UPS電源 UPS逆變器系統結構配置與選擇及故障處理措施 KIA MOS管
信息來(lái)源:本站 日期:2018-05-11
UPS逆變器逆變電源和UPS供電系統在功能和原理上大致相同,它們都能實(shí)現以下兩方面的功能: 1.提供一種能夠調節電壓變化、消除各種電氣干擾、提供高質(zhì)量電源供應的途徑;2.在交流市電出現故障時(shí),能夠保證必要的后備供電能力。二者最大的區別就是UPS需要配置蓄電池組,后備時(shí)間較短,而逆變電源無(wú)需配置蓄電池,可直接利用通信機房的各等級電壓直流屏,其容量較大,可以長(cháng)時(shí)間地保證網(wǎng)絡(luò )運行的不間斷。
具體來(lái)講,UPS供電系統由UPS機頭和蓄電池組兩部分構成,以交流市電作為電源輸入,當交流市電出現故障時(shí),UPS機頭將蓄電池組儲存的直流轉換為交流進(jìn)行供電; 而逆變電源供電系統只需要在網(wǎng)絡(luò )設備機房安裝一臺逆變電源即可,逆變電源具有交流和直流兩路輸入,交流輸入為交流市電,而直流輸入從支流屏引入。當交流市電處于正常工作時(shí),經(jīng)過(guò)整流器整流為直流,再經(jīng)逆變器變換為穩頻穩壓的交流向負載供電。當交流市電或整流器發(fā)生故障時(shí),直流直接經(jīng)過(guò)逆變器變換為交流向負載供電。逆變電源進(jìn)行交直流供電轉換的時(shí)候沒(méi)有延遲,可以最大限度地保證網(wǎng)絡(luò )供電質(zhì)量。另外,對于網(wǎng)絡(luò )管理部門(mén)來(lái)講,使用逆變電源的另一優(yōu)勢就是不用像UPS供電系統一樣需要對蓄電池進(jìn)行定期維護,同時(shí),直流屏的可靠性要比蓄電池組高。
如果擔心逆變電源設備本身故障會(huì )對計算機網(wǎng)絡(luò )的正常運行造成影響,可以配置兩臺逆變電源,將兩臺逆變電源設置為互備的運行方式,當其中任何一臺逆變電源出現設備故障停機時(shí),另一臺逆變電源會(huì )立刻接管負載的供電工作,設備之間的切換沒(méi)有延遲。管理員可以不需要中斷計算機網(wǎng)絡(luò )的電源供應就可對出現故障的設備進(jìn)行維修或更換,這樣就更進(jìn)一步提高了網(wǎng)絡(luò )供電系統的可靠性。
上文中也提到,逆變電源的應用需要企業(yè)具備直流系統,因此逆變電源的應用范圍不像UPS那樣廣泛。但是電力、通信等相關(guān)行業(yè)都具備自己的直流系統,在這些領(lǐng)域,逆變電源可以出色地為計算機網(wǎng)絡(luò )系統提供高質(zhì)量的電源供應。例如,筆者所在的供電企業(yè),在進(jìn)行計算機網(wǎng)絡(luò )擴充的時(shí)候,新增的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)位于一座綜合建筑物內,該建筑物由室內變電站和辦公區域構成,由于變電站都具有直流系統,因此在設計該網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)供電方式的時(shí)候,選擇了機架式的逆變電源,交流市電作為交流輸入,從變電站的直流屏引入直流。機架式逆變電源在此次網(wǎng)絡(luò )擴充中的應用,不僅為網(wǎng)絡(luò )設備提供了高質(zhì)量、高可靠性的電源供應,同時(shí)減輕了網(wǎng)絡(luò )管理人員的維護工作量,同時(shí)由于采用了機架式設備,便于強電的布線(xiàn),而且節省了網(wǎng)絡(luò )機房的空間。該網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)投入運行幾年來(lái),網(wǎng)絡(luò )設備一直正常運行,這其中逆變電源功不可沒(méi)。
