摘要：在金融市场剧烈波动、股市行情起伏不定的当下，金融交易系统对电力稳定性的依赖程度达到新高度。与此同时，数字化转型加速推进，算力需求呈爆发式增长，这对金融数据中心的UPS系统提出了极为严苛的要求。面对这一局面，本研究聚焦于金融数据中心UPS系统升级所面临的业务连续性与施工安全的双重挑战，提出了“双静态旁路冗余切换+并机协同控制”的带电割接方案。通过构建三维风险评估模型，运用“分段相序校验法”与“动态环流补偿技术”，成功实现了A/B两路400kVA～800kVA UPS系统的在线式无间断升级，为同类工程提供了具有参考价值的量化实施路径与技术参数。
关键词：电力保障 ；UPS带电割接 ；工程风险评估 ；双旁路冗余切换 ；并机环流控制 ；应急响应机制 ；负载迁移
随着金融行业对电力供应连续性要求提升至99.999%，UPS系统作为关键基础设施的保障核心，其升级改造需兼顾业务连续性与施工安全性，传统UPS割接方案存在以下技术瓶颈。
1）机械开关切换导致毫秒级停电（>10ms）。
2）并机系统环流控制精度不足（>5%额定电流）。
3）相序误差引发设备损坏风险。
现有研究多集中于理论建模（如标准规范[1]提出的N+X冗余配置）[1]，缺乏可直接指导工程实施的量化标准。本文基于某金融数据中心工程实践，构建包含12项关键参数的割接操作矩阵，突破传统方案的局限性。
一、项目背景
某金融数据中心自2017年投入运营以来，原有UPS不间断电源系统长期承载着关键业务运行。随着新业务的快速拓展，电力负载需求急剧攀升，原UPS系统容量不足的短板日益凸显，难以支撑未来业务的发展需求，业务运行面临因电力供应不稳定而中断的风险。本次改造升级全面覆盖A/B两路UPS配电系统，后端负载关联着交易系统、行情系统、办公系统等关键业务领域，对电力供应的连续性和稳定性要求极高，任何电力波动都可能带来严重后果，所以升级改造工作必须尽快启动并高效推进。
二、项目实施体系设计
2.1 系统架构及设备选型
本项目采用市电输入、蓄电池组、UPS并机系统、外置维修旁路等共同构成了配电系统架构，各部分相互协作，保障电力供应，冗余路径设计进一步提升系统的可靠性，大幅降低单点故障影响。
为确保UPS系统高可靠性和稳定性，选用的新型UPS采用先进的双变换在线式技术。其高频脉宽调制（PWM）式逆变器和智能电池管理系统，分别在输出优质电力、抑制谐波干扰和优化电池管理、延长电池寿命方面发挥关键作用。多台UPS通过并机通信线实现精确协同，提高系统整体性能（见图1）。
图1 配电系统架构
2.2 关键技术参数及测试方法（见表1）
表1 项目关键技术参数及测试方法一览表
三、项目实施流程
3.1 实施前期排查
3.1.1 电力系统排查
对市电输入线路进行详细检查，查看线路是否存在老化、破损，接头是否牢固，测量市电电压是否稳定在规定范围。检查变压器运行状态，确保其正常工作。同时，对UPS系统内部的配电柜、电缆桥架等进行检查，确认无松动、过热、短路等隐患。
3.1.2 设备状态排查
全面检测UPS设备的硬件老化程度，检查电路板的电子元件是否有明显的损坏、变形，电容是否有鼓包、漏液现象，测量绝缘电阻值，确保符合设计值。对蓄电池组进行容量测试和健康度评估，检查电池外观有无破裂、漏液，测量电池电压、内阻，判断其是否需要更换或维护。通过相序表检测UPS系统的相序，确保相序正确，避免因相序错误引发设备故障。
3.1.3 负载状况排查
详细了解后端负载的分布情况，包括交易系统、行情系统、办公系统等负载的功率大小、功率因数，有助于合理配置UPS系统容量和参数。分析负载电压敏感度，对于电压波动敏感的负载，如服务器、交易终端等，提前制定针对性预案。采用稳压器进行前端稳压，或增加UPS的冗余配置，确保这些负载在电力波动时能正常运行。评估业务重要性等级，综合考虑允许中断时长，在割接过程中优先保障关键业务的运行。
