網(wǎng)絡(luò)供配電實(shí)訓(xùn)報(bào)告3

天津電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院暨國(guó)家示范性軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)供配電施工與管理實(shí)訓(xùn)題目：網(wǎng)絡(luò)供配電施工與管理姓名：系別：專業(yè)：班級(jí)：指導(dǎo)教師：時(shí)間安排：2012年6月4日至2012年6月15日目錄1Ups電源系統(tǒng)………………42電源工作原理……………43控制電源…………………54電源工作過(guò)程……………55UPS系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)………66使用UPS有哪些注意事項(xiàng)…………………87UPS系統(tǒng)存在的問(wèn)題及發(fā)展方向…………88UPS電源在鐵路系統(tǒng)中的作用……………109典型車站信號(hào)系統(tǒng)UPS電源配置方案……1110信號(hào)電源UPS電源供電系統(tǒng)分析………11參考文獻(xiàn)……………………12摘要UPS（UninterruptiblePowerSystem），即不間斷電源，是一種含有儲(chǔ)能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。主要用于給單臺(tái)計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其它電力電子設(shè)備提供不間斷的電力供應(yīng)。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺(tái)交流市電穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷（事故停電）時(shí)，UPS立即將機(jī)內(nèi)電池的電能，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)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。UPS設(shè)備通常對(duì)電壓過(guò)大和電壓太低都提供保護(hù)。關(guān)鍵字：UPS供電電池電壓1UPS電源系統(tǒng)UPS電源系統(tǒng)由4部分組成：整流、儲(chǔ)能、變換和開關(guān)控制。其系統(tǒng)的穩(wěn)壓功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高頻開關(guān)整流器，本身具有可根據(jù)外電的變化控制輸出幅度的功能，從而當(dāng)外電發(fā)生變化時(shí)（該變化應(yīng)滿足系統(tǒng)要求），輸出幅度基本不變的整流電壓。凈化功能由儲(chǔ)能電池來(lái)完成，由于整流器對(duì)瞬時(shí)脈沖干擾不能消除，整流后的電壓仍存在干擾脈沖。儲(chǔ)能電池除可存儲(chǔ)直流直能的功能外，對(duì)整流器來(lái)說(shuō)就象接了一只大容器電容器，其等效電容量的大小，與儲(chǔ)能電池容量大小成正比。由于電容兩端的電壓是不能突變的，即利用了電容器對(duì)脈沖的平滑特性消除了脈沖干擾，起到了凈化功能，也稱對(duì)干擾的屏蔽。頻率的穩(wěn)定則由變換器來(lái)完成，頻率穩(wěn)定度取決于變換器的振蕩頻率的穩(wěn)定程度。為方便UPS電源系統(tǒng)的日常操作與維護(hù)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)工作開關(guān)，主機(jī)自檢故障后的自動(dòng)旁路開關(guān)，檢修旁路開關(guān)等開關(guān)控制。HTMLCONTROLForms.HTML:Image.1圖1.1系統(tǒng)工作開關(guān)如圖1.1所示，在電網(wǎng)電壓工作正常時(shí)，給負(fù)載供電如所示，而且，同時(shí)給儲(chǔ)能電池充電；當(dāng)突發(fā)停電時(shí)，UPS電源開始工作，由儲(chǔ)能電池工給負(fù)載所需電源，維持正常的生產(chǎn)（如粗黑→所示）；當(dāng)由于生產(chǎn)需要，負(fù)載嚴(yán)重過(guò)載時(shí)，由電網(wǎng)電壓經(jīng)整流直接給負(fù)載供電（如虛線所示）。UPS電源系統(tǒng)主要分兩大部分，主機(jī)和儲(chǔ)能電池。額定輸出功率的大小取決于主機(jī)部分，并與負(fù)載屬那種性質(zhì)有關(guān)，因?yàn)閁PS電源對(duì)不同性能的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力不同，通常負(fù)載功率應(yīng)滿足UPS電源70％的額定功率。儲(chǔ)能電池容量的選取當(dāng)負(fù)載功率確定后主要取決其后備時(shí)間的長(zhǎng)短，這個(gè)時(shí)間因各企業(yè)情況不同而不同，主要由備用電源的接入時(shí)間來(lái)定，通常在幾分鐘或幾個(gè)小時(shí)不等。萊鋼中小型棒材生產(chǎn)線因生產(chǎn)需要不允許斷電，因此，UPS電源系統(tǒng)在檢測(cè)到電網(wǎng)電壓中斷后，可自行啟動(dòng)供電，且隨著儲(chǔ)能電池慢慢放電，儲(chǔ)能電池的容量隨著時(shí)間會(huì)逐漸降低，考慮到壽命終止時(shí)儲(chǔ)能電池容量下降到50％并留有一定的余量，我廠UPS電源系統(tǒng)的工作時(shí)間當(dāng)儲(chǔ)能電池滿容量時(shí)為2小時(shí)，半容量為1小時(shí)。