在早期的電信機房中,通常采用將220V交流電源經(jīng)過(guò)整流,為48V電池組充電,由電池組直接給程控交換機供電。隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )和通信網(wǎng)絡(luò )在電信機房的應用,需要為其提供高質(zhì)量的220V的交流電源。由于有現有的48V電池組,所以通常采用電池組+逆變器的方法,將48V直流變換為220V交流電源為網(wǎng)絡(luò )供電。
1.UPS(不間斷供電系統)最重要的作用就是不間斷供電,當市電網(wǎng)符合輸入范圍時(shí),經(jīng)過(guò)AC/DC,DC/AC雙重變換,向負載供電,當市電網(wǎng)超限時(shí),由電池向負載供電,當UPS故障或過(guò)載時(shí)由旁路電源向負載供電。維護時(shí)還可以通過(guò)手動(dòng)維修旁路開(kāi)關(guān)對UPS進(jìn)行在線(xiàn)維護。而電池組+逆變器的供電方式,當電池組出現故障需要更換時(shí),必須使系統間斷,這會(huì )對系統造成巨大的損失。UPS的不間斷作用是電池組+逆變器無(wú)法替代的。
2.UPS的作用是實(shí)現雙路電源的不間斷相互切換,提供一定時(shí)間的后備時(shí)間,穩壓,穩頻,隔離干擾等。它能夠將瞬間間斷,諧波干擾,電壓波動(dòng),頻率波動(dòng),浪涌等電網(wǎng)干擾阻擋在負載之前。由于UPS自身逆變器的輸入直流總線(xiàn)和外接電池組均與用戶(hù)原有的48V通信電源無(wú)任何直接的電氣連接,所以不會(huì )對程控機產(chǎn)生任何傳導干擾。另外,UPS為防止對外的輻射干擾,通常采用鋼板式框架結構,在UPS內襯2mm厚不銹鋼板的外部設計的流線(xiàn)型塑料外殼,在保持了優(yōu)美外形的同時(shí),消除了對其它設備的輻射干擾。在它的輸入輸出端采用了RFI濾波器,使得向負載提供的是經(jīng)過(guò)凈化的交流電源。
3.因為逆變器是固定的48V供電,電池電壓較低,當輸出功率要求較大時(shí),對功率模塊的生產(chǎn)工藝要求愈高,因此大功率逆變器難以實(shí)現。目前,我們最大的逆變器為30KVA。而UPS本身的自帶電池組直流電壓可高至幾百伏,因此單機功率可以很大,單機可以做到800KVA,且還可以通過(guò)并機方式進(jìn)一步擴大容量。如HPC系列,可以8臺直接并聯(lián)或通過(guò)公共旁路柜并聯(lián)。
4.為適應現代通訊網(wǎng)絡(luò )飛速發(fā)展的需求,要求UPS或逆變器必須擁有極強的網(wǎng)絡(luò )管理功能。我們向用戶(hù)提供了RS232接口,其完善的網(wǎng)絡(luò )管理軟件可適應不同的操作系統,可對16臺UPS同時(shí)進(jìn)行監控,可監測多達170多種參數。其特有的UPS2000遠程監控軟件可以使您的UPS天天都處于專(zhuān)業(yè)工程師的監控之中,確保您高枕無(wú)憂(yōu)。
5.有人曾提出UPS的缺點(diǎn)是當輸入電壓偏高或偏低時(shí),即轉為電池放電,而我國電網(wǎng)狀況通常較差,會(huì )引起電池頻繁放電,縮短電池壽命。使用48V逆變器則不用考慮此問(wèn)題。事實(shí)上,我們在設計上均充分考慮了此問(wèn)題,采用先進(jìn)的DSP控制技術(shù),具有超寬的輸入電壓范圍,在+25%的范圍內仍可滿(mǎn)載輸出,極大地減少了電池放電次數。其先進(jìn)的智能電池管理功能,使其充電器具有極小的交流紋波,充電電壓自動(dòng)溫度補償,放電終止電壓隨放電時(shí)間自動(dòng)補償,自動(dòng)電池檢測,電池壽命計算等功能,極大地保護了電池,可使電池壽命延長(cháng)30%。
