UPS2逆变器故障导致几路开关动作，负载断电

2.故障状态分析

为什么UPS2的逆变器爆炸会引起整个机房断电呢?一般来说，凡是功率管爆炸都是由过高的温度引起，过高的温度来自过大的功率损耗，过大的功率损耗来自过大的电流。其典型的过流莫过于短路，逆变器功率管爆炸一定是发生了短路。如图3(a)所示，假如由于VT2的质量问题而击穿，即使是由于耐压不够而导致的电压击穿，对功率管而言由于其结构的原因也会造成PN结首先烧熔短路，这就形成了电流的直接通路，如图中短粗黑线所示，这样一来变压器B2初级的上端就直接连到了直流电源的正极，原来当VT2和VT3截止时，整个直流电压由这两支管子分担，各分担二分之一。但现在由于VT2的穿通，整个直流电压就全部加到了VT3上，此高压一举将该管击穿。这样一来，输出变压器B2的初级就将直流电压短接，形成短路负载。或者即使VT3当时不能击穿，在VT4导通时也会击穿，即使一次不会击穿，连续几次也给击穿了，总之变压器初级的短路就肯定形成了。