3.2 实施前风险评估
针对表1 中项目关键技术参数要求，通过前期排查问题汇总分析，结合现场实际情况，从设备状态、操作时序、负载特性三大维度，围绕12项关键参数构建割接操作矩阵，运用层次分析法（AHP）确定各因素权重（本项目案例中设备状态0.6，操作时序0.3，负载特性0.1），精准预判综合风险等级，并制定针对性预防管控措施，具体如表2所示。
表2 基于AHP的UPS割接项目风险评估及管控措施表
本项目案例风险评估结果：设备状态3.4分+操作时序1.15分+负载特性0.72分=5.27分，属于中风险等级。
3.3 实施人员、机具准备
3.3.1 实施人员安排
针对项目实际情况，安排15名专业人员具体实施，包括1名总指挥、3名电气工程师、9名技术工人和2名安全管理员，明确分工，保障项目顺利推进。
3.3.2 工器具准备
准备高精度万用表、相序表、2500V兆欧表等工具及绝缘手套、安全帽等安全防护用品，确保工具齐全、安全防护到位。
3.4 分段实施步骤及时间安排
3.4.1 负载迁移（1.5小时）
操作前，确认现场智能电力监控系统实施过程能够稳定运行，设定电压、电流波动阈值，实时监测负载用电参数。在UPS控制面板选择逆变关机，切换至内部静态旁路状态，利用万用表和高精度相序表分别确认UPS外置维修旁路开关上下端无电压差且相序一致，记录检测数据。闭合输入柜的外置维修旁路开关，用钳形表或开关电表检测电流，若电流异常，立即排查线路连接与开关状态。在UPS控制面板关闭UPS，断开主旁路输入开关、电池主开关，再次检测确认负载全部转移到外置维修旁路，验电确认UPS完全下电后拆除原有UPS。
3.4.2 设备接线[2]（4.5小时）
提前准备好电缆头、五指套等接线材料，以及对应线缆热缩套管、压接器具，建立材料清单并检查质量。安排三组人员同时进行新建UPS-1主旁路输入、输出及电池电缆的端接工作，每组配备一名电气工程师。接线时，依据设备及线缆标识，按照先输入后输出、先主线后支线的顺序连接，每完成一处连接，技术工程师当场复核，无误后在接线记录单上签字。完成接线后，使用力矩扳手按规定力矩值对接线进行力矩复核，确保紧固可靠。采用热缩套管对所有接线部位进行绝缘处理，处理后利用兆欧表检查绝缘电阻，合格后方可进行下一步操作。
3.4.3 环流补偿整定（1小时）
根据设备性能和现场实际情况，选用两组临时电缆分别将新建UPS-1/UPS-2输出端接到临时开关的上下端，检查电缆连接牢固性。按照开机标准操作程序（SOP）进行单机空载测试，重点监测电压输出精度、频率稳定性等性能指标，与设备技术参数对比，若超出允许误差范围，调整逆变器参数。连接并机信号线，依据配电设计、后端负载特性和设备性能，利用专业并机参数计算软件设置并机参数，如均流系数、电压调节精度等。将新建UPS-1/UPS-2转内部静态旁路输出，检查临时开关上下端无电压差且相序一致后，闭合临时开关。按照SOP程序进行并机切换测试验证，记录切换过程数据，如电压波动范围、电流变化情况等。测试中若出现环流异常，调整并机参数或检查并机信号线连接。测试完成后，关闭并机系统，断开新建UPS-1/UPS-2的主旁路输入开关、电池主开关和临时开关，验电后拆除输出端临时电缆。
3.4.4 并机切换（1小时）