UPS種類(lèi)按工作原理不同,UPS分為:
離線(xiàn)式(后備式UPS、互動(dòng)式UPS)
按供電體系不同,UPS分為:?jiǎn)芜M(jìn)單出UPS、三進(jìn)單出UPS、三進(jìn)三出UPS。
按輸出功率不同,UPS分為:
微型<6kVA
小型6-20kVA
中型20-100kVA
大型>100kVA
按電池位置不同,UPS分為:
電池內置式UPS(標準機型)
電池外置式UPS(長(cháng)延時(shí)機型)
按多機運行方式不同,UPS分為:
串聯(lián)熱備份UPS(用于中小功率機器)
交替串聯(lián)熱備份UPS(中小UPS)
直接并聯(lián)UPS(用于中大功率)
按變壓器特點(diǎn)不同,UPS分為:高頻UPS(高頻機)、工頻UPS(工頻機)
按輸出波形不同,UPS分為:方波輸出UPS、階梯波(準正弦波)UPS、正弦波輸出UPS。
監控平臺也是UPS的最重要組成部分之一。
UPS的基本原理后備式UPS運行原理有市電時(shí),市電通過(guò)開(kāi)關(guān)后直接供給負載,逆變器不工作;另外,市電通過(guò)充電器給電池充電。
停電后,啟動(dòng)逆變器,把電池儲存的能量通過(guò)逆變器和開(kāi)關(guān)供給負載。
功率等級0.25-2KVA左右
互動(dòng)式UPS運行原理在線(xiàn)互動(dòng)UPS與后備式比,主要區別在于:逆變器與充電器合二為一;輸出通過(guò)變壓器的抽頭跳變,實(shí)現分段穩壓。
功率等級0.7-20kVA左右
在線(xiàn)式UPS運行原理不管電網(wǎng)電壓是否正常,負載所用的交流電壓都要經(jīng)過(guò)逆變電路,即逆變電路始終處于工作狀態(tài)。
功率等級0.7-1500kVA左右
Delta變換UPS運行原理Delta變換器和補償變壓器實(shí)現穩壓功能,主變換器是雙向變換器。不能穩定頻率。
功率等級10-480kVA左右
UPS分類(lèi)和選擇工作方式:后備式、互動(dòng)式、在線(xiàn)式;
容量:小功率(1~10kVA);中功率(20~60kVA);大功率(80~1000kVA)
適用環(huán)境:商業(yè)級、工業(yè)級、電廠(chǎng)專(zhuān)用、車(chē)載或船用
輸出變壓器:高頻機,工頻機
配電部分:線(xiàn)纜及開(kāi)關(guān)
容量及機型選擇
用戶(hù)負載量,冗余度
負載性質(zhì):IT類(lèi)、電感性負載、使用環(huán)境-諧波、變壓器
機房配電設計:進(jìn)線(xiàn)方式
機型成本及競爭優(yōu)勢。
用戶(hù)負載量;UPS輸出冗余度(70~80%)
負載峰值因素(3:1)不能超過(guò)逆變器過(guò)載能力
負載視在功率(KVA)不能超過(guò)UPS額定功率*功率因素折算系數
三相負載不平衡度<30%。
工業(yè)級UPS惡劣的電氣和物理環(huán)境:供電線(xiàn)路電壓/頻率波動(dòng)、浪涌沖擊、峰值下陷、高頻干擾,環(huán)境溫濕度不穩、粉塵、腐蝕等。
結構:輸入輸出雙隔離、鋼板機箱、高IP防護等級。
適用領(lǐng)域:鋼鐵、化工、電力、汽車(chē)、造紙、煤炭、石油、隧道
負載類(lèi)型:重載機械、生產(chǎn)線(xiàn)設備、DCS系統等。
UPS工作損耗、通風(fēng)量、空調配置
滿(mǎn)載損耗(KW)=kVACos×(6~7.5%)
UPS容量 |
40KVA |
