UPS电源

一、UPS接线图

UPS不间断电源有以下四种不同的工作方式

1）正常运行方式

不(bu)(bu)断电(dian)(dian)(dian)(dian)系(xi)(xi)统的(de)供电(dian)(dian)(dian)(dian)原理是(shi)(shi)(shi)(shi)当市(shi)电(dian)(dian)(dian)(dian)正常(chang)时，机器会将(jiang)市(shi)电(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)交流电(dian)(dian)(dian)(dian)转换(huan)为(wei)直流电(dian)(dian)(dian)(dian)，而(er)后对电(dian)(dian)(dian)(dian)池充电(dian)(dian)(dian)(dian)，以备(bei)电(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)(li)中断时使(shi)(shi)用(yong)；这(zhei)里跟各位(wei)强调(diao)的(de)是(shi)(shi)(shi)(shi)不(bu)(bu)断电(dian)(dian)(dian)(dian)系(xi)(xi)统并不(bu)(bu)是(shi)(shi)(shi)(shi)停电(dian)(dian)(dian)(dian)时才(cai)会动作，像是(shi)(shi)(shi)(shi)遇到电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)过低或过高、瞬间突波等，足(zu)以影(ying)响设(she)(she)备(bei)正常(chang)运转的(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)(li)品(pin)质时，不(bu)(bu)断电(dian)(dian)(dian)(dian)系(xi)(xi)统均会动作，提供设(she)(she)备(bei)稳定且干净的(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)(li)。当市(shi)电(dian)(dian)(dian)(dian)正常(chang)供电(dian)(dian)(dian)(dian)时，市(shi)电(dian)(dian)(dian)(dian)经(jing)(jing)滤波回路后，分为(wei)两(liang)个回路同时动作，其一(yi)(yi)是(shi)(shi)(shi)(shi)经(jing)(jing)由充电(dian)(dian)(dian)(dian)回路对电(dian)(dian)(dian)(dian)池组(zu)充电(dian)(dian)(dian)(dian)，另一(yi)(yi)个则是(shi)(shi)(shi)(shi)经(jing)(jing)整流回路，作为(wei)逆(ni)变(bian)器的(de)输入(ru)，再经(jing)(jing)过逆(ni)变(bian)器的(de)转换(huan)提供电(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)(li)给负载使(shi)(shi)用(yong)；由此可知，在线式不(bu)(bu)断电(dian)(dian)(dian)(dian)系(xi)(xi)统的(de)输出(chu)完全由逆(ni)变(bian)器来供应，因此不(bu)(bu)论市(shi)电(dian)(dian)(dian)(dian)电(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)(li)品(pin)质如何，其输出(chu)均是(shi)(shi)(shi)(shi)稳定而(er)不(bu)(bu)受任(ren)何影(ying)响。

2）电池工作方式

一旦市电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)发生异常时(shi)(shi)，将储存于电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)中(zhong)的(de)(de)(de)直流电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)转换为交流电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)，此时(shi)(shi)逆(ni)变器的(de)(de)(de)输入(ru)改(gai)由电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)组来(lai)供应，逆(ni)变器持续提供电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力，供给负载继续使用，达到不(bu)(bu)断电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)功能。UPS不(bu)(bu)间(jian)(jian)(jian)断电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源系(xi)统的(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力来(lai)源是(shi)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)，而电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)容量是(shi)有限的(de)(de)(de)，因此不(bu)(bu)断电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)系(xi)统不(bu)(bu)会像市电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)一般无限制的(de)(de)(de)供应，所以不(bu)(bu)论多大(da)容量的(de)(de)(de)不(bu)(bu)断电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)系(xi)统，在其满载的(de)(de)(de)的(de)(de)(de)状态下，其所供电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)时(shi)(shi)间(jian)(jian)(jian)必定有限，若要延(yan)长(zhang)放电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)时(shi)(shi)间(jian)(jian)(jian)，须购买长(zhang)时(shi)(shi)间(jian)(jian)(jian)型不(bu)(bu)断电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)系(xi)统。

