鄭傳梁 楊雁英

（廈門(mén)大學(xué) 福建省廈門(mén)市 361000）

1 引言

信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，服務(wù)器上承載著大量重要用戶數(shù)據(jù)，機(jī)房一旦發(fā)生意外停電，將可能會(huì)造成服務(wù)系統(tǒng)故障，應(yīng)用服務(wù)訪問(wèn)中斷，影響業(yè)務(wù)正常開(kāi)展，嚴(yán)重情況下將會(huì)造成存儲(chǔ)硬件故障，用戶數(shù)據(jù)丟失。對(duì)數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，電的重要性就像空氣對(duì)人，水對(duì)魚(yú)兒一樣重要。一旦數(shù)據(jù)中心發(fā)生斷電情況，很多設(shè)備承載的業(yè)務(wù)就會(huì)發(fā)生中斷，給數(shù)據(jù)中心帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失。使用UPS（不間斷電源）建立一個(gè)不停電的供電系統(tǒng)是一種提高供電質(zhì)量、預(yù)防機(jī)房斷電的技術(shù)措施

2 問(wèn)題的提出

廈門(mén)大學(xué)課程中心平臺(tái)為全校本科課程提供線上輔助教學(xué)服務(wù)，為保證平臺(tái)服務(wù)器穩(wěn)定運(yùn)行，提高供電質(zhì)量，其主機(jī)房配套安裝了UPS 電源系統(tǒng)，確保在意外停電狀態(tài)下仍能提供不間斷穩(wěn)定電源。但是，在某次短暫停電后，該UPS 卻未能起到保護(hù)作用，造成主機(jī)房?jī)?nèi)所有服務(wù)器意外關(guān)閉，引發(fā)學(xué)校課程中心平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)不完整，部分課程訪問(wèn)報(bào)錯(cuò)，嚴(yán)重影響了教學(xué)的開(kāi)展。

此次停電屬于計(jì)劃性停電，用戶預(yù)先收到通知，片區(qū)市電線路改造，需要線路切換操作，計(jì)劃在晚上12 時(shí)整點(diǎn)暫停供電。停電前，值班人員對(duì)UPS 系統(tǒng)進(jìn)行檢查，顯示運(yùn)轉(zhuǎn)正常。實(shí)際停電只持續(xù)3分鐘，市電恢復(fù)后，值班人員又對(duì)UPS 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了查看，控制主機(jī)無(wú)顯示故障報(bào)警燈，液晶屏上顯示運(yùn)行正常，UPS 沒(méi)有處于旁路狀態(tài)，主機(jī)房服務(wù)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，看似一切都正常運(yùn)轉(zhuǎn)。但是，筆者在第二天上班時(shí)卻看到了凌晨收到的課程中心平臺(tái)服務(wù)器重啟的報(bào)警郵件，而后有部分教師發(fā)現(xiàn)，訪問(wèn)平臺(tái)上的網(wǎng)絡(luò)課程時(shí)，出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)現(xiàn)象。

難道頭一天停電，服務(wù)器意外重啟了？UPS 電源沒(méi)有起到保護(hù)作用？

3 UPS原理概述

UPS 系統(tǒng)主要有兩個(gè)作用，一是為負(fù)載提供不間斷供電，二是隔離市電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)負(fù)載的影響。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS 系統(tǒng)就是一臺(tái)穩(wěn)壓器，將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，同時(shí)它還向后備電池組充電；當(dāng)市電中斷時(shí)，UPS 立即將電池組的電能，通過(guò)逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V 交流電，使負(fù)載維持正常工作，保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。

以某品牌UPS 為例，UPS 系統(tǒng)由七部分組成：市電輸入，整流器（AC/DC），逆變器（DC/AC），靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān),電池組,工作旁路，維修旁路。工作原理簡(jiǎn)圖如圖1 所示。

（1）市電輸入，市電線路經(jīng)UPS 主機(jī)繼電器后分為兩路，一路作為主路市電輸入，即UPS 主機(jī)面板上INPUT1，一路是作為工作旁路市電輸入，即UPS 主機(jī)面板上INPUT2。當(dāng)市電正常時(shí)，主路市電經(jīng)整流器（AC/DC）整流后變成直流電，給電池組充電，同時(shí)供逆變器（DC/AC）轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的220V 交流電輸出給負(fù)載。此時(shí)，工作旁路不工作。

（2）整流器（AC/DC），即一種將交流電（AC）轉(zhuǎn)化為直流電（DC）的裝置，通過(guò)該裝置，將主路輸入的交流市電轉(zhuǎn)換成直流電，供電給逆變器，同時(shí)給電池組充電。

