UPS供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)

1、UPS供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)中國(guó)計(jì)算機(jī)用戶協(xié)中國(guó)計(jì)算機(jī)用戶協(xié)會(huì)機(jī)房設(shè)備應(yīng)用分會(huì)專家組中國(guó)人民銀行清算總中心高級(jí)工程師王力堅(jiān)可靠的供電是穩(wěn)定業(yè)務(wù)運(yùn)行的基本條件 電壓和頻率是衡量電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的兩個(gè)基本參數(shù) 在電能的傳送和分配過(guò)程中，要求電力系統(tǒng)供電安全可靠，停電次數(shù)少而且停電時(shí)間短，電壓變動(dòng)小，頻率變化小，波形畸變小等。 市電電源主要問(wèn)題 中斷(power failure) 指市電中斷并且持續(xù)至少兩個(gè)周期到數(shù)小時(shí)的情況，主要由：線路上的斷路器跳閘、市電供應(yīng)中斷、線路中斷等引起。 斷電斷電市電電源主要問(wèn)題 電壓突降(power sags) 指市電電壓有效值介于額定值的80%至85%之間的低壓狀態(tài)，

2、并且持續(xù)時(shí)間達(dá)一個(gè)到數(shù)個(gè)周期，主要由：大型設(shè)備開(kāi)機(jī)、大型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或大型電力變壓器接入等引起。 市電電源主要問(wèn)題 電壓起伏及閃爍(brownout) 指市電電壓有效值低于額定值，并且持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，其產(chǎn)生原因包括：大型設(shè)備啟動(dòng)和應(yīng)付、主電力線切換、啟動(dòng) 大型電動(dòng)機(jī)、線路過(guò)載等。 電壓波動(dòng)電壓波動(dòng)市電電源主要問(wèn)題 脈沖電壓 (high voltage spikes) 指峰值達(dá)6000v，持續(xù)時(shí)間從萬(wàn)分之一秒至二分之一周期 (10ms)的電壓，主要由于雷擊、電弧放電、靜態(tài)放電 或大型設(shè)備的開(kāi)關(guān)操作而產(chǎn)生。 尖峰尖峰市電電源主要問(wèn)題 電壓浪涌 (power surges) 指輸出電壓有效值高于額定值1

3、10%，而且持續(xù)時(shí)間達(dá)到一個(gè)或數(shù)個(gè)周期，主要是由于在電網(wǎng)上連接大型設(shè)備關(guān)機(jī)時(shí)，電網(wǎng)因突然卸載而產(chǎn)生的高壓。 浪涌浪涌市電電源主要問(wèn)題 頻率變化 (frequency variation) 指市電頻率的變化超過(guò)3HZ以上，原因?yàn)椋簯?yīng)急發(fā)電機(jī)不 穩(wěn)定運(yùn)行，或由頻率不穩(wěn)定的電源供電所致。 頻率波動(dòng)頻率波動(dòng)市電電源主要問(wèn)題 雜波干擾(noise) 指射頻干擾(RFI)和電磁干擾(EFI)以及其他各種高頻干擾，如馬達(dá)的運(yùn)行、斷電器的動(dòng)作、馬達(dá)控制器的工作、廣播發(fā)射、微波幅射以及電氣風(fēng)暴等。電子噪音電子噪音市電電源主要問(wèn)題解決方案 穩(wěn)壓電源 隔離變壓器 飛輪穩(wěn)壓裝置 發(fā)電機(jī) UPS 性能良好的UPS可提供

4、非常準(zhǔn)確的電壓穩(wěn)定度、頻率穩(wěn)定度，能基本解決市電電源問(wèn)題 UPS按工作原理分可分為 離線式（off line） 在線式（on line） UPS按輸入輸出方式可分為 單相輸入單相輸出 三相輸入單相輸出 三相輸入三相輸出 UPS按容量可分為 小功率 5KVA以下 中功率 5KVA30KVA 大功率 30KVA以上 UPS按備用時(shí)間可分為 標(biāo)準(zhǔn)型UPS備用時(shí)間為5-25分鐘 長(zhǎng)效型。UPS備用時(shí)間為1-8小時(shí) UPS按結(jié)構(gòu)形態(tài)可分為 塔式機(jī) 模塊化UPSUPS基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 整流器 逆變器 旁通開(kāi)關(guān)（靜態(tài)/手動(dòng)） 蓄電池組 控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)BypassOutput ACDCAC DC整流器整流器升壓