2電源工作原理電源工作原理：(1)變換：將電網(wǎng)來(lái)的交流電經(jīng)自耦變壓器降壓、全波整流、濾波變?yōu)橹绷麟妷?，供給逆變電路。AC-DC輸入有軟啟動(dòng)電路，可避免開機(jī)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。型：A4紙，雙面打?。?2)DC-AC逆變電路：采用大功率IGBT模塊全橋逆變電路，具有很大的功率富余量，在輸出動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)輸出阻抗特別小，具有快速響應(yīng)特性。由于采用高頻調(diào)制限流技術(shù)，及快速短路保護(hù)技術(shù)，使逆變器無(wú)論是供電電壓瞬變還是負(fù)載沖擊或短路，均可安全可靠地工作。3控制驅(qū)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)是完成整機(jī)功能控制的核心，它除了提供檢測(cè)、保護(hù)、同步以及各種開關(guān)和顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào)外，還完成SPWM正弦脈寬調(diào)制的控制，由于采用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)雙重電壓反饋。極大地改善了逆變器的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性。不間斷電源工作原理框圖如圖1.2所示。圖1.2不間斷電源工作原理框圖4電源工作過(guò)程當(dāng)市電正常380Vac時(shí)，直流主回路有直流電壓，供給DC-AC交流逆變器，輸出穩(wěn)定的220Vac交流電壓，同時(shí)市電對(duì)電流充電。當(dāng)任何時(shí)候市電欠壓或突然掉電，則由電池組通過(guò)隔離二極管開關(guān)向直流回路饋送電能。從電網(wǎng)供電到電池供電沒(méi)有切換時(shí)間。當(dāng)電池能量即將耗盡時(shí)，不間斷電源發(fā)出聲光報(bào)警，并在電池放電下限點(diǎn)停止逆變器工作，長(zhǎng)鳴告警。不間斷電源還有過(guò)載保護(hù)功能，當(dāng)發(fā)生超載（150%負(fù)載）時(shí)，跳到旁路狀態(tài)，并在負(fù)載正常時(shí)自動(dòng)返回。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重超載（超過(guò)200%額定負(fù)載）時(shí)，不間斷電源立即停止逆變器輸出并跳到旁路狀態(tài)，此時(shí)前面空氣開關(guān)也可能跳閘。消除故障后，只要合上開關(guān)，重新開機(jī)即開始恢復(fù)工作。為使不間斷電源充分工作，避免在過(guò)載或欠載下運(yùn)行，電源在開機(jī)前，首先計(jì)算負(fù)載容量。FR-UK型不間斷電源（標(biāo)稱額定功率）80%的阻性負(fù)載設(shè)計(jì)負(fù)載能力，一般帶計(jì)算機(jī)負(fù)載時(shí)可承受的按下式估算：∑i=1nPi≤P其中P為不間斷電源輸出容量（VA），P為第i個(gè)負(fù)載伏安數(shù)每套PLC功率：220V*0.5=110VA每臺(tái)操作站功率：220V*2A=440VAIBMPC客戶機(jī)及服務(wù)器：220V*1.5A=330VA則總功率：10*110VA+4*440VA+11*330VA=6490VA6490VA/0.8=8112VA因此，在這條棒材生產(chǎn)線上，采用10KVA的不間斷電源比較合適。5．UPS系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)現(xiàn)在的UPS，特別是中大型UPS，已經(jīng)不是一臺(tái)電網(wǎng)停電后可以繼續(xù)向負(fù)載供電的整機(jī)產(chǎn)品，隨著UPS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，它應(yīng)該成為一個(gè)小型的，或者說(shuō)局部的高度可靠、性能齊全、高度智能化的供電中心。而在網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，UPS已經(jīng)成為一個(gè)高度智能化的設(shè)備，它要對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的硬件設(shè)備、運(yùn)行程序和數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的傳輸途徑進(jìn)行全面地保護(hù)，使之成為不間斷網(wǎng)絡(luò)。UPS不僅向由它直接供電的各種硬件設(shè)備提供全面的保護(hù)，還應(yīng)該向它們所運(yùn)行的軟件以及數(shù)據(jù)傳輸途徑提供絕對(duì)安全可靠的保護(hù)，這就意味著，UPS可配置相應(yīng)的電源監(jiān)控軟件，SNMP（簡(jiǎn)單網(wǎng)管協(xié)議）管理器，使其具有遠(yuǎn)程管理能力，使用戶可執(zhí)行UPS與網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)之間的監(jiān)控和數(shù)據(jù)通信操作。