（3）逆變器（DC/AC），即一種將直流電（DC）轉(zhuǎn)化為交流電（AC）的裝置，通過(guò)該裝置，將直流電轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的220V 交流電輸出給負(fù)載。

（4）靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)，即UPS 主機(jī)面板上的OUTPUT 部分，控制切換電源輸出是主路輸出還是旁路輸出。

（5）BATTERY 即后備電池組，平時(shí)處于充電儲(chǔ)能狀態(tài)，市電中斷時(shí)可以為負(fù)載提供不間斷供電

（6）工作旁路，當(dāng)UPS 主機(jī)主電路異常，無(wú)法開(kāi)機(jī)或者無(wú)法正常工作時(shí)，如AC/DC、DC/AC 逆變器損壞、過(guò)載或過(guò)壓，UPS自動(dòng)切換為旁路市電輸入直接供電給負(fù)載，此時(shí)無(wú)法為負(fù)載提供穩(wěn)壓保護(hù)，必須馬上檢查維修。

（7）MAINTENANCE 即維修旁路，當(dāng)需要檢修或更換UPS 時(shí)，通過(guò)手動(dòng)切換至維修旁路，以實(shí)現(xiàn)市電直接供電給負(fù)載。維修旁路開(kāi)關(guān)通常隱藏在UPS 主機(jī)箱里面，由維修人員操作，用戶不能隨意開(kāi)啟，操作不當(dāng)會(huì)引發(fā)UPS 電源炸機(jī)。

圖1：工作原理簡(jiǎn)圖

4 故障的排查策略

為進(jìn)一步確認(rèn)主機(jī)房服務(wù)器在凌晨停電時(shí)是否發(fā)生意外關(guān)機(jī)，筆者首先遠(yuǎn)程登錄課程中心平臺(tái)服務(wù)器，通過(guò)Linux 命令lastxreboot 查看服務(wù)器啟動(dòng)時(shí)間，發(fā)現(xiàn)服務(wù)器啟動(dòng)時(shí)間為凌晨12:03，與停電時(shí)間正好吻合。接著登錄其它windows 系統(tǒng)服務(wù)器查看日志，從EventLog 或Kernel-Power日志來(lái)源事件中，也確認(rèn)了服務(wù)器在停電那個(gè)時(shí)間段發(fā)生過(guò)重啟，由此基本可以斷定停電期間UPS 沒(méi)有起到保護(hù)作用。

為了能對(duì)故障做個(gè)初步的診斷，筆者做了如下步驟的排查：

4.1 檢查UPS系統(tǒng)日志，查找異常記錄

市電恢復(fù)時(shí)，凌晨值班安保人員雖已現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)UPS 控制主機(jī)面板運(yùn)行狀態(tài)正常，然而第二天筆者查看UPS 系統(tǒng)日志后，發(fā)現(xiàn)在市電停電的那個(gè)時(shí)間段，有“旁路開(kāi)通”、“旁路電壓正常”、“旁路關(guān)閉”三條日志，說(shuō)明UPS 電源在那個(gè)時(shí)刻工作異常。

4.2 電池放電測(cè)試，排除電池本身問(wèn)題

筆者使用UPS 主機(jī)自帶的軟件功能，對(duì)電池進(jìn)行放電測(cè)試。操作UPS 主機(jī)面板按鈕，在“系統(tǒng)控制”菜單中，使用“電池手動(dòng)測(cè)試”功能，對(duì)電池組進(jìn)行人工放電，放電時(shí)會(huì)發(fā)出滴滴的報(bào)警聲音，電池能正常放電，而且從電池箱外的維修標(biāo)簽記錄的時(shí)間，可以判斷電池組更換時(shí)間才7 個(gè)月，排除電池本身問(wèn)題。