5、電路升壓電路靜態(tài)旁路靜態(tài)旁路逆變器逆變器蓄電池蓄電池充電器充電器UPSUPS的配置的配置 負(fù)載種類和特性 負(fù)載容量 電池計(jì)算 發(fā)電機(jī)組與發(fā)電機(jī)組與UPSUPS功率匹配計(jì)算功率匹配計(jì)算 配置模式模式 供電方案 接地負(fù)載種類和特性 容性 感性 阻性 計(jì)算機(jī)負(fù)載 功率因數(shù)為0.8 波峰系數(shù)大于3：1 系統(tǒng)容量 系統(tǒng)容量指的是交流供電時(shí)，供電設(shè)備所能提供的最大功率。UPS供電時(shí)額定功率表示千伏安（KVA），發(fā)電機(jī)額定功率是千瓦（KW）。伏安表示的是視在功率，瓦表示的是有功功率。這在實(shí)際應(yīng)用中是有很大的區(qū)別的，只有在理想情況下，它們的功率因數(shù)都等于1時(shí)，在數(shù)值上是相等的。 電池計(jì)算 計(jì)算公式計(jì)算公式:

6、電池組提供的功率電池組提供的功率=UPS容量UPS輸出功率因數(shù)UPS逆變的效率 每只電池提供的功率每只電池提供的功率=電池組提供的功率電池個(gè)數(shù)發(fā)電機(jī)組與發(fā)電機(jī)組與UPSUPS功率匹配計(jì)算功率匹配計(jì)算 eKW = pfKV.A bKW = eKW / eff KV.A=發(fā)電機(jī)的KV.A輸出 eKW電功率 bKW發(fā)動(dòng)機(jī)功率 eff發(fā)電機(jī)效率 pf相連接的負(fù)載的功率因數(shù)配置模式模式 集中供電方案 負(fù)載比較集中，集中便于管理 分散供電方案 負(fù)載比較分散，且各負(fù)載之間比較獨(dú)立，對(duì)供電質(zhì)量要求較高 可靠性高：供電方式 電源管理 布線要求 可靠性 成本 集中供電 容易 高 較低 低 分散供電 不易 低 較高

7、 高兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)列表如下UPS單機(jī)供電方案 UPS雙機(jī)串聯(lián)供電方案 UPS雙機(jī)并聯(lián)供電方案 UPS雙機(jī)雙母線輸出方案 UPS 11并機(jī)雙母線冗余方案 UPS電源的作用電源的作用 在線UPS能基本解決市電電源問(wèn)題 UPS集電力電子技術(shù)之大成 惡劣苛刻的條件下長(zhǎng)期工作 事故總數(shù)5070%是由于配電系統(tǒng)中其它環(huán)節(jié)人為操作和維護(hù)問(wèn)題引起的 IT接地系統(tǒng)(浮空)TN-C接地系統(tǒng) -C-S接地系統(tǒng)TNTT接地系統(tǒng) TN-S接地系統(tǒng) 接地類型接地類型接 地機(jī)房接地原則：（機(jī)房接地原則：（1 1）等電位（）等電位（2 2）共地）共地 (3)(3)宜宜重復(fù)接地重復(fù)接地供電系統(tǒng)1供電系統(tǒng)2負(fù)載系統(tǒng)1負(fù)載系統(tǒng)2

8、負(fù)載系統(tǒng)N接 地機(jī)架式模塊化UPS與傳統(tǒng)UPS相比有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì) 安裝簡(jiǎn)單，擴(kuò)容方便，節(jié)約投資 并聯(lián)冗余，運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高 維修方便，在線更換，可用性高 模塊化UPS構(gòu)造分類 一類是功率模塊化的的UPS （APC公司的Symmetra MW ）模塊化UPS構(gòu)造分類 一類是完全模塊化的（ NEWAVE公司CONCEPTPOWER系列 ）冗余并機(jī)對(duì)可用性的影響冗余并機(jī)對(duì)可用性的影響單臺(tái)可用度Ai(t) 0.9 0.99 0.9991+1并機(jī) 0.99 0.9999 0.9999991+2并機(jī) 0.999 0.999999 0.9999999992+1并機(jī) 0.97 0.9997 0.999997

9、211iAA311iAA3211iAA模塊化UPS的發(fā)展方向 提高功率密度，把單體模塊功率做大 。 破并聯(lián)臺(tái)數(shù)限制，把整機(jī)功率做大 。 把市場(chǎng)推廣做上去，把價(jià)格水平降下來(lái) 。模塊化應(yīng)用現(xiàn)狀 完全的模塊化系統(tǒng)，無(wú)共用系統(tǒng)組件 目前單體模塊容量最大達(dá)200KVA 高可靠性，N+1至N+m自動(dòng)提供 在中國(guó)有最大的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng) 不同功率的模塊可同柜共用 每個(gè)模塊可單獨(dú)接電池，電池電壓大范圍可調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中特別要注意的問(wèn)題零地電壓 零地電壓的形成原因 三相電源配電時(shí)負(fù)載不平衡 接地電阻不符合規(guī)范要求 N線、PE線線徑不夠或斷路 高頻諧波引起電位升高電磁場(chǎng)干擾 使用UPS、電子穩(wěn)壓器等電子供電設(shè)備無(wú)零地電壓