具體來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)UPS供電系統(tǒng)具有的技術(shù)特性包括：

1．高可靠性

具有能提供365天(24小時(shí))連續(xù)提供高質(zhì)量的UPS“逆變器電源”的供電能力。這就意味著，在UPS供電系統(tǒng)的運(yùn)行中既不允許出現(xiàn)任何瞬間供電中斷/停電事故，也不允許在UPS運(yùn)行中，出現(xiàn)由普通的市電經(jīng)交流旁路直接向用戶的負(fù)載供電的局面。為此，要求UPS供電系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求：

UPS單機(jī)本身的“故障率”低，目前大型UPS產(chǎn)品的平均無(wú)故障工作時(shí)間（MTBF）為20～40萬(wàn)小時(shí)。

采用具有高度“容錯(cuò)”功能的“N＋1”型UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)一步提高UPS供電系統(tǒng)的可靠性。（“1＋1”型冗余并機(jī)系統(tǒng)的典型MTBF值可達(dá)140～200萬(wàn)小時(shí)左右）。

在整套UPS供電系統(tǒng)中，不應(yīng)存在“單點(diǎn)瓶頸”性故障隱患。

允許在UPS“逆變器電源”連續(xù)供電的條件下，執(zhí)行“不停電”的維護(hù)和檢修操作。

萬(wàn)一在用戶設(shè)備端出現(xiàn)“短路”故障時(shí)，應(yīng)將“故障”的影響范圍縮小到盡可能小的范圍。

2．高抗干擾性

UPS供電系統(tǒng)能為互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備獲得100%的高“可利用率”（低“誤碼率”，低數(shù)據(jù)傳輸“丟包率”，高網(wǎng)絡(luò)“接通率”），創(chuàng)造優(yōu)良的運(yùn)行環(huán)境。

大量的運(yùn)行實(shí)踐表明：“電源干擾”問(wèn)題是造成互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的“可利用率”下降的重要原因之一。能否盡可能地消除“電源干擾”是確保信息網(wǎng)絡(luò)能否獲得100%的高“可利用率”的關(guān)鍵所在。在此需說(shuō)明的是：“電源干擾”不僅來(lái)源于普通的市電電網(wǎng)，它還來(lái)源于“設(shè)計(jì)不完善”的UPS電源本身及用戶的互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備本身。這是因?yàn)榕渲迷贗DC（互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）和MDC（多媒體數(shù)據(jù)中心）機(jī)房?jī)?nèi)的服務(wù)器、磁盤陳列機(jī)、交換機(jī)等均內(nèi)置有“開關(guān)電源”。這種“整流濾波型”非線性負(fù)載會(huì)向UPS供電系統(tǒng)反射3次～23次低次諧波“干擾”，其可能帶來(lái)的惡果之一是降低語(yǔ)音通話質(zhì)量。實(shí)踐證明：過(guò)大和過(guò)頻出現(xiàn)“電源干擾”，輕者會(huì)導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)的傳輸速率下降、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的數(shù)據(jù)“丟包率”增大、modem的上網(wǎng)“掉線率”增大等隱形故障出現(xiàn)，從而導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備被迫進(jìn)入“降額”使用狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。舉個(gè)例子，如果將用戶向網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商租用“帶寬”為64Kbit/s專線時(shí)所需付的費(fèi)用作為1計(jì)算的話，當(dāng)用戶租用10Mbit/s和150Mbit/s的網(wǎng)線使用權(quán)時(shí)所需支付的費(fèi)用將分別增到34和210倍。由此可見，如果因“電源干擾”問(wèn)題或電磁兼容EMC問(wèn)題而導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入“降額使用”狀態(tài)的話，它會(huì)給網(wǎng)絡(luò)的利潤(rùn)帶來(lái)多大的損失。從這個(gè)角度來(lái)看，高速信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展在給UPS產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大商機(jī)的同時(shí)，也對(duì)UPS供電所能提供的電源質(zhì)量提出更為嚴(yán)格的要求。