80KVA |
100KVA |
160KVA |
200KVA |
300KVA |
400KVA |
600KVA |
800KVA |
通風(fēng)量立方米/h |
2200 |
2400 |
2590 |
3500 |
3700 |
3900 |
4400 |
7500 |
9300 |
輸出功率折算-海拔高度,海拔每升高100米降容1%(典型UPS工作海拔高度:1000米)
海拔高度 |
1000米 |
1500米 |
2000米 |
2300米 |
3000米 |
UPS輸出功率折算 |
100% |
85% |
79% |
75% |
69% |
精確計算:恒功率計算法
1、截止電壓確定:
1.67V/cell<放電30分鐘;1.75V/cell放電30~60分鐘;
1.83V/cell>放電60分鐘
2、計算每個(gè)Cell電池恒功率數據:
3、根據廠(chǎng)家恒功率放電數據表選擇滿(mǎn)足計算結果的電池規格。
配電部分:線(xiàn)纜及開(kāi)關(guān)
輸入開(kāi)關(guān)容量及線(xiàn)纜規格:
三相電工速算法:輸入電流(A)=1.8XKVA,開(kāi)關(guān)系數X1.2
單相電工速算法:輸入電流(A)=5XKVA,開(kāi)關(guān)系數X1.2
輸出開(kāi)關(guān)容量及線(xiàn)纜規格:
三相電工速算法:輸出電流(A)=1.5XKVA,開(kāi)關(guān)系數X1.2
單相電工速算法:輸出電流(A)=4XKVA,開(kāi)關(guān)系數X1.2
電池開(kāi)關(guān)容量及線(xiàn)纜規格:放電電流(A)=kVA?Cos/U電池電壓開(kāi)關(guān)系數(X1.2)
電纜長(cháng)度與壓降:如70mm線(xiàn)阻0.26?/km
零線(xiàn)及地線(xiàn)規格:零線(xiàn)=1~1.5倍相線(xiàn),地線(xiàn)=相線(xiàn)
配電部分:電纜及開(kāi)關(guān)規格
電纜額定電流簡(jiǎn)單算法
電纜規格 |
1/1.5/2.5 |
4/6 |
10/16 |
25/35/50 |
70/95/120 |
150/185 |
240 |
300 |
額定電流 |
×8A |
×6A |
×4A |
×3A |
×2.5A |
×2A |
×1.5A |
×1.2A |
空開(kāi)規格:R10、R16、R20、R25、R32、R40、R50、R63、R80、R100、R125、R160、R200、R250、R320、R400、R630、R800、R1250。
隔離變壓器高頻機加裝380V/380V輸出隔離變壓器:容量KVA=UPSKVA
選用△/Y0型隔離變壓器,輸出中性點(diǎn)接地,Y/Y型變壓器旁路反灌會(huì )造成DC電壓過(guò)高危險。
UPS加裝380V/220V輸出隔離變壓器:輸出容量損失20~30%對逆變器有干擾反饋,選用效率高,干擾小變壓器。
旁路隔離變壓器:實(shí)現零線(xiàn)電氣隔離。
1、UPS主機現場(chǎng)應放置操作指南,指導現場(chǎng)操作。
2、UPS的各項參數設置信息應全面記錄、妥善歸檔保存并及時(shí)更新。
3、檢查各種自動(dòng)、告警和保護功能是否正常。
4、定期進(jìn)行UPS各項功能測試。
5、定期檢查主機、電池及配電部分引線(xiàn)及端子的接觸情況,檢查饋電母線(xiàn)、電纜及軟連接頭等各連接部位的連接是否可靠,并測量壓降和溫升。
6、經(jīng)常檢查設備的工作和故障指示是否正常。
7、定期查看UPS內部的元器件的外觀(guān),發(fā)現異常及時(shí)處理。
8、定期檢查UPS各主要模塊和風(fēng)扇電機的運行溫度有無(wú)異常。