10、控制能力 使用的插線板不符合電器標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中特別要注意的問(wèn)題零地電壓 零地電壓的危害 零地電壓對(duì)負(fù)載的影響，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面(一)引起硬件故障、燒毀設(shè)備。（二）引發(fā)控制信號(hào)的誤動(dòng)作。（三）影響通信質(zhì)量，延誤或阻止通信的正常進(jìn)行。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中特別要注意的問(wèn)題零地電壓 零地電壓的控制 平衡負(fù)載 降低接地電阻 選用綠色的，諧波干擾符合國(guó)家規(guī)定的用電設(shè)備 選用有零地電壓控制能力或零地電壓升小的UPS 嚴(yán)格監(jiān)管供配電的二次裝修的電氣施工 加裝隔率變壓器 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中特別要注意的問(wèn)題漏電保護(hù)器 保護(hù)器的工作原理 電流型漏電保護(hù)器 如果發(fā)生了漏電，相線、中性線的電流向量和不等于零 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中特別要注意的問(wèn)題

11、漏電保護(hù)器 計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)類設(shè)備相地之間允許有電流泄露 UPS火線，零線，地線上有抗浪涌，協(xié)波電路漏電電流 UPS的輸出逆變器會(huì)引起中線 N 有電流 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中特別要注意的問(wèn)題漏電保護(hù)器 安裝漏電保護(hù)器 ，對(duì)人員觸電起不到保護(hù)作用 安裝漏電保護(hù)器 ，會(huì)引起誤報(bào)警斷電 勉強(qiáng)安裝漏電保護(hù)器后，存在真正漏電事故不能有效監(jiān)控的潛在隱患 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中特別要注意的問(wèn)題輸入諧波電流 整流器都是UPS必不可少的組成部分 為調(diào)壓可控硅整流只能斬掉一部分輸入電 流 最大缺點(diǎn)就是對(duì)電網(wǎng)的干擾問(wèn)題 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中特別要注意的問(wèn)題輸入諧波電流 IGBT整流技術(shù)的整流器利用高頻切換脈寬調(diào)制電流，達(dá)到正弦波式輸入電流的目的 結(jié)構(gòu)設(shè)

12、計(jì)中特別要注意的問(wèn)題輸入諧波電流 輸入功率因數(shù)輸入諧波電流（對(duì)電網(wǎng)污染）無(wú)功損耗 輸入配置容量與發(fā)電機(jī)組功率匹配比輸入電壓范圍6脈沖整流（濾波器）0.650.8027%35%20%30%1:1.25 1:2.510%12脈沖整流（濾波器）0.800.9010%15%10%15%1:1.151:1.510%IGBT高頻整流0.993%1%1:1 1:1+15%30%UPS使用中的注意要點(diǎn)使用中的注意要點(diǎn) 要給UPS一個(gè)良好的工作環(huán)境 注意UPS電源輸出連接的安全 使用UPS的時(shí)候要計(jì)算負(fù)載的大小 要注意UPS的實(shí)際放電時(shí)間 要特別關(guān)注的就是蓄電池 一個(gè)良好的工作環(huán)境 工作溫度是22左右 溫度過(guò)底

13、會(huì)使電池的容量降低 溫度過(guò)高也會(huì)導(dǎo)致UPS工作不穩(wěn)定 要注意在使用UPS時(shí)的開(kāi)關(guān)機(jī)順序 連接的安全 開(kāi)關(guān)的分級(jí) 開(kāi)關(guān)的除塵，測(cè)溫 電纜安全 特別要注意的末級(jí)插座計(jì)算負(fù)載的大小 負(fù)載過(guò)大的危害 負(fù)載過(guò)小的危害 合理的負(fù)載應(yīng)該控制在50%到80%之間 UPS輸出負(fù)載控制在60%左右為最佳 開(kāi)關(guān)機(jī)順序 先打開(kāi)UPS供電 避免啟動(dòng)時(shí)瞬間的電流沖擊 關(guān)機(jī)時(shí)的順序正好相反 實(shí)際放電時(shí)間 UPS顯示電池放電時(shí)不準(zhǔn) 在電池保養(yǎng)不當(dāng)或老化得情況下，顯示時(shí)間與實(shí)際后備時(shí)間會(huì)有很大誤差。 要注意校正蓄電池 一個(gè)不間斷電源（UPS）系統(tǒng)中 要特別關(guān)注的蓄電池 免維護(hù)密封鉛電池也要維護(hù) 對(duì)對(duì)UPS未來(lái)發(fā)展的一些希望未來(lái)發(fā)展的一些希望 智能化 數(shù)字化 高頻化 冗余并機(jī)技術(shù) 綠色化 智能