3）旁路运行方式

当在(zai)线式UPS超载、旁(pang)路(lu)(lu)(lu)(lu)命令(ling)（手动或自动）、逆(ni)变(bian)器(qi)过热或机器(qi)故(gu)障，UPS一(yi)般将逆(ni)变(bian)输出转(zhuan)为旁(pang)路(lu)(lu)(lu)(lu)输出，即由市(shi)电(dian)直接供电(dian)。由于(yu)旁(pang)路(lu)(lu)(lu)(lu)时，UPS输出频(pin)率(lv)相(xiang)(xiang)位需与(yu)市(shi)电(dian)频(pin)率(lv)相(xiang)(xiang)位相(xiang)(xiang)同，因而采用(yong)锁相(xiang)(xiang)同步技术确(que)保UPS输出与(yu)市(shi)电(dian)同步。旁(pang)路(lu)(lu)(lu)(lu)开关双(shuang)向可控(kong)硅并联工(gong)作方式，解决了旁(pang)路(lu)(lu)(lu)(lu)切换时间问题，真正做到(dao)了不间断切换，控(kong)制(zhi)电(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)复杂，一(yi)般应用(yong)在(zai)中大功率(lv)UPS上。如果在(zai)过载时，必须人为减少负(fu)载，否则(ze)旁(pang)路(lu)(lu)(lu)(lu)短(duan)路(lu)(lu)(lu)(lu)器(qi)会(hui)自动切断输出。

4）旁路维护方式

当(dang)UPS进行(xing)检修(xiu)时，通过手动旁路保证负载(zai)设备的正常(chang)供电，当(dang)维修(xiu)操作完成后(hou)，重新启动UPS， UPS 转(zhuan)为(wei)正常(chang)运行(xing)。极低(di)的维护率，MTTR为(wei)15万小时，极大地提高(gao)UPS不间(jian)断(duan)电源(yuan)可用性(xing)。

从应(ying)用(yong)的(de)角度看,UPS功能的(de)变(bian)化经历了三(san)个(ge)阶(jie)段。第(di)(di)一(yi)阶(jie)段是硬件(jian)保(bao)护(hu)(hu),保(bao)护(hu)(hu)负(fu)(fu)载设备的(de)硬件(jian)系统(tong)不会因(yin)为电(dian)力异常(chang)或供(gong)(gong)电(dian)突(tu)然(ran)中断而(er)(er)损坏；第(di)(di)二阶(jie)段是数据(ju)保(bao)护(hu)(hu),当市(shi)电(dian)中断时,保(bao)护(hu)(hu)负(fu)(fu)载设备的(de)数据(ju)资料(liao)不会因(yin)为突(tu)然(ran)停(ting)电(dian)而(er)(er)损毁或丢失(shi)；第(di)(di)三(san)阶(jie)段是系统(tong)可用(yong)性保(bao)护(hu)(hu),在(zai)市(shi)电(dian)正(zheng)常(chang)、异常(chang),甚至中断情况下,都要(yao)(yao)保(bao)证后(hou)面的(de)关键负(fu)(fu)载有高品质(zhi)的(de)电(dian)力供(gong)(gong)应(ying)。这三(san)个(ge)阶(jie)段的(de)变(bian)化都是随着社(she)会发展和技术进(jin)步(bu),人们对生产系统(tong)的(de)需求不断提升而(er)(er)促(cu)进(jin)的(de)。第(di)(di)一(yi)阶(jie)段凸(tu)显在(zai)UPS诞生不久的(de)上(shang)(shang)世(shi)(shi)纪(ji)七、八十(shi)(shi)年代,第(di)(di)二阶(jie)段盛行于上(shang)(shang)世(shi)(shi)纪(ji)九十(shi)(shi)年代中期,第(di)(di)三(san)阶(jie)段从上(shang)(shang)世(shi)(shi)纪(ji)九十(shi)(shi)年代后(hou)期开始变(bian)得越来越重(zhong)要(yao)(yao),直(zhi)至今天系统(tong)可用(yong)性仍(reng)然(ran)是数据(ju)中心、工厂、医院、轨道交(jiao)通等用(yong)电(dian)场所对UPS供(gong)(gong)电(dian)系统(tong)要(yao)(yao)求的(de)最重(zhong)要(yao)(yao)指标之一(yi)。