借助设备智能同步技术，设定开关闭合顺序与时间间隔，确保新建UPS-1/UPS-2输入、旁路开关及电池主开关的快速同步闭合。在闭合UPS输出柜输出开关前，利用相序表再次确认相序一致性，记录相序检测结果。在切换过程中，通过智能监控系统实时监测UPS运行状态，设置故障报警阈值，一旦发现异常，如电压波动超过±2%、电流突变等，立即采取应急措施，切换回外置维修旁路供电。当断开外置维修旁路开关，在任一台UPS面板切换UPS至在线模式，观察UPS运行状态15min，无异常即完成割接。
四、施工过程中的关键技术要点
4.1 相序查验与绝缘测试[3]
在割接前，必须对原有UPS外置维修旁路相序进行严格查验（采用相序表按市电→旁路→负载的顺序进行三级验证，允许偏差<2°）。运用相序分析仪精准检测相序偏差，通过内置算法计算出相序误差角度，为后续调整提供精确数据。对于外置维修旁路母线的绝缘测试，除使用2500V兆欧表进行常规测试外，还引入绝缘电阻在线监测系统，实时监测绝缘电阻变化，一旦绝缘电阻值下降，立即发出预警信号，有效预防漏电事故。
4.2 负载转移与开关操作
切换UPS运行状态和转移负载时，操作人员要严格依照SOP程序进行开关操作。借助UPS智能面板操作控制系统，其操作流程引导功能可实时提示下一步操作，并记录、追溯操作过程。利用控制接触器进行电路通断，能大幅减少开关切换时的电流冲击，降低瞬间停电和设备故障风险。在负载转移过程中，实时监测负载的功率因数、有功功率和无功功率等参数，借助现场功率补偿装置对负载进行动态补偿，确保负载运行环境的稳定性。
4.3 并机调试
并机调试是新UPS系统协同工作的关键。调试时，先用高精度专用并机线缆连接设备，全面检测并机线的线序、连接电阻等参数，确保连接可靠。根据设备性能和负载特性，使用专业并机参数计算软件，精确算出均流系数、电压调节精度等最优并机参数。通过模拟某台UPS故障、市电中断等各种故障情况，进行切换测试，检测并机系统的切换响应时间和负载分配情况，验证其稳定性和可靠性。调试完成后，全面检查并机系统，确保各项参数正常，设备稳定运行。
五、项目实施效果与总结
通过本次UPS升级改造的实施，该金融数据中心配电室成功更换了性能更优、容量更大的UPS设备，有效提升了电力供应的可靠性和稳定性。在设备割接过程中，严格按照施工方案和技术标准执行，未出现任何停电事故和设备故障，保障了金融业务系统的正常运行。此次割接过程负载电压波动<±2%（99%时间波动<±1.5%），切换时间<8ms（均值7.2ms，标准差0.3ms），这些数据进一步证明了项目实施的高质量。
本项目的实施为同行业类似UPS割接项目提供了宝贵经验，适用于承载高频交易业务的证券数据中心、老旧UPS系统扩容改造项目等场景。在项目开展前，充分的准备工作和详细的实施方案制定是项目成功的基础；在施工过程中，严格遵循技术标准和操作流程，加强施工管理和质量控制是确保项目安全、高效完成的关键。未来，随着金融行业对电力保障要求的不断提高，UPS系统的升级和维护将成为数据中心运维管理的重要工作，本项目的经验将为相关工作提供有益的参考，后续将持续跟踪升级后UPS系统长期运行数据，进一步评估其稳定性、故障率、能耗变化等指标，为行业提供更全面的实践依据。
参考文献
[1] GB 50174-2017.数据中心设计规范[S].北京：中华人民共和国住房和城乡建设部，2017.
[2] GB 50217-2018.电力工程电缆设计标准[S].北京：中华人民共和国住房和城乡建设部，2018.
[3] GB 50150-2016.电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S].北京：中华人民共和国住房和城乡建设部，2016.
来源：数据中心基础设施运营管理
作者：张威，滕信根
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