艾默生模塊化數(shù)據(jù)中心助力石化行業(yè)向綠色I(xiàn)T進(jìn)軍

隨著信息化和工業(yè)化的深度融合以及物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新技術(shù)的普及，我國(guó)石油石化行業(yè)信息化發(fā)展也開始進(jìn)入智能化階段，以智能網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用增強(qiáng)企業(yè)的反應(yīng)能力和管理水平，降本增效，從而為業(yè)務(wù)的發(fā)展提供有力支撐。未來的石化企業(yè)將以集中集成、智能運(yùn)用為原則，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等信息技術(shù)，以生產(chǎn)運(yùn)行智能化，資產(chǎn)管理智能化和企業(yè)管理信息化為切入點(diǎn)，展開綠色數(shù)據(jù)中心和智能工廠建設(shè)，實(shí)現(xiàn)資源“高利用，低排放，減量化，低污染”，進(jìn)一步構(gòu)建資源節(jié)約、環(huán)境友好的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，增強(qiáng)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力。

在石化行業(yè)向綠色I(xiàn)T進(jìn)軍的征途上，綠色數(shù)據(jù)中心處于核心地位。眾所周知，石化行業(yè)上中下游產(chǎn)業(yè)鏈很長(zhǎng)，涵蓋行業(yè)廣闊，其信息系統(tǒng)的分布也很廣泛，涉及上游勘探開采、中游的加工和運(yùn)輸、下游的產(chǎn)品配送和銷售等等不同系統(tǒng)的應(yīng)用，這些應(yīng)用非常關(guān)鍵，因此對(duì)IT 設(shè)備的穩(wěn)定性有很高的要求。同時(shí)，石化行業(yè)的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用廣泛、數(shù)據(jù)承載量大，能耗高，綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠大幅度降低能耗，而且對(duì)于數(shù)據(jù)中心的性能具有明顯的提升作用；另外，石化行業(yè)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用廣泛，但空間資源則非常珍貴而有限，能夠應(yīng)對(duì)空間帶來的挑戰(zhàn)的綠色數(shù)據(jù)中心具有突出的節(jié)地特性，因此為行業(yè)所推崇。

除此之外，石化行業(yè)的特殊性決定了其數(shù)據(jù)中心由原來的以建為主、邊建邊用，向建用結(jié)合、以用為主的方向轉(zhuǎn)變。按照傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)往往要經(jīng)歷復(fù)雜的集成、整合，不僅工程量巨大、建設(shè)周期長(zhǎng)、成本高，而且內(nèi)部構(gòu)造混亂，運(yùn)維成本高，因此在綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)過程中高靈活性、高集成性、綠色化、智能化的模塊化解決方案，依然成為應(yīng)時(shí)之需。

針對(duì)石化行業(yè)綠色數(shù)據(jù)中心綠色、高效、節(jié)能、節(jié)地的需求，作為業(yè)界主流的網(wǎng)絡(luò)能源產(chǎn)品和數(shù)據(jù)中心一體化解決方案供應(yīng)商，艾默生網(wǎng)路能源推出了SmartAisleTM這一模塊化數(shù)據(jù)中心解決方案。該方案把數(shù)據(jù)中心的核心信息設(shè)備與基礎(chǔ)設(shè)施以模塊化的方式進(jìn)行分配，各模塊按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在進(jìn)行建設(shè)的時(shí)候如同搭積木一般，不僅能夠滿足石化行業(yè)以用為主，建用結(jié)合的目的，而且整體部署快速，建設(shè)周期短，節(jié)省空間，大大降低了數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維成本。

具體而言，艾默生SmartAisleTM卓顯了模塊化數(shù)據(jù)中心的四大核心價(jià)值：高可用性、高經(jīng)濟(jì)型、高智能型、高協(xié)同性。高可用性指的是該解決方案實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品化和工程產(chǎn)品化，通過采用整體設(shè)計(jì)、整體交付的方式，避免了系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題，可用性超過99.999%；高經(jīng)濟(jì)性實(shí)際上指的就是其綠色節(jié)能節(jié)地的特性——系統(tǒng)節(jié)能高達(dá)27%，節(jié)省占地面積高達(dá)40%，從而節(jié)省了運(yùn)行成本，降低了TCO；高智能性指的是該解決方案采用模塊化設(shè)計(jì)，能夠從容面對(duì)擴(kuò)容和改造，縮短了管理需求響應(yīng)時(shí)間；高協(xié)同性指的是該解決方案由于采用了獨(dú)立產(chǎn)品、整體生產(chǎn)，因而降低是實(shí)施難度，其高效的部署也縮短了交付時(shí)間。