为了提升(sheng)系统可用(yong)性,人们提出(chu)并(bing)实行了多种改善方(fang)(fang)案,比(bi)如(ru)在UPS组合(he)方(fang)(fang)案方(fang)(fang)面(mian)由(you)单机到串联(lian)热(re)备份,再到并(bing)联(lian)冗(rong)余、双(shuang)总线、分布式冗(rong)余等(deng)(deng)等(deng)(deng);在UPS选(xuan)型方(fang)(fang)面(mian),由(you)塔(ta)式一体(ti)机到各部(bu)分可热(re)插拔更(geng)(geng)换的模块机;在配(pei)套的外围设备方(fang)(fang)面(mian),选(xuan)配(pei)更(geng)(geng)高性能(neng)的蓄电池,增加(jia)更(geng)(geng)加(jia)智(zhi)能(neng)和(he)人性化(hua)的监控管(guan)理系统,引入(ru)多路电源并(bing)配(pei)置(zhi)ATS(Automatic Transfer Switching Equipment自动转换开关)等(deng)(deng)等(deng)(deng)。其中UPS跟ATS装(zhuang)置(zhi)的配(pei)合(he)应用(yong)目前比(bi)较普(pu)遍,并(bing)且也出(chu)现过(guo)不少问题(ti),本文主要针对这一应用(yong)进行论(lun)述(shu)。

二、UPS不断电割接流程

电源(yuan)割(ge)(ge)接(jie)(jie)中，对(dui)于双(shuang)电源(yuan)设备(bei)，可以采用(yong)断(duan)电割(ge)(ge)接(jie)(jie)方法；但(dan)是(shi)遇到单电源(yuan)设备(bei)，而且该设备(bei)非常重要，不容许中断(duan)割(ge)(ge)接(jie)(jie)，往往需要采用(yong)不断(duan)电割(ge)(ge)接(jie)(jie)流程(cheng)，割(ge)(ge)接(jie)(jie)流程(cheng)和步(bu)骤演示如(ru)下图：

UPS不断电割接

参考步骤：

1.新建UPS新系统(tong)，新系统(tong)调试和(he)蓄电池容量测试完成。

2.布(bu)放(fang)临时电(dian)缆，从(cong)新UPS输(shu)出屏布(bu)放(fang)电(dian)缆至(zhi)待割接电(dian)源头柜及老输(shu)入屏旁路开关，确认无误后(hou)，对该电(dian)缆送电(dian)。

3.测试电(dian)源正(zheng)常后，关闭(bi)老(lao)UPS系统(tong)(tong)逆变器，确认老(lao)UPS工作在旁路(lu)模(mo)式，这时老(lao)UPS系统(tong)(tong)供电(dian)和(he)新UPS系统(tong)(tong)供电(dian)同源（输出均来自新UPS系统(tong)(tong)）。

4.合新UPS主(zhu)(zhu)路输出，测(ce)试头(tou)(tou)柜主(zhu)(zhu)路备(bei)(bei)用(yong)空(kong)开(kai)(kai)上下(xia)端电压，进行核(he)相操(cao)作（测(ce)量主(zhu)(zhu)用(yong)侧(ce)备(bei)(bei)用(yong)开(kai)(kai)关(guan)上下(xia)桩头(tou)(tou)电压差，原则(ze)小(xiao)于1V），确(que)认后(hou)可先(xian)合5.5.主(zhu)(zhu)用(yong)侧(ce)备(bei)(bei)用(yong)开(kai)(kai)关(guan)，进行电流确(que)认，再断主(zhu)(zhu)用(yong)侧(ce)主(zhu)(zhu)用(yong)开(kai)(kai)关(guan)。

6.拆除老(lao)UPS到头柜的主路电(dian)缆。

7.相(xiang)同(tong)方法(fa)，割接备用电源。

8.割接完成，拆除临时电(dian)缆(lan)和旧电(dian)缆(lan)。

9.做好(hao)空开(kai)和电缆的标记标示。

*注意：考虑(lv)(lv)不同(tong)UPS系统(tong)间蓄(xu)电(dian)池配(pei)置不同(tong)，考虑(lv)(lv)UPS系统(tong)中的蓄(xu)电(dian)池更新周(zhou)期(qi)短，一般(ban)情况下UPS更新均与蓄(xu)电(dian)池更新同(tong)步(bu)进行，故UPS割接过程(cheng)中一般(ban)不考虑(lv)(lv)蓄(xu)电(dian)池割接步(bu)骤。