3.具有防雷擊、抗高能浪涌的功能

雷擊、閃電及電網(wǎng)上的高能浪涌嚴(yán)重威脅UPS系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的安全。如無(wú)相應(yīng)的保護(hù)措施，將造成UPS系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的硬件和軟件的損壞。UPS應(yīng)具有這方面的保護(hù)電路，其指標(biāo)應(yīng)符合國(guó)家及國(guó)際安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。

4.過(guò)載能力強(qiáng)

由于計(jì)算機(jī)等負(fù)載屬于整流型負(fù)載，在啟動(dòng)時(shí)往往有較大的瞬態(tài)沖擊電流，如果UPS的過(guò)載能力弱，有可能造成嚴(yán)重后果導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常安全的運(yùn)行。

5.智能化監(jiān)控

在UPS和計(jì)算機(jī)/網(wǎng)絡(luò)之間建立起雙向通信監(jiān)控管理功能。利用監(jiān)控軟件監(jiān)控管理UPS的運(yùn)行、操作。當(dāng)市電中斷或UPS電池低電位時(shí)，監(jiān)控軟件可做到將計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)自動(dòng)安全存盤、系統(tǒng)安全關(guān)機(jī)然后關(guān)閉UPS，避免因電力突然中斷而造成操作系統(tǒng)的損壞和數(shù)據(jù)資料的損失，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整性保護(hù)。6使用UPS有哪些注意事項(xiàng)1）UPS的使用環(huán)境應(yīng)注意通風(fēng)良好，利于散熱，并保持環(huán)境的清潔。2）切勿帶感性負(fù)載，如點(diǎn)鈔機(jī)、日光燈、空調(diào)等，以免造成損壞。3）UPS的輸出負(fù)載控制在60%左右為最佳，可靠性最高。4）UPS帶載過(guò)輕（如1000VA的UPS帶100VA負(fù)載）有可能造成電池的深度放電，會(huì)降低電池的使用壽命，應(yīng)盡量避免。5）適當(dāng)?shù)姆烹?，有助于電池的激活，如長(zhǎng)期不停市電，每隔三個(gè)月應(yīng)人為斷掉市電用UPS帶負(fù)載放電一次，這樣可以延長(zhǎng)電池的使用壽命。6）對(duì)于多數(shù)小型UPS，上班再開UPS，開機(jī)時(shí)要避免帶載啟動(dòng)，下班時(shí)應(yīng)關(guān)閉UPS；對(duì)于網(wǎng)絡(luò)機(jī)房的UPS，由于多數(shù)網(wǎng)絡(luò)是24小時(shí)工作的，所以UPS也必須全天候運(yùn)行。7）UPS放電后應(yīng)及時(shí)充電，避免電池因過(guò)度自放電而損壞。。7、8UPS電源在鐵路系統(tǒng)中的應(yīng)用改革開放以來(lái),隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,生活水平不斷提高,人們公務(wù)外出、旅游觀光、探親訪友的社會(huì)活動(dòng)與日俱增,因此出現(xiàn)了客運(yùn)繁忙的景象,各種運(yùn)輸方式的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈,而鐵路運(yùn)輸以其安全、舒適、價(jià)廉、快速和全天候占有優(yōu)勢(shì)。為了保障高速鐵路運(yùn)行的安全、高效、可靠,配置一套科學(xué)、合理的信號(hào)系統(tǒng)成為鐵道部關(guān)注的重點(diǎn)。