UPS供電系統(tǒng)的設(shè)計與維護

1、UPS供電系統(tǒng)的設(shè)計與維護中國計算機用戶協(xié)中國計算機用戶協(xié)會機房設(shè)備應(yīng)用分會專家組中國人民銀行清算總中心高級工程師王力堅可靠的供電是穩(wěn)定業(yè)務(wù)運行的基本條件 電壓和頻率是衡量電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的兩個基本參數(shù) 在電能的傳送和分配過程中，要求電力系統(tǒng)供電安全可靠，停電次數(shù)少而且停電時間短，電壓變動小，頻率變化小，波形畸變小等。 市電電源主要問題 中斷(power failure) 指市電中斷并且持續(xù)至少兩個周期到數(shù)小時的情況，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)時間達一個到數(shù)個周期，主要由：大型設(shè)備開機、大型電動機啟動或大型電力變壓器接入等引起。 市電電源主要問題 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)較長時間，其產(chǎn)生原因包括：大型設(shè)備啟動和應(yīng)付、主電力線切換、啟動 大型電動機、線路過載等。 電壓波動電壓波動市電電源主要問題 脈沖電壓 (high voltage spikes) 指峰值達6000v，持續(xù)時間從萬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)備的開關(guān)操作而產(chǎn)生。 尖峰尖峰市電電源主要問題 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)時間達到一個或數(shù)個周期，主要是由于在電網(wǎng)上連接大型設(shè)備關(guān)機時，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題 頻率變化 (frequency variation) 指市電頻率的變化超過3HZ以上，原因為：應(yīng)急發(fā)電機不 穩(wěn)定運行，或由頻率不穩(wěn)定的電源供電所致。 頻率波動頻率波動市電電源主要問題 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，如馬達的運行、斷電器的動作、馬達控制器的工作、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 UPS 性能良好的UPS可提供

4、非常準確的電壓穩(wěn)定度、頻率穩(wěn)定度，能基本解決市電電源問題 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按備用時間可分為 標準型UPS備用時間為5-25分鐘 長效型。UPS備用時間為1-8小時 UPS按結(jié)構(gòu)形態(tài)可分為 塔式機 模塊化UPSUPS基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 整流器 逆變器 旁通開關(guān)（靜態(tài)/手動） 蓄電池組 控制監(jiān)測系統(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 負載種類和特性 負載容量 電池計算 發(fā)電機組與發(fā)電機組與UPSUPS功率匹配計算功率匹配計算 配置模式模式 供電方案 接地負載種類和特性 容性 感性 阻性 計算機負載 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，供電設(shè)備所能提供的最大功率。UPS供電時額定功率表示千伏安（KVA），發(fā)電機額定功率是千瓦（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，在數(shù)值上是相等的。 電池計算 計算公式計算公式:

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數(shù)發(fā)電機組與發(fā)電機組與UPSUPS功率匹配計算功率匹配計算 eKW = pfKV.A bKW = eKW / eff KV.A=發(fā)電機的KV.A輸出 eKW電功率 bKW發(fā)動機功率 eff發(fā)電機效率 pf相連接的負載的功率因數(shù)配置模式模式 集中供電方案 負載比較集中，集中便于管理 分散供電方案 負載比較分散，且各負載之間比較獨立，對供電質(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)缺點列表如下UPS單機供電方案 UPS雙機串聯(lián)供電方案 UPS雙機并聯(lián)供電方案 UPS雙機雙母線輸出方案 UPS 11并機雙母線冗余方案 UPS電源的作用電源的作用 在線UPS能基本解決市電電源問題 UPS集電力電子技術(shù)之大成 惡劣苛刻的條件下長期工作 事故總數(shù)5070%是由于配電系統(tǒng)中其它環(huán)節(jié)人為操作和維護問題引起的 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 地機房接地原則：（機房接地原則：（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負載系統(tǒng)1負載系統(tǒng)2