二、割接基本原则

1.    网络安全畅通原则

在线(xian)电源系统割接工程必须要以确保在网设备安(an)全运行、整个网络(luo)(luo)安(an)全畅通(tong)为原(yuan)则，任何危及通(tong)信(xin)网络(luo)(luo)安(an)全的操作，必须无(wu)条件终止。

2.    设备无故障原则

在(zai)实施在(zai)线(xian)电源(yuan)系统割接工(gong)程之前和工(gong)程期间(jian)，必须保证新、旧设备完好(hao)无故障，若出现任何(he)可(ke)能危及安(an)全供电的因素(su)，必须无条件终止，待故障排除后方可(ke)继续。

3.    低业务风险原则

在(zai)业务(wu)不允许中断供电(dian)的(de)前提下，应(ying)采用在(zai)线不断电(dian)的(de)割接方(fang)案，否则应(ying)采用断电(dian)割接方(fang)案；

工程割(ge)接时(shi)间(jian)应该避让(rang)业务高峰(feng)，重大(da)割(ge)接安排在夜间(jian)进行(xing)；

工(gong)程割接日期应该避让重(zhong)大节(jie)日、重(zhong)大通信保障任务时(shi)期以及其(qi)他(ta)专业(ye)安排(pai)进行的网(wang)络调整和版本(ben)升级时(shi)间；

4.    施工人员资质合格原则

实施(shi)在(zai)线(xian)电源系(xi)统割(ge)接工程的工程人(ren)员必须精(jing)通电源设备操作(zuo)和工程施(shi)工操作(zuo)、熟悉(xi)通信电源系(xi)统割(ge)接流程、牢记应急方案。

实施(shi)割(ge)接的施(shi)工(gong)队伍，必须(xu)具备相应工(gong)程级别资质的施(shi)工(gong)证；

5.    维护部门全程监督原则

维护部门在割(ge)(ge)接(jie)过程(cheng)(cheng)中应(ying)安排(pai)专人全程(cheng)(cheng)督导(dao)，协助割(ge)(ge)接(jie)工(gong)程(cheng)(cheng)的(de)(de)设(she)计勘察、审核割(ge)(ge)接(jie)方案和应(ying)急方案，监督割(ge)(ge)接(jie)的(de)(de)实施。

6.    维护部门“一票否决”原则

在割接(jie)(jie)工程期间，维护部门对发(fa)现(xian)的重大(da)方案缺陷、重大(da)施工安全(quan)隐患等(deng)，有权对割接(jie)(jie)工作行使“一票否决”，终止割接(jie)(jie)工程。

三、UPS割接准备

1.新UPS系(xi)统完成开(kai)机调试、蓄电池全容量测试，监控(kong)到(dao)位。

2.提前布放电(dian)(dian)缆(lan)(lan)，并(bing)粘贴标(biao)准电(dian)(dian)缆(lan)(lan)标(biao)签；需要使用临时线缆(lan)(lan)时，必须选(xuan)择合适线径(jing)，可靠连接，并(bing)有明显的标(biao)识(shi)

3.根(gen)据原电(dian)源设(she)备电(dian)缆(lan)的接线位置，编(bian)写电(dian)缆(lan)编(bian)号(hao)标记，确保(bao)电(dian)缆(lan)拆(chai)装过(guo)程中不会错(cuo)乱(luan)。

4.确认所有(you)双电源设备主备用电源模块(kuai)均工(gong)作正常(chang)，且主备用电源分开。

5.提前发布割接工程公告。

6.确认相关(guan)(guan)各专业(ye)已对相关(guan)(guan)业(ye)务做好数据(ju)备份(fen)，且已准备应急方案。

7.消防器材、安全救护设备准备到(dao)位。

8.正(zheng)确(que)穿戴和(he)使(shi)用个(ge)人防护用品，不携带任(ren)何金属物(wu)品并去掉可能导致不安全的(de)随(sui)身饰物(wu)（手表、脖子(zi)上戴的(de)工作牌等(deng)）。

三、UPS与ATS配合应用的方案及分析

根据《供(gong)配电系统设计规(gui)(gui)范(fan)》(GB50052-2009)规(gui)(gui)定(ding),符合下列情况之一(yi)时,应视为一(yi)级负荷:

1、中断供电(dian)将造成人身伤害(hai)时;

