簡介

本文旨在介紹供電中斷對于交流供電系統(tǒng)可用性和正常運(yùn)行時(shí)間的影響，提供有關(guān)實(shí)際環(huán)境中正常運(yùn)行時(shí)間的量化數(shù)據(jù)，包括UPS電源對于正常運(yùn)行時(shí)間的影響。這些數(shù)據(jù)還涉及斷電頻率和持續(xù)時(shí)間的影響、設(shè)備的重啟行為，以及UPS可靠性相關(guān)因素等。此外，本白皮書也將列舉延長UPS運(yùn)行時(shí)間對于提高系統(tǒng)可靠性方面的優(yōu)勢。

目前，對于IT系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間的要求日益提高，通常會(huì)將可靠性目標(biāo)設(shè)定為99.999%（5個(gè)9）。然而，眾多因素都會(huì)成為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這一高標(biāo)準(zhǔn)水平的阻力，交流供電的可靠性便是其中一個(gè)不可忽視的障礙。不過，交流供電可靠性和正常運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系表現(xiàn)得并非特別明顯，而且不同地點(diǎn)的交流供電可靠性通常極為不同，也使情況進(jìn)一步復(fù)雜化。

交流供電環(huán)境

有關(guān)交流電可靠性的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)極為有限。不過，在美國進(jìn)行了兩次極為重要的交流電可靠性調(diào)查研究，一次是由ATT貝爾實(shí)驗(yàn)室完成的，另一次是由IBM完成的。另外，鑒于施耐德電氣已達(dá)千萬余臺(tái)UPS系統(tǒng)的裝機(jī)量，并且其中很多UPS能夠?qū)㈦娫磫栴}記錄下來，因此我們在這方面也累積了一定的經(jīng)驗(yàn)。

交流供電問題大致可分為三大類，分別是：

1.會(huì)導(dǎo)致負(fù)載設(shè)備臨時(shí)停止運(yùn)行的斷電或電壓過低情況
2.會(huì)導(dǎo)致負(fù)載設(shè)備臨時(shí)中止或故障的瞬變電壓
3.會(huì)損壞負(fù)載設(shè)備的瞬變電壓

本文主要分析第一類交流供電問題，即斷電或電壓過低造成的影響。因此，我們的假設(shè)前提是1)該設(shè)備已受到浪涌抑制器或UPS正確保護(hù)，能夠應(yīng)對瞬變電壓，或2)因交流供電問題而造成的實(shí)際宕機(jī)時(shí)間將比本文所述時(shí)間更長。

美國調(diào)查數(shù)據(jù)與施耐德電氣多年積累的豐富經(jīng)驗(yàn)相一致，要點(diǎn)如下：

1.在普通地點(diǎn)，每年造成IT系統(tǒng)故障的平均斷電次數(shù)大約為15次。
2.90%的斷電時(shí)長不超過5分鐘。
3.99%的斷電時(shí)長不超過1小時(shí)。
4.斷電累計(jì)總時(shí)長大約為每年100分鐘。

以上信息因地而異，在美國部分地區(qū)，如佛羅里達(dá)州（這一地區(qū)經(jīng)常發(fā)生雷電現(xiàn)象），斷電率要高出一個(gè)數(shù)量級。某些建筑物問題也會(huì)將斷電率推高，甚至高達(dá)三個(gè)數(shù)量級。這些數(shù)據(jù)也能夠體現(xiàn)日本和西歐的狀況。根據(jù)這些信息，美國地區(qū)交流供電正常運(yùn)行時(shí)間在99.980%左右，每年的宕機(jī)時(shí)間大約在100分鐘。而要實(shí)現(xiàn)99.999%的正常運(yùn)行時(shí)間目標(biāo)，意味著每年宕機(jī)時(shí)間僅能控制在4.8分鐘，因此實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的困難之處也是實(shí)實(shí)在在的。

設(shè)備行為對于正常運(yùn)行時(shí)間的影響

設(shè)備應(yīng)對斷電的方式會(huì)大大延長實(shí)際宕機(jī)時(shí)間。在發(fā)生交流電斷電時(shí)，設(shè)備一般會(huì)有以下三類應(yīng)對方式：