9、保持機器清潔,定期清潔散熱風(fēng)口、風(fēng)扇及濾網(wǎng)。
10、定期進(jìn)行UPS電池組帶載測試。
11、各地應根據當地市電頻率的變化情況,選擇合適的跟蹤速率。當輸入頻率波動(dòng)頻繁且速率較高,超出UPS跟蹤范圍時(shí),嚴禁進(jìn)行逆變/旁路切換操作。在油機供電時(shí),尤其應注意避免該情況的發(fā)生。
12、UPS應使用開(kāi)放式電池架,以利于蓄電池的運行及維護。
1、市電有電時(shí),UPS出現市電斷電告警。
可能原因:
1)、市電輸入空開(kāi)跳閘。
2)、輸入交流線(xiàn)接觸不良。
3)、市電輸入電壓過(guò)高、過(guò)低或頻率異常。
4)、UPS輸入空開(kāi)或開(kāi)關(guān)損壞或保險絲熔斷。
5)、UPS內部市電檢測電路故障。
處理方法:
1)、檢查輸入空開(kāi)。
2)、檢查輸入線(xiàn)路。
3)、如市電異??刹惶幚砘騿?dòng)發(fā)電機供電。
4)、更換損壞的空開(kāi)、開(kāi)關(guān)或保險絲。
5)、檢查UPS市電檢測回路。
市電斷電后,負載也跟著(zhù)斷電。
可能原因:
1)、由于市電經(jīng)常低壓,電池處于欠壓狀態(tài)。
2)、UPS充電器損壞,電池無(wú)法充電。
3)、電池老化、損壞。
4)、負載過(guò)載,UPS旁路輸出。
5)、負載未接到UPS輸出。
6)、長(cháng)延時(shí)機型的電池組未連接或接觸不良。
7)、UPS逆變器未啟動(dòng)(UPS面板控制開(kāi)關(guān)未打開(kāi)),負載由市電旁路供電。
8)、逆變器損壞,UPS旁路輸出。
處理方法:
1)A、在市電電壓正常時(shí)對電池充足電。
B、啟動(dòng)發(fā)電機對電池充電。
C、在UPS輸入端加穩壓器。
2)、檢查充電器。
3)、更換電池。
4)、減少負載。
5)、將負載接到UPS的輸出。
6)、檢查電池組是否接對、接好。
7)、啟動(dòng)逆變器對負載供電(打開(kāi)面板控制開(kāi)關(guān))。
8)、檢查逆變器。
1)、電池長(cháng)期放置不用,電壓低。
2)、輸入交流、直流電源線(xiàn)未連接好。
3)、UPS內部開(kāi)機電路故障。
4)、UPS內部電源電路故障或電源短路。
5)、UPS內部功率器件損壞。
處理方法:
1)、將電池充足電。
2)、檢查輸入交流、直流線(xiàn)是否接觸良好。
3)、檢查UPS開(kāi)機電路。
4)、檢查UPS電源電路。
5)、檢查UPS內部整流、升壓、逆變等部分的器件是否損壞。
6)、UPS在正常使用時(shí)突然出現蜂鳴器長(cháng)鳴告警。
可能原因:
1)、用戶(hù)有大負載或大沖擊負載啟動(dòng)。
2)、輸出端突然短路。
3)、UPS內部逆變回路故障。
4)、UPS保護、檢測電路誤動(dòng)作。
處理方法:
1)、A、負載投入時(shí)按先大后小的順序。
B、增大UPS的功率容量。
2)、檢查UPS的輸出是否短路。
3)、檢查UPS逆變器。
4)、檢查UPS內部控制電路。
5)、UPS工作正常但負載設備異常。
可能原因:
1)、UPS輸出零地電壓過(guò)高。
2)、UPS地線(xiàn)與負載設備地線(xiàn)沒(méi)接在同一點(diǎn)上。
3)、負載設備受到異常干擾。
處理方法:
1)、檢查UPS接地,必要時(shí)可在UPS的輸出端零地間并一個(gè)1-3kΩ電阻。
2)、將UPS地與負載地接到同一個(gè)點(diǎn)上。
3)、重新啟動(dòng)負載設備。
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