此方案已成功運(yùn)用于撫順石化數(shù)據(jù)中心的建設(shè)項(xiàng)目當(dāng)中，成為艾默生網(wǎng)絡(luò)能源模塊化數(shù)據(jù)中心在石化行業(yè)的典型運(yùn)用。在該數(shù)據(jù)中心建設(shè)過程中，為了體現(xiàn)撫順石化綠色高效的理念，艾默生網(wǎng)絡(luò)能源在SmartAisleTM模塊化數(shù)據(jù)中心解決方案中搭載了具有高智能性的Liebert.CRV列間柔性制冷精密空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用icom群控技術(shù)，可以持續(xù)監(jiān)控機(jī)架熱負(fù)荷，并根據(jù)最佳節(jié)能效果來調(diào)節(jié)Liebert.CRV。同時(shí)，Liebert.CRV應(yīng)用在SmartAisleTM能效管理平臺(tái)中時(shí)，和CoolFlex配合使用，采用冷通道封閉的方式，可大大減少制冷設(shè)備的總?cè)萘浚瑴p少了投資，不僅可以大幅增加制冷能效，還可以使制冷系統(tǒng)更加節(jié)能，有效的降低PUE指數(shù)，充分體現(xiàn)綠色節(jié)能的理念。

值得一提的是在這套解決方案里還融合了RDU-M監(jiān)控單元，該管理器模塊化、可擴(kuò)展性的設(shè)計(jì)，完全滿足客戶即插即用的需求。不僅如此，RDU-M還可以同時(shí)管理多個(gè)監(jiān)控子系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備中的配電、UPS及制冷系統(tǒng)等智能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行集中的監(jiān)控管理，幫助客戶實(shí)時(shí)評(píng)估機(jī)房的能耗情況，計(jì)算機(jī)房的PUE值，能有效實(shí)時(shí)的掌握機(jī)房的環(huán)境參數(shù)，做到防患于未然，提升了機(jī)房的整體運(yùn)作效率。

現(xiàn)今，日新月異的信息技術(shù)正在對(duì)石油石化行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，近年來國(guó)家與各級(jí)政府對(duì)于信息化的高度重視，也為石油石化行業(yè)的IT投資增長(zhǎng)提供了有利支撐。作為在網(wǎng)絡(luò)能源領(lǐng)域擁有深厚經(jīng)驗(yàn)、強(qiáng)大實(shí)力的專家和領(lǐng)導(dǎo)者，艾默生網(wǎng)絡(luò)能源關(guān)注石油石化行業(yè)的信息化發(fā)展和IT建設(shè)，通過提供完美的基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品以及全方位的整體解決方案，為石油石化行業(yè)信息化建設(shè)的深入開展，開拓出一條便捷的解決途徑。

                         工業(yè)UPS在地鐵的應(yīng)用研究及探索

1 行業(yè)現(xiàn)狀概述
  
  近年來城市軌道交通行業(yè)發(fā)展迅猛,國(guó)內(nèi)各大城市陸續(xù)建設(shè)城市地鐵,地鐵已經(jīng)是一些大中型城市不可缺少的交通工具。在軌道交通設(shè)備中,電源系統(tǒng)的安全可靠是保證弱電各子系統(tǒng)正常工作的先決條件。目前,在軌道交通各機(jī)電系統(tǒng)中,其主設(shè)備需采用UPS的主要有:通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)、乘客資訊顯示系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)、屏蔽門系統(tǒng)等子系統(tǒng)。地鐵中各弱電系統(tǒng)對(duì)電源的穩(wěn)定性、可靠性要求很高,斷電事故會(huì)造成地鐵停運(yùn)甚至人身危險(xiǎn),帶來不可估量的損失。機(jī)車進(jìn)出站時(shí),由于大功率非線性用電設(shè)備的運(yùn)行,向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波形畸變。在發(fā)生嚴(yán)重畸變時(shí),電網(wǎng)電壓會(huì)出現(xiàn)正負(fù)半波不對(duì)稱,三相電壓不平衡,頻率也會(huì)發(fā)生變動(dòng)。這是地鐵系統(tǒng)里UPS故障率居高不下的原因,對(duì)軌道交通行業(yè)安全可靠地運(yùn)行帶來了極大的安全隱患。究其原因是:對(duì)軌道交通行業(yè)的電氣環(huán)境認(rèn)識(shí)不足,只考慮了UPS的輸入綠色要求和輸出的過載能力,即輸入功率因數(shù)≥0.95,輸入電流諧波<5%,對(duì)電網(wǎng)沒有污染,過載能力125min,150%1min。看似對(duì)電網(wǎng)及負(fù)載兩端都有了要求。而唯獨(dú)沒有考慮到軌道交通行業(yè)里工業(yè)性的特征,即在軌道交通行業(yè)的電氣環(huán)境中,UPS本身的適應(yīng)性、可靠性,也可以說是UPS系統(tǒng)可用性不足。選擇工業(yè)UPS,提升UPS本身的適應(yīng)性和可靠性,才能保證軌道交通行業(yè)安全可靠地運(yùn)行。
  