2、中(zhong)断(duan)供电将(jiang)在经济(ji)上造成重大损(sun)失时;

3、中(zhong)断供(gong)电(dian)将影响重要用电(dian)单位的正(zheng)常工(gong)作时[1]。

一(yi)级负荷应由双重电(dian)(dian)源(yuan)供电(dian)(dian),当一(yi)电(dian)(dian)源(yuan)发生故障时,另(ling)一(yi)电(dian)(dian)源(yuan)不应同时受到(dao)损坏[2]。

所以数据(ju)中心(xin)、轨道交通(tong)、工厂、医院(yuan)等一(yi)些重要的用电(dian)场(chang)所通(tong)常(chang)都具有一(yi)路(lu)市电(dian)和一(yi)路(lu)油(you)机或者两路(lu)市电(dian)和一(yi)路(lu)油(you)机供电(dian),这时(shi)就出现了UPS与ATS配合(he)应用的情况。

目前(qian)UPS与ATS配(pei)合应用的方案(an)(或者说是UPS接入(ru)两路(lu)输入(ru)电源(yuan)的方案(an))主要包括三大类:

1、不采用外置的ATS

图1中(zhong)两路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)电(dian)源一(yi)(yi)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)接UPS的(de)(de)(de)主(zhu)输(shu)入(ru)(ru)(ru),另(ling)一(yi)(yi)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)接UPS的(de)(de)(de)旁(pang)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)输(shu)入(ru)(ru)(ru),这种(zhong)方案(an)在市场上(shang)的(de)(de)(de)应(ying)用(yong)还(hai)比较多,但(dan)有(you)(you)逐渐(jian)减少的(de)(de)(de)趋势(shi)。它(ta)的(de)(de)(de)本质(zhi)是(shi)将(jiang)UPS内部的(de)(de)(de)静态(tai)开关作为外部的(de)(de)(de)ATS使用(yong),优(you)点是(shi)节省了ATS成(cheng)本,但(dan)缺点也非常(chang)明显。若主(zhu)输(shu)入(ru)(ru)(ru)电(dian)源中(zhong)断时(shi),UPS就只能(neng)(neng)转电(dian)池工作,此(ci)时(shi)即便另(ling)一(yi)(yi)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)电(dian)源正(zheng)常(chang)也不能(neng)(neng)使用(yong),只有(you)(you)当电(dian)池放(fang)完或(huo)者异常(chang)时(shi)才能(neng)(neng)转到另(ling)一(yi)(yi)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)电(dian)源供电(dian),但(dan)此(ci)时(shi)是(shi)走的(de)(de)(de)UPS旁(pang)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu),没有(you)(you)经过UPS的(de)(de)(de)整(zheng)流和逆变处理(li),若输(shu)入(ru)(ru)(ru)电(dian)源异常(chang)可(ke)(ke)能(neng)(neng)会导(dao)致(zhi)负载不能(neng)(neng)正(zheng)常(chang)工作甚至中(zhong)断。若旁(pang)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)输(shu)入(ru)(ru)(ru)电(dian)源中(zhong)断,UPS将(jiang)工作在没有(you)(you)旁(pang)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)的(de)(de)(de)告警状态(tai)下,一(yi)(yi)旦UPS自(zi)身出现异常(chang)可(ke)(ke)能(neng)(neng)会直接导(dao)致(zhi)负载中(zhong)断。同时(shi),还(hai)必须考(kao)虑(lv)两路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)电(dian)源的(de)(de)(de)零线处理(li)问题,处理(li)不好可(ke)(ke)能(neng)(neng)会导(dao)致(zhi)UPS或(huo)负载莫名(ming)其妙地出现告警或(huo)故障。总(zong)之这种(zhong)方案(an)没有(you)(you)充分发挥两路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)电(dian)源的(de)(de)(de)效用(yong),并且改变了UPS设备自(zi)身的(de)(de)(de)设计初衷,不建议使用(yong)。

