解析UPS電源供電系統(tǒng)方案可用性
出處:eton_zz 發(fā)布于:2011-07-27 12:56:51
跟著社會電子信息化進程的加快,很多行業(yè)計算機中央機房的設備和規(guī)模也日趨擴大,與其相配套的環(huán)境設備也日益增多,機房的環(huán)境設備(供配電、UPS、消防、空調、防盜)一旦泛起故障,就會影響計算機系統(tǒng)的安全運行,嚴峻時會造成機房內計算機設備損壞,甚至使網絡系統(tǒng)癱瘓,后果不堪設想。因此,為了保證計算機系統(tǒng)安全可靠工作,對機房的環(huán)境設備進行自動監(jiān)控是極其重要的。針對兒種典型的供電方案做出定量的分析計算。在量化的過程中,確定符合實際情況的假設、正確地列出可用性數(shù)學模型、準確地有根據(jù)地選取各子系統(tǒng)的可靠性和可維護性參數(shù)等,都是非常重要的。
分析中用到的假設和規(guī)定
為了方便分析,首先對在分析中可能遇到的不可見因素做出必要的假定和規(guī)定,并對在各種系統(tǒng)結構中通用的設備和環(huán)節(jié)的子系統(tǒng)可用性作出定量的分析。
大多數(shù)情況下,用戶是從供應商處獲取產品的MTBF值,但不帶有任何用于證實這些數(shù)值的相關數(shù)據(jù)。當查看多個系統(tǒng)的MTBF時,了解分析所用的隱含假設和可變因素(特別是定義故障的方式)非常重要。比較時若忽視了這一點,比較結果出現(xiàn)偏差的可能性就會變大,可能會出現(xiàn)500%或更高的偏差。終可能導致不必要的業(yè)務支出或者意外停機。一般來說,必須有明確的可變因素定義、假設定義以及故障定義,才可以比較兩個或更多系統(tǒng)間的MTBF值。即使兩個MTBF值看起來很相似,仍然有比較結果出現(xiàn)偏差的可能。因此,必須弄清MTBFF結果后面隱含的內容,并仔細研究和領會這些數(shù)值所包含的含義。
1、產品功能、應用范圍的界定
在比較兩個或更多MTBF之前,驗證被比較的兩個產品是否是同類非常重要。被比較的產品必須在功能、性能及應用方面相同或相似。如果被比較的產品是UPS,則產品功能就是為所連接的負載提供備用電源。此產品的用途可能是用來支持數(shù)據(jù)中心環(huán)境中的關鍵IT負載。如果沒有相似的應用。就不可能進行公正的MTBF較。例如,對工業(yè)用途和IT用途的UPS進行比較是不切合實際的。
更重要的是,MTBF比較中所用系統(tǒng)的邊界必須等同。如果各個系統(tǒng)的定義方式不同,那么不可避免地會出現(xiàn)比較偏差。以使用外部電池的UPS系統(tǒng)為例,某些供應商可能選擇不包括由這些電池導致的故障,因為他們位于系統(tǒng)"外部",不是系統(tǒng)的一部分。其他供應商可能選擇包括電池故障,因為這些電池是系統(tǒng)運轉的必要組件。其他可能導致不一致邊界的組件包括輸入和輸出電路斷路器、旁路系統(tǒng)、保險絲和控制系統(tǒng)。用戶應該向供應商咨詢MTBF計算中應包括哪些組件或子系統(tǒng),不應認為所有供應商定義系統(tǒng)的方式都相同。
2、故障定義
如果兩個可比較產品間的故障定義不同,那么進行故障分析就像比較蘋果和橙子一樣毫無意義。因此,要進行有效的MTBF比較,一項基本任務就是準確分析每個被比較產品的故障組成。對于MTBF值計算,供應商統(tǒng)計故障時要考慮的問題如下。
是否將用戶誤用導致的故障統(tǒng)計在內,設計者可能忽視了許多人為因素,這將導致用戶很容易誤用產品。
在電源保護行業(yè)中,UPS故障的常見"定義"是"負載停用"故障。這表示向負載供電超出了可接受范圍,導致了負載停止運轉。不過,是否將由供應商維修技術人員導致的負載停用也統(tǒng)計在內?產品設計本身是否有提高風險程序出現(xiàn)故障的可能性?
如果計算機上的LED出現(xiàn)故障,是否屬于故障(雖然它沒有影響計算機的運行)?
如果耗材(例如電池)的使用壽命比預期的耍短,是否屬于故障?
運輸造成的損壞是否屬于故障?這是否能表明包裝的設計不當?