1.在電力恢復(fù)后立即重啟
2.在一定延時(shí)后自動(dòng)重啟
3.手動(dòng)重啟（人工干預(yù)）

如果選擇手動(dòng)重啟，那么根據(jù)人員對于設(shè)備的服務(wù)水平的不同，會(huì)出現(xiàn)延遲。服務(wù)水平通常有以下三個(gè)級別：
1.有人值守：1小時(shí)響應(yīng)
2.電話告警：4小時(shí)響應(yīng)
3.無人值守：24小時(shí)響應(yīng)

考慮到這些因素，交流供電問題而造成的設(shè)備宕機(jī)會(huì)變得非常嚴(yán)重，如下表所示。

UPS對于系統(tǒng)宕機(jī)的影響

在增加使用UPS后，會(huì)出現(xiàn)另外三種對系統(tǒng)宕機(jī)造成影響的情況，它們是：

1.如果斷電時(shí)間短于UPS運(yùn)行時(shí)間，可由UPS正常供電，消除了斷電對系統(tǒng)的影響
2.如果斷電時(shí)間長于UPS運(yùn)行時(shí)間，延緩了斷電給系統(tǒng)帶來的影響
3.UPS本身有可能發(fā)生故障，造成斷電

很明顯，UPS的優(yōu)勢在于減少斷電事件。當(dāng)所安裝的UPS不考慮設(shè)備運(yùn)行或服務(wù)水平時(shí)，斷電發(fā)生的次數(shù)就減少了，如下表所示（PA=N+1容錯(cuò)型UPS，如APCSymmetraPowerArray）：

考慮所有因素，可以看出，添加UPS后，宕機(jī)時(shí)間會(huì)大幅縮短，但縮短幅度會(huì)在很大程度上受到提供給設(shè)備的服務(wù)水平和設(shè)備運(yùn)行的影響。如以下三個(gè)表格所示：

UPS選擇指引

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以總結(jié)出一系列有關(guān)如何選擇UPS來縮短宕機(jī)時(shí)間的普遍準(zhǔn)則。

1.一臺(tái)UPS有可能只是稍微縮短宕機(jī)時(shí)間，也有可能將宕機(jī)時(shí)間縮短三個(gè)數(shù)量級，具體取決于所選的UPS類型、設(shè)備運(yùn)行和服務(wù)水平。

2.如果從原本使用可運(yùn)行5分鐘的UPS改用可運(yùn)行1小時(shí)的UPS，宕機(jī)率一般能降低一個(gè)數(shù)量級。

3.為實(shí)現(xiàn)99.999%正常運(yùn)行時(shí)間的目標(biāo)，需要部署可運(yùn)行時(shí)間在1小時(shí)以上的UPS或UPS配備發(fā)電機(jī)。

4.在無人值守地點(diǎn)，需要部署一個(gè)容錯(cuò)型(N+1)冗余UPS和一個(gè)發(fā)電機(jī)，才能實(shí)現(xiàn)99.999%正常運(yùn)行時(shí)間的目標(biāo)。

5.安裝UPS后，需要手動(dòng)重啟的系統(tǒng)在延長正常運(yùn)行時(shí)間方面受益最大。

結(jié)論

斷電是阻礙實(shí)現(xiàn)99.999%正常運(yùn)行時(shí)間目標(biāo)（每年宕機(jī)時(shí)間僅為4.8分鐘）的一個(gè)主要障礙。對于系統(tǒng)需要手動(dòng)重啟的遠(yuǎn)程地點(diǎn)來說，其宕機(jī)時(shí)間將達(dá)到4.8分鐘的4000倍，而就普通公司部署的IT系統(tǒng)而言，其宕機(jī)時(shí)間則可能為4.8分鐘的23倍。UPS能大幅延長正常運(yùn)行時(shí)間，但如果希望實(shí)現(xiàn)99.999%的可靠性目標(biāo)，可能需要部署更長時(shí)間運(yùn)行的UPS或帶發(fā)電機(jī)的UPS。

本文未涉及除斷電外其它交流供電干擾對于正常運(yùn)行時(shí)間的影響；電壓過高和瞬變電壓問題也會(huì)造成宕機(jī)次數(shù)增加，影響系統(tǒng)性能，因此也需要對它們進(jìn)行預(yù)防。而使用UPS電源也有助于消除此類問題，所以UPS電源為用戶帶來的獲益遠(yuǎn)不止本文中介紹的優(yōu)勢。