4.3 模擬市電停電，測(cè)試UPS主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況

聽(tīng)從UPS 廠商建議，決定模擬一次停電，保險(xiǎn)起見(jiàn)，選擇業(yè)務(wù)空閑時(shí)間進(jìn)行操作，晚上學(xué)校下課后，將主機(jī)房服務(wù)器提前關(guān)閉。通過(guò)拉下UPS 主路市電輸入開(kāi)關(guān)，模擬市電停電。打開(kāi)UPS 主機(jī)拉門(mén)，拉下有“市電”標(biāo)識(shí)的主路市電輸入開(kāi)關(guān)時(shí)，UPS 主機(jī)液晶顯示面板上顯示“市電異?！毙畔ⅲ琔PS 主機(jī)面板上的工作指示燈INPUT1、AC/DC 燈同時(shí)熄滅，UPS 系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)入電池供電狀態(tài)。檢查主機(jī)房，供電正常，設(shè)備正常持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，說(shuō)明此時(shí)UPS 電池組供電正常。合上UPS 主路市電輸入開(kāi)關(guān)后，面板上的工作指示燈INPUT1、AC/DC 燈亮起，恢復(fù)市電供電。UPS 主機(jī)液晶顯示面板上顯示“正?！毙畔ⅲ俅尾榭碪PS 主機(jī)系統(tǒng)日志，出現(xiàn)“整流器異?！?、“市電掉電”、“市電電壓正?！比龡l日志記錄，說(shuō)明市電斷電時(shí)，UPS 主機(jī)會(huì)產(chǎn)生“整流器異?！?、“市電掉電”、兩條日志信息，市電恢復(fù)時(shí)，再產(chǎn)生一條“市電電壓正?！比罩拘畔?。

至此整個(gè)常規(guī)故障排查流程操作完畢，除了三條日志與故障當(dāng)天產(chǎn)生的日志不同外，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)UPS 其他異?，F(xiàn)象。從市電控制開(kāi)關(guān)到UPS 主機(jī)，再到主機(jī)房服務(wù)器，這條線路工作正常，那么問(wèn)題會(huì)出在哪里呢，UPS 系統(tǒng)日志的“旁路狀態(tài)”又會(huì)是哪個(gè)環(huán)節(jié)出的問(wèn)題呢？筆者又重新梳理了故障點(diǎn)，擴(kuò)大了排查范圍。

（1）理清UPS 的拓?fù)溥B接，檢查連接線路。根據(jù)UPS 工作原理，市電的輸入是先到樓層總開(kāi)關(guān)，接著經(jīng)UPS 主機(jī)繼電器后分為兩路，一路作為UPS 主路市電輸入，另一路作為旁路市電輸入。順著拓?fù)溥B接，檢查線路表皮完好，連接處牢靠后，確認(rèn)線路正常。

（2）重新檢查電池組，發(fā)現(xiàn)外觀整潔，蓄電池并無(wú)鼓包、破損等異常現(xiàn)象，線路連接處牢靠，確認(rèn)電池組完好，并無(wú)異常。

（3）查看UPS 系統(tǒng)日志，依據(jù)當(dāng)時(shí)所記錄的“旁路開(kāi)通”、“旁路電壓正?！?、“旁路關(guān)閉”三條日志，重新分析推理尋找突破點(diǎn)?！芭月烽_(kāi)通”日志信息告訴我們，UPS 工作于旁路，只有當(dāng)UPS 主機(jī)主電路異常，無(wú)法開(kāi)機(jī)或者無(wú)法正常工作時(shí)，才切換到工作旁路，確保持續(xù)供電給負(fù)載，而前面的模擬停電操作，證明了UPS 能正常切換為電池組供電，并沒(méi)有工作于旁路狀態(tài)。那么是否市電斷開(kāi)時(shí)觸發(fā)了某個(gè)條件，使得UPS 工作異常？

大膽假設(shè)，如果UPS 維修人員將內(nèi)部線路接錯(cuò)，當(dāng)市電完全斷開(kāi)時(shí)，UPS 主機(jī)也沒(méi)電了，那么此時(shí)電池組是無(wú)法輸出供電給負(fù)載，UPS 主機(jī)系統(tǒng)也無(wú)法記錄日志，市電恢復(fù)時(shí)，UPS 主機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，此時(shí)UPS 主機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該會(huì)有系統(tǒng)啟動(dòng)的相關(guān)日志。而第一次模擬停電只是簡(jiǎn)單拉下UPS 主路市電輸入開(kāi)關(guān)，這個(gè)操作的結(jié)果雖然使得主路市電沒(méi)有輸入，但實(shí)際上UPS的旁路市電仍正常輸入，現(xiàn)實(shí)中的停電應(yīng)該是主路和旁路都沒(méi)有市電輸入，要模擬現(xiàn)實(shí)停電，應(yīng)徹底切斷主路和旁路市電輸入。

（4）再次模擬停電。這次選擇市電輸入樓層總開(kāi)關(guān)，當(dāng)我們拉下總開(kāi)關(guān)時(shí)，果然UPS 控制主機(jī)也跟著關(guān)機(jī)，合上市電輸入樓層總開(kāi)關(guān)時(shí)，UPS 控制主機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，然后UPS 恢復(fù)正常供電，同時(shí)系統(tǒng)日志出現(xiàn)“旁路開(kāi)通”、“旁路電壓正常”、“旁路關(guān)閉”“市電電壓正常”四條記錄，與故障當(dāng)天的現(xiàn)象完全一致。