是否將重復出現(xiàn)的故障統(tǒng)計在內,也就是說,對于同一用戶使用的同一系統(tǒng)內診斷結果相同的故障,是重復計數(shù)還是僅計數(shù)?
安裝過程導致的故障是否統(tǒng)計在內,此故障可能是供應商技術人員引起的?
如果用戶沒有購買推薦的維護合同或監(jiān)視系統(tǒng),是否將故障統(tǒng)計在內?
如果地震導致建筑物損害,使得系統(tǒng)出現(xiàn)故障,是否將故障統(tǒng)計在內或將其視為"天災"?
是否將系統(tǒng)外某些組件的故障統(tǒng)計在內,對于UPS系統(tǒng),系統(tǒng)外組件可能是電池或旁路開關?
如果出現(xiàn)連鎖故障,導致后續(xù)系統(tǒng)停機,是將每個系統(tǒng)的故障部統(tǒng)計在內還是僅統(tǒng)計個系統(tǒng)的故障?
要明確地規(guī)定故障內容和分清故障責任是件繁瑣的事情,所以就數(shù)據(jù)中心機房UPS供電系統(tǒng)而言,通常是概括地或者原則性地把造成以下事故的電源系統(tǒng)組件的任何問題定義為故障:
部分或整個系統(tǒng)停機,或系統(tǒng)運營達不到標準水平;
用戶設備對供電的性能不可接受:
電氣保護繼電器動作或電氣系統(tǒng)處于緊急運行狀態(tài)下;
任何電路或電氣設備斷電。
但以下暫態(tài)過程和可能的故障情況不予考慮:
兩路市電轉換時或市電與柴油發(fā)電機系統(tǒng)轉換時,有短時間(ATS轉換)斷電問題;
柴油發(fā)電機系統(tǒng)啟動時的啟動成功率問題;
交流輸入完全斷開時,電池供電的成功率問題;
柴油發(fā)電機系統(tǒng)啟動時間過程中斷電問題等。
3、分析中用到的假設
以下假設在可靠性分析中是重要的,同時也是對故障定義的補充。
?、僭O備的失效率呈常數(shù)
所有設備的失效率是固定不變的,也就是說,它不隨運行時間的變化而變化,也不會因其他相關設備的故障而變化。當然,便用環(huán)境應該是符合使用條件且是不變化的。設備應在設計的有效使用壽命期間內使用。如果考慮上面提到的變化因素或者產品的使用超過其有效使用壽命,那么對故障率的分析就變得非常復雜,需要加入非線性因素。
②維修質量
對于系列中的"n"個組件,假定都有固定的維修人員。系統(tǒng)不存在因沒有維護或維護不當而造成的附加故障。
?、劢M件故障的獨立性
假定在維修出現(xiàn)故障的組件時,系統(tǒng)內的所有其他組件仍可以運行。
④組件故障可依賴性
假定所述架構的建立依據(jù)行業(yè)萬案,這樣,因為物理和電氣隔離便產生常見原因故障的可能性非常低。此假設不完全適用于分布式冗余結構,因為靜態(tài)轉換開關會影響三個UPS中的兩個,進而使整個結構出現(xiàn)故障。對于兩個分布式冗余結構,應當為此常見故障建模。
?、蓦娫纯捎眯耘cIT業(yè)務可用性
此分析提供與電源可用性有關的信息。因為電源重新啟動不會立即恢復業(yè)務可用性,業(yè)務流程的可用性通常會降低。IT系統(tǒng)通常要一個重新啟動時間,它會使不可用性加劇,分析中沒有考慮這個因素。
?、薏季€的故障率
系統(tǒng)中設備之間布線的故障沒有計算在內,主要是因為布線的故障率非常低,無法準確預測其統(tǒng)計學相關性。以前進行的工作表明,如此低的故障率對總體可用性的影響很低。在電能的傳送過程中,關鍵的接線端子才是造成輸入故障的主要原因。
?、呷藶殄e誤
雖然人為錯誤是導致數(shù)據(jù)中心君機的一個重要原因,但是在這個分析中并沒有考慮到人為錯誤導致的君機,因為這些模型的焦點是比較電源基礎設施的可用性,確定系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。另外,在分析中也缺少人為錯誤如何影響可用性的相關數(shù)據(jù)。
?、喹h(huán)境因素
分析中,認為環(huán)境因素屬于人為原因或者是不可預見性因素,諸如工作溫度、濕度、雷電及其他破壞性干擾和損害等。
?、嵯到y(tǒng)施工
該模型假定所描述的系統(tǒng)的建設工作到位。整個結構的設計雖然很出色,但是設計的實施往往總是不盡人意,因此就可能出現(xiàn)這樣的情況:設計的可用性可能非常高,但是由于施工不到位,其負面影響非常大。
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