我國(guó)鐵路已跨入“高速時(shí)代”,計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)和微機(jī)自動(dòng)閉塞控制系統(tǒng)等在鐵路信號(hào)新技術(shù)中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,這些新技術(shù)系統(tǒng)對(duì)供電質(zhì)量的要求較之傳統(tǒng)的技術(shù)系統(tǒng)大大提高,任何偶然、短暫的供電中斷都可能造成難以估量的損失,甚至對(duì)鐵路的行車安全產(chǎn)生極大威脅。因此,采用UPS電源作為其電源保障也隨之日益普遍。在鐵道部鐵運(yùn)[2008]19號(hào)文件“關(guān)于客運(yùn)專線信號(hào)系統(tǒng)若干問(wèn)題的指導(dǎo)意見”中提出,為確保客運(yùn)專線信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量,充分滿足高安全性、高可靠性和高可用性需求,客運(yùn)專線信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)化方案設(shè)計(jì)并采用高質(zhì)量的信號(hào)產(chǎn)品。對(duì)信號(hào)電源系統(tǒng)的要求:客運(yùn)專線車站及中繼站信號(hào)電源應(yīng)按照雙套大容量UPS電源備用方式配備電源,UPS容量負(fù)荷按照除轉(zhuǎn)轍機(jī)外的所有用電量計(jì)算,有維護(hù)人員值守的車站UPS電源供電持續(xù)時(shí)間不應(yīng)小于30min,沒(méi)有維護(hù)人員值守的車站UPS供電持續(xù)時(shí)間不應(yīng)小于2h。自從《鐵路“十一五”規(guī)劃》及工作實(shí)施以來(lái),鐵道部從優(yōu)化運(yùn)輸能耗結(jié)構(gòu)、減少石油類消耗、提高鐵路資源能源利用效率的角度出發(fā),加快鐵路建設(shè)步伐和項(xiàng)目前期工作推進(jìn),節(jié)能降耗、污染減排取得了顯著的成效。而保障鐵路行車安全性運(yùn)行的基礎(chǔ)信號(hào)系統(tǒng),提高系統(tǒng)對(duì)電能的利用效率、降低耗電量更是責(zé)無(wú)旁貸。9典型車站信號(hào)系統(tǒng)UPS電源配置方案信號(hào)系統(tǒng)的負(fù)載容量典型值為15kW電源的統(tǒng)計(jì)情況,包括三相電源輸入,計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖,4kVA容量的25Hz軌道電路等。如圖3.2.圖3.2車站信號(hào)系統(tǒng)電源情況考慮UPS電源負(fù)載百分比選取70%工作,UPS電源負(fù)載功率因數(shù)PF為0.8,選取UPS額定容量=15kW/70%/0.8=27kVA,那么UPS電源主機(jī)容量為30kVA即可滿足負(fù)荷的需求,UPS電源供電系統(tǒng)配置方案如圖3.3所示圖3.3ups供電系統(tǒng)配置方案10信號(hào)電源UPS電源供電系統(tǒng)分析采用兩臺(tái)30kVAUPS電源構(gòu)成“1+1”冗余并機(jī)，輸入采用兩路市電，經(jīng)ATS自動(dòng)切換后給UPS電源輸入。兩臺(tái)UPS電源并聯(lián)共用兩組電池組，如圖3.4所示。圖3.41+1”并聯(lián)冗余共用電池方案系統(tǒng)圖UPS標(biāo)配雙回路輸入功能,提高系統(tǒng)可靠性。內(nèi)置維護(hù)旁路設(shè)計(jì),便于系統(tǒng)檢修及維護(hù)。雙回路輸入設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)主輸入供電回路與旁路隔離,分別采用兩路不同市電,大幅度提高系統(tǒng)可靠性。采用“1+1”冗余并機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì),大幅度提高UPS可靠性。NT系列UPS電源單機(jī)MTBF大于300000h,單機(jī)可靠度大于99.99%,采用“1+1”并機(jī)大于99.999%。另外，NT系列UPS電源可提供強(qiáng)大的并機(jī)能力,無(wú)需并機(jī)卡即可并機(jī),最多支持8臺(tái)并機(jī),并且可以在線不斷電擴(kuò)容,滿足后