8、負載系統(tǒng)N接 地機架式模塊化UPS與傳統(tǒng)UPS相比有相當大的優(yōu)勢 安裝簡單，擴容方便，節(jié)約投資 并聯(lián)冗余，運行穩(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 ）冗余并機對可用性的影響冗余并機對可用性的影響單臺可用度Ai(t) 0.9 0.99 0.9991+1并機 0.99 0.9999 0.9999991+2并機 0.999 0.999999 0.9999999992+1并機 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)臺數(shù)限制，把整機功率做大 。 把市場推廣做上去，把價格水平降下來 。模塊化應(yīng)用現(xiàn)狀 完全的模塊化系統(tǒng)，無共用系統(tǒng)組件 目前單體模塊容量最大達200KVA 高可靠性，N+1至N+m自動提供 在中國有最大的實際應(yīng)用系統(tǒng) 不同功率的模塊可同柜共用 每個模塊可單獨接電池，電池電壓大范圍可調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計中特別要注意的問題零地電壓 零地電壓的形成原因 三相電源配電時負載不平衡 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干擾 使用UPS、電子穩(wěn)壓器等電子供電設(shè)備無零地電壓

10、控制能力 使用的插線板不符合電器標準結(jié)構(gòu)設(shè)計中特別要注意的問題零地電壓 零地電壓的危害 零地電壓對負載的影響，主要表現(xiàn)在三個方面(一)引起硬件故障、燒毀設(shè)備。（二）引發(fā)控制信號的誤動作。（三）影響通信質(zhì)量，延誤或阻止通信的正常進行。結(jié)構(gòu)設(shè)計中特別要注意的問題零地電壓 零地電壓的控制 平衡負載 降低接地電阻 選用綠色的，諧波干擾符合國家規(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)計中特別要注意的問題漏電保護器 保護器的工作原理 電流型漏電保護器 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)計中特別要注意的問題

11、漏電保護器 計算機與網(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的輸出逆變器會引起中線 N 有電流 結(jié)構(gòu)設(shè)計中特別要注意的問題漏電保護器 安裝漏電保護器 ，對人員觸電起不到保護作用 安裝漏電保護器 ，會引起誤報警斷電 勉強安裝漏電保護器后，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)計中特別要注意的問題輸入諧波電流 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 最大缺點就是對電網(wǎng)的干擾問題 結(jié)構(gòu)設(shè)計中特別要注意的問題輸入諧波電流 IGBT整流技術(shù)的整流器利用高頻切換脈寬調(diào)制電流，達到正弦波式輸入電流的目的 結(jié)構(gòu)設(shè)

12、計中特別要注意的問題輸入諧波電流 輸入功率因數(shù)輸入諧波電流（對電網(wǎng)污染）無功損耗 輸入配置容量與發(fā)電機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使用中的注意要點使用中的注意要點 要給UPS一個良好的工作環(huán)境 注意UPS電源輸出連接的安全 使用UPS的時候要計算負載的大小 要注意UPS的實際放電時間 要特別關(guān)注的就是蓄電池 一個良好的工作環(huán)境 工作溫度是22左右 溫度過底

13、會使電池的容量降低 溫度過高也會導(dǎo)致UPS工作不穩(wěn)定 要注意在使用UPS時的開關(guān)機順序 連接的安全 開關(guān)的分級 開關(guān)的除塵，測溫 電纜安全 特別要注意的末級插座計算負載的大小 負載過大的危害 負載過小的危害 合理的負載應(yīng)該控制在50%到80%之間 UPS輸出負載控制在60%左右為最佳 開關(guān)機順序 先打開UPS供電 避免啟動時瞬間的電流沖擊 關(guān)機時的順序正好相反 實際放電時間 UPS顯示電池放電時不準 在電池保養(yǎng)不當或老化得情況下，顯示時間與實際后備時間會有很大誤差。 要注意校正蓄電池 一個不間斷電源（UPS）系統(tǒng)中 要特別關(guān)注的蓄電池 免維護密封鉛電池也要維護 對對UPS未來發(fā)展的一些希望未來發(fā)展的一些希望 智能化 數(shù)字化 高頻化 冗余并機技術(shù) 綠色化 智能