主機(jī)房服務(wù)器意外重啟的原因，原來(lái)是UPS 主機(jī)自身供電出現(xiàn)問(wèn)題，造成無(wú)法工作，從而設(shè)備意外斷電。經(jīng)咨詢UPS 廠家得知，UPS 主機(jī)的自身供電由旁路和電池組一起提供，旁路和電池組經(jīng)電源板后輸出給UPS 主機(jī)，最終故障點(diǎn)鎖定在電源板上，更換電源板后，UPS 電源恢復(fù)正常工作，故障排除。

5 防范措施

此次UPS 故障非常隱蔽，使用常規(guī)測(cè)試檢查方法無(wú)法發(fā)現(xiàn)，而UPS 報(bào)警檢測(cè)系統(tǒng)并沒(méi)有針對(duì)此類故障點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)以下方法可將故障及時(shí)消滅在萌芽狀態(tài)，避免此種情況發(fā)生。

5.1 做好日常健康狀態(tài)檢查，確保UPS運(yùn)行良好

安排值班人員每日查看UPS 控制主機(jī)面板是否顯示異常，查看日志系統(tǒng)是否有警告記錄，UPS 系統(tǒng)是否處于旁路狀態(tài)，電池組表面是否干凈，UPS 散熱系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，空調(diào)系統(tǒng)是否正常，環(huán)境溫度是否過(guò)高。

5.2 定期進(jìn)行電池組放電，延長(zhǎng)電池使用壽命

UPS 正常工作時(shí)，市電對(duì)電池組進(jìn)行充電，待電池充滿電時(shí)，會(huì)處于浮充狀態(tài)，如果市電穩(wěn)定的情況下，對(duì)于長(zhǎng)期處于只充電不放電狀態(tài)的UPS，電池組沒(méi)有放電的機(jī)會(huì)，日久就會(huì)導(dǎo)致電池化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的活性降低，加速老化而縮短使用壽命。因此，建議每隔2-3 個(gè)月人為的中斷市電一次，用以激活電池性能，延長(zhǎng)電池使用壽命，放電時(shí)間可根據(jù)蓄電池的容量和負(fù)載大小確定，通常30-60 分鐘。放電后，UPS 要進(jìn)行及時(shí)的、較長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)充電，以避免由于蓄電池衰竭而引起故障。

5.3 定期安排UPS廠家維修人員深度檢修，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及早排除

通常，用戶經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可對(duì)UPS 進(jìn)行日常維護(hù)，但是定期安排UPS 廠家維修人員進(jìn)行深度檢修仍有必要，首先他們對(duì)自己的UPS 設(shè)備特性更了解，其次他們具有更豐富的故障排除經(jīng)驗(yàn)，再次他們擁有更專業(yè)的設(shè)備進(jìn)行檢查。維修人員可以使用專業(yè)的設(shè)備進(jìn)一步檢查電池組的健康情況，如各組電池電壓是否均衡，組中電池是否存在損壞，是否必須更換電池；可以進(jìn)一步檢查UPS 內(nèi)部組件情況，如電源板、主控板、接觸器、逆變驅(qū)動(dòng)板、整流器、熔斷器等。通過(guò)維修人員深度檢修，可以及時(shí)將存在問(wèn)題的設(shè)備組件進(jìn)行更換，避免市電異常時(shí)意外停機(jī)。

6 總結(jié)

此次UPS 隱蔽的故障排除過(guò)程自我收獲頗多，很多人認(rèn)為UPS 系統(tǒng)只有控制主機(jī)和電池組構(gòu)成，不需要維護(hù)，恰恰相反。UPS 是許多機(jī)房的動(dòng)力保障，保證了供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性，對(duì)于數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，盡管故障出現(xiàn)的幾率很小，持續(xù)的時(shí)間也不長(zhǎng)，但產(chǎn)生的后果卻往往十分嚴(yán)重。UPS 系統(tǒng)應(yīng)該需要專業(yè)的公司進(jìn)行管理和維護(hù)，以確保機(jī)房電力系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定的不間斷運(yùn)行。

參與文獻(xiàn)

[1]朱斌.通信用UPS 電源常見(jiàn)問(wèn)題及解決方案[J].鐵道通信信號(hào),2019,55(12):72-74.

[2]文小紅.淺析關(guān)于通信機(jī)房UPS 電源的管理與維護(hù)對(duì)策[J].電子世界,2019(04):156.