  2 行業(yè)環(huán)境和負(fù)載特征描述
  
  (1)地鐵供電電網(wǎng)及設(shè)備使用環(huán)境情況
  
  ①地鐵供電電網(wǎng)供電方式
  
  地鐵的供電電源要求安全可靠,通常由城市電網(wǎng)供給。目前,國(guó)內(nèi)各城市對(duì)地鐵及城市軌道交通的供電一般有三種方式,即分散供電方式、集中供電方式、分散與集中相結(jié)合的混合供電方式。
  
  分散供電方式是指沿地鐵線路的城市電網(wǎng)(通常是10kV電壓等級(jí))分別向各沿線的地鐵牽引變電所和降壓變電所供電。其前提條件是城市電網(wǎng)在地鐵沿線有足夠的變電站和備用容量,并能滿足地鐵牽引供電的可靠性要求。如早期的北京地鐵采取的就是這種供電方式。
  
  集中供電方式是指城市電網(wǎng)(通常是110kV或66kV電壓等級(jí))向地鐵的專用主變電所供電,主變電所再向地鐵的牽引變電所和降壓變電所供電,地鐵自身組成完整的供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。近幾年新建的地鐵系統(tǒng)多采用集中供電方式,如上海、廣州、深圳地鐵等。
  
  ②設(shè)備使用環(huán)境
  
  ?電網(wǎng)環(huán)境差;
  
  ?地下車站溫度低、濕度大;
  
  ?以計(jì)算機(jī)類負(fù)載為主,對(duì)閃斷極其敏感,對(duì)電壓精度要求高;
  
  ?機(jī)車運(yùn)行及門禁系統(tǒng)等大功率非線性負(fù)載使用時(shí)電網(wǎng)波動(dòng)大、質(zhì)量差。
  
  (2)在機(jī)車進(jìn)出站時(shí)對(duì)供電電源的影響
  
  從圖1可看出:在機(jī)車進(jìn)出站時(shí),由于大功率非線性用電設(shè)備的運(yùn)行,向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波形畸變。根據(jù)實(shí)測(cè)觀察,在發(fā)生嚴(yán)重畸變時(shí),電網(wǎng)電壓會(huì)出現(xiàn)正負(fù)半波不對(duì)稱,三相電壓不平衡,頻率也會(huì)發(fā)生變動(dòng)。
   
  (3)地鐵低壓主配電系統(tǒng)負(fù)載類型
  
  ①通信系統(tǒng)的負(fù)載類型
  
  傳輸、*、公務(wù)電話、專用電話、閉路電視、廣播、時(shí)鐘等子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通訊設(shè)備,其電源要求能連續(xù)供應(yīng)AC220V電源;
  
  ②信號(hào)系統(tǒng)的負(fù)載類型
  
  信號(hào)系統(tǒng)、旅客信息系統(tǒng)等計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、控制設(shè)備,其電源要求能連續(xù)供應(yīng)AC380/220V電源。
  
  ③綜合監(jiān)控系統(tǒng)(含環(huán)境監(jiān)控、門禁)的負(fù)載類型
  
  計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、環(huán)境監(jiān)控和門禁控制設(shè)備;其電源要求能連續(xù)供應(yīng)AC220V電源。
  
  ④自動(dòng)售檢票系統(tǒng)(AFC)的負(fù)載類型
  
  計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、AFC終端設(shè)備,其電源要求能連續(xù)供應(yīng)AC220V電源。
  
  ⑤辦公自動(dòng)化系統(tǒng)的負(fù)載類型
  
  計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,其電源要求能連續(xù)供應(yīng)AC220V電源。
  
  ⑥屏蔽門系統(tǒng)的負(fù)載類型
  
  屏蔽門控制、驅(qū)動(dòng)設(shè)備等,控制設(shè)備的電源需連續(xù)供應(yīng)AC220V,控制電源驅(qū)動(dòng)設(shè)備需要DC110V驅(qū)動(dòng)電源。
  
  ⑦火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的負(fù)載類型
  
  計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、報(bào)警控制器等,其電源要求能連續(xù)供應(yīng)AC220V電源。
  
  ⑧變電所直流輔助電源的負(fù)載類型
  
  裝置電源、控制電源、電機(jī)電源,其電源要求能連續(xù)供應(yīng)DC220V電源。
  
  ⑨車站應(yīng)急照明系統(tǒng)的負(fù)載類型
  
  包括疏散照明和備用照明,其電源要求能連續(xù)供應(yīng)AC220V電源。
  
  (4)地鐵低壓主配電系統(tǒng)負(fù)載功率及UPS需求功率
  
  以某城市地鐵為例
  
  ①地下車站整合情況
  
    地下車站需UPS整合電源系統(tǒng)整合的各弱電系統(tǒng)后備電源容量及后備時(shí)間見表1。
    
  ②高架車站整合情況
  
   高架車站需UPS整合電源系統(tǒng)整合的各弱電系統(tǒng)后備電源容量及后備時(shí)間見表2。
       
  ③控制中心整合情況
  
  控制中心需UPS整合電源系統(tǒng)整合的各弱電系統(tǒng)后備電源容量及后備時(shí)間見表3。
   
  3 UPS電源選擇分析
  
  (1)工業(yè)UPS技術(shù)特點(diǎn)
  
  工業(yè)UPS采用了先進(jìn)的IGBT功率器件、性能優(yōu)越的SPWM逆變器及智能化多模式電池管理技術(shù)等國(guó)際先進(jìn)技術(shù),以及豐富的電源管理軟件,具有良好的性價(jià)比和用戶基礎(chǔ)。其具備以下技術(shù)特點(diǎn):
  
  ①采用先進(jìn)的DSP數(shù)字化控制技術(shù),對(duì)電源產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì),減少了分立元器件數(shù)量,采用高效系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)技術(shù),以優(yōu)化部件排布和熱通道;
  
  ②優(yōu)化可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)以提高產(chǎn)品的MTBF(平均無故障工作時(shí)間)和系統(tǒng)可用性;
  
  ③優(yōu)秀的電磁兼容設(shè)計(jì)技術(shù)滿足UPS自身和用電設(shè)備的高可靠性。
  
  (2)適應(yīng)惡劣的物理環(huán)境
  
  由于在地鐵場(chǎng)景中,隨著人流量帶來的灰塵及雨水潮濕氣體,普通UPS的IP防護(hù)等級(jí)一般為IP30以下,容易因高濕高溫高粉塵導(dǎo)致UPS故障,在惡劣的使用環(huán)境下,使用壽命不超過6個(gè)月。工業(yè)UPS的IP防護(hù)等級(jí)為IP42,所有電路板均噴涂防腐蝕絕緣漆,具有絕緣、防潮、防漏電、防震、防塵、防腐蝕、防老化、耐電暈?zāi)芰?通風(fēng)方式下進(jìn)上出,自然對(duì)流,獨(dú)立風(fēng)道,熱分流設(shè)計(jì),使工業(yè)UPS適應(yīng)高溫、高濕、粉塵、鹽堿、腐蝕性氣體、震動(dòng)等惡劣的工作環(huán)境。
  
  商業(yè)UPS機(jī)及普通工頻機(jī)應(yīng)用中,由于尾氣、粉塵、水氣影響板件運(yùn)行,無法正常運(yùn)行,壽命短。
  
  (3)適應(yīng)惡劣的電力環(huán)境
  
  由于地鐵、站點(diǎn)門禁系統(tǒng)及屏蔽門間斷性工作,導(dǎo)致地鐵站內(nèi)的市電范圍很寬,波動(dòng)很大。工業(yè)UPS具備極寬的輸入電壓和頻率范圍,允許電壓輸入380±25%Vac,頻率45～65Hz,支持發(fā)電機(jī)接入。可適應(yīng)惡劣的電網(wǎng)環(huán)境;能夠承受劇烈的負(fù)載波動(dòng)沖擊,抵御和消除各種電網(wǎng)質(zhì)量問題,如諧波、過壓、欠壓、突波、電壓下陷、停電、過載、短路、浪涌電流等。
  
  (4)適應(yīng)工控負(fù)載環(huán)境
  
  工業(yè)UPS適應(yīng)于各種工況負(fù)載,如重載機(jī)械、生產(chǎn)線設(shè)備、DCS系統(tǒng);堅(jiān)固設(shè)計(jì),可承受強(qiáng)過載和短路電流沖擊與負(fù)功,在沒有市電的情況下可通過電池實(shí)現(xiàn)直流冷啟動(dòng)。
  
  (5)高可靠性設(shè)計(jì)
  
  高可靠性是以系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、工藝、配置來體現(xiàn)的。采用工業(yè)級(jí)甚至是軍用級(jí)元器件,同時(shí)還要加大關(guān)鍵元器件的冗余度,以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗沖擊能力。在生產(chǎn)工藝上,對(duì)邏輯電路和通訊電路有更嚴(yán)格的屏蔽保護(hù)措施。配置輸入和輸出隔離變壓器以增強(qiáng)系統(tǒng)的電氣隔離性能,采用12脈沖整流器技術(shù),內(nèi)置電池保護(hù)開關(guān)、輸入和輸出開關(guān)、靜態(tài)和維修旁路開關(guān)等各種保護(hù)開關(guān)。以上種種都對(duì)工業(yè)UPS系統(tǒng)提供了高可靠性的保障。另外工業(yè)UPS功率器件余量大,關(guān)鍵部件可以熱更換使產(chǎn)品壽命極大延長(zhǎng);可在40℃的環(huán)境溫度下正常工作;多機(jī)并聯(lián)實(shí)現(xiàn)冗余或增容,確保負(fù)載在各種情況下的供電安全;可接入兩路獨(dú)立的市電,適應(yīng)雙電源供電系統(tǒng);輸入隔離變壓器和輸出隔離變壓器可以實(shí)現(xiàn)UPS輸入和輸出的完全電隔離;邏輯電源均采用冗余設(shè)計(jì);發(fā)電機(jī)模式下,兼容錯(cuò)相運(yùn)行,均能提高工業(yè)UPS的壽命。
  
  4 結(jié)束語
  
  總上所述,軌道交通行業(yè)地鐵中應(yīng)使用工業(yè)UPS。工業(yè)UPS就顯性特點(diǎn)而言有四要素:
  
  ①可選配的高等級(jí)IP防護(hù)等級(jí),適應(yīng)惡劣物理環(huán)境;
  
  ②高等級(jí)的抗擾度,適應(yīng)惡劣電氣環(huán)境;
  
  ③工頻變壓器的電氣隔離,適應(yīng)工況負(fù)載沖擊;
  
  ④高可靠性,使用壽命長(zhǎng)。
  
  在應(yīng)用環(huán)境方面,商業(yè)級(jí)UPS通常應(yīng)用于IDC機(jī)房?jī)?nèi),對(duì)溫度、濕度、粉塵、腐蝕性氣體有嚴(yán)格的要求,不能用于嚴(yán)酷場(chǎng)合,而工業(yè)級(jí)UPS則通常應(yīng)用于高溫高濕多粉塵或鹽霧的場(chǎng)合;在可靠性方面,商業(yè)級(jí)UPS設(shè)計(jì)壽命通常在5年左右,而工業(yè)級(jí)UPS則通過選用工業(yè)級(jí)甚至軍用級(jí)器件、增大冗余度、強(qiáng)化工藝設(shè)計(jì)和提高安全性配置等技術(shù),使產(chǎn)品壽命達(dá)到甚至超過20年。另外,在電氣環(huán)境、負(fù)載特性、機(jī)械強(qiáng)度、電氣隔離、輸入輸出保護(hù)、通訊接口、旁路要求、附件選擇、IP防護(hù)等級(jí)和鈑金要求等方面,市場(chǎng)對(duì)工業(yè)級(jí)UPS的要求均遠(yuǎn)高于商業(yè)級(jí)UPS。