图2中(zhong)(zhong)两路(lu)(lu)电(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)分别进入UPS双总(zong)线(xian)供(gong)电(dian)(dian)(dian)(dian)系统的(de)一条总(zong)线(xian),彼(bi)此没有关联。这种方案虽然不(bu)存在零线(xian)处(chu)理和改变UPS设(she)计初衷的(de)问(wen)题,但也(ye)仅限(xian)于应用在后端没有通过STS(StaticTransferSwitch静态转换开关)供(gong)电(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)单(dan)电(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)设(she)备状(zhuang)况下,并且当任(ren)一路(lu)(lu)输入电(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)中(zhong)(zhong)断时,系统都将运行(xing)于单(dan)总(zong)线(xian)供(gong)电(dian)(dian)(dian)(dian)状(zhuang)态,使系统工作可靠性大(da)受影响,除(chu)非电(dian)(dian)(dian)(dian)池配置的(de)足(zu)够多(duo)。

2、采用单一的ATS

该(gai)方(fang)案(an)是(shi)指将两路电(dian)源(yuan)经ATS转换成一路供给(ji)后面的UPS设备或者(zhe)系(xi)统(tong)(如图3所示(shi))。对(dui)于UPS单机或者(zhe)并(bing)机系(xi)统(tong)来(lai)说该(gai)方(fang)案(an)是(shi)合理(li)的,也比较(jiao)常用,对(dui)于双总线系(xi)统(tong)来(lai)说该(gai)方(fang)案(an)就(jiu)显得(de)比较(jiao)单薄,存(cun)在ATS单点故障风险,此(ci)时最好采用ATS组合方(fang)案(an)。

3、采用ATS组合

采用ATS组合(he)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)案有(you)多种(zhong),不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)组合(he)方(fang)(fang)案最终的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)作(zuo)可(ke)(ke)靠(kao)性(xing)(xing)和成本可(ke)(ke)能(neng)会(hui)有(you)很大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)差异。图4是(shi)传统的(de)(de)(de)(de)(de)(de)ATS组合(he)UPS双总(zong)(zong)线(xian)接线(xian)示意(yi)图,图中(zhong)有(you)三路(lu)电源(yuan)(yuan)输(shu)入,经过两个ATS组合(he)转化成一(yi)路(lu)供(gong)给(ji)UPS系统,因为后面有(you)经过STS供(gong)电的(de)(de)(de)(de)(de)(de)单(dan)电源(yuan)(yuan)负(fu)载,所以在(zai)(zai)两条(tiao)总(zong)(zong)线(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)UPS之间加装了(le)LBS(Load Bus Synchronizer负(fu)载同步控(kong)制器)。初步看来(lai)这个方(fang)(fang)案是(shi)比较合(he)理的(de)(de)(de)(de)(de)(de),但跟(gen)图5比较就(jiu)会(hui)发现其明显的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)足,最主要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)就(jiu)是(shi)图4具有(you)太多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)单(dan)点故障点和相依性(xing)(xing),工(gong)作(zuo)可(ke)(ke)靠(kao)性(xing)(xing)明显不(bu)如图5。图5增(zeng)(zeng)加了(le)ATS3和输(shu)入配电柜(ju)2,并(bing)将集中(zhong)STS设备(bei)更改为分散的(de)(de)(de)(de)(de)(de)机架式ATS,根据(ju)机架式ATS的(de)(de)(de)(de)(de)(de)特性(xing)(xing)取消了(le)LBS控(kong)制器,从而成为一(yi)套完全隔离的(de)(de)(de)(de)(de)(de)双总(zong)(zong)线(xian)系统,一(yi)条(tiao)总(zong)(zong)线(xian)跟(gen)另一(yi)条(tiao)总(zong)(zong)线(xian)相互冗余,并(bing)且(qie)完全隔离,工(gong)作(zuo)可(ke)(ke)靠(kao)性(xing)(xing)得到了(le)极大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)提升。在(zai)(zai)成本投资上,图5中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)设备(bei)量虽然增(zeng)(zeng)加了(le),但增(zeng)(zeng)加的(de)(de)(de)(de)(de)(de)设备(bei)相对比较便宜,与取消的(de)(de)(de)(de)(de)(de)集中(zhong)式STS设备(bei)和LBS设备(bei)相比,总(zong)(zong)体成本未必会(hui)有(you)增(zeng)(zeng)加。

ATS的类型选用及差异分析

在(zai)上(shang)述(shu)的(de)(de)UPS与ATS配合应用(yong)(yong)的(de)(de)方(fang)案中(zhong),其实还存(cun)在(zai)一个问(wen)(wen)题,那就是(shi)ATS型(xing)号的(de)(de)选用(yong)(yong),主要(yao)是(shi)指3极ATS和4极ATS的(de)(de)选用(yong)(yong)问(wen)(wen)题。具体来分4极ATS的(de)(de)转(zhuan)换又包括三种:

1、零线(xian)与相(xiang)线(xian)同(tong)时断开和同(tong)时导通型;

2、零线(xian)(xian)比相线(xian)(xian)后断开,比相线(xian)(xian)先导通型;

3、零线先(xian)通后断,始终不中(zhong)断型(xing)。

对于3极(ji)ATS来说(shuo),零线(xian)始终(zhong)是接牢(lao)的(de),不(bu)会断开,选用这类ATS只要处(chu)理好两路电源(yuan)的(de)零线(xian)连接问(wen)题即(ji)可,不(bu)能强制短接,也不(bu)能形成不(bu)规范的(de)多点接地。

零(ling)(ling)线(xian)与相线(xian)同时(shi)断开(kai)和同时(shi)导通型的(de)4极ATS不存在将两路电源的(de)零(ling)(ling)线(xian)直接(jie)短(duan)接(jie)问题,但会存在零(ling)(ling)线(xian)中(zhong)断的(de)现(xian)象,甚(shen)至(zhi)在转换过程中(zhong)出现(xian)零(ling)(ling)线(xian)电压扰动,将问题甩(shuai)给后(hou)面(mian)的(de)UPS和负(fu)载(zai)。同时(shi)也很难保证四路触点完全(quan)同步(bu),如果零(ling)(ling)线(xian)在相线(xian)之前断开(kai),可(ke)能会在零(ling)(ling)线(xian)上产(chan)生(sheng)瞬变(bian)高压和电弧,腐蚀(shi)触点。

零(ling)线(xian)比(bi)相线(xian)后断开(kai),先导通型的4极ATS不存在(zai)零(ling)线(xian)触点(dian)拉弧(hu)现象,但仍存在(zai)零(ling)线(xian)闪断,甚至(zhi)零(ling)线(xian)扰动(dong)的情(qing)况。

零线先通后断型(xing)的(de)ATS需要处理好两(liang)路(lu)电(dian)(dian)源的(de)零线间不要存(cun)在压差,在接(jie)通瞬间不会(hui)产生电(dian)(dian)流即可。

从上(shang)面的(de)比较(jiao)可以看出,各类型ATS的(de)差异就在于零(ling)线(xian)(xian)要(yao)不要(yao)一起转(zhuan)换,怎么转(zhuan)换!对于3P3W+PE不需(xu)要(yao)接零(ling)线(xian)(xian)的(de)UPS系统自然(ran)没有(you)影(ying)响,但对于3P4W+PE,需(xu)要(yao)采取TN-S接线(xian)(xian)系统的(de)UPS系统来(lai)说(shuo),这(zhei)个问题(ti)就非常关键(jian),有(you)的(de)用户没有(you)处理好(hao)这(zhei)一点(dian)就发生了(le)问题(ti)。

1、零线在UPS设备中的作用及断开后的风险

在(zai)UPS设备(bei)内(nei)部,零线的(de)作用会随UPS的(de)结(jie)构(gou)不同(tong)而(er)有所差(cha)异。

图(tu)6是(shi)工(gong)频UPS的(de)(de)(de)(de)架构示意(yi)图(tu),从中(zhong)可以(yi)看出,零(ling)线(xian)(xian)(xian)(xian)只(zhi)是(shi)在旁路和输出变(bian)压器的(de)(de)(de)(de)次级(ji)才会有,在整个(ge)UPS的(de)(de)(de)(de)内(nei)部主线(xian)(xian)(xian)(xian)路中(zhong)都不(bu)会用(yong)到零(ling)线(xian)(xian)(xian)(xian),输入输出的(de)(de)(de)(de)零(ling)线(xian)(xian)(xian)(xian)是(shi)直通的(de)(de)(de)(de)。这是(shi)因为工(gong)频UPS的(de)(de)(de)(de)整流器用(yong)的(de)(de)(de)(de)是(shi)三相(xiang)SCR自(zi)然(ran)(ran)换(huan)相(xiang)整流,即相(xiang)控整流,不(bu)需(xu)要零(ling)线(xian)(xian)(xian)(xian),整流后(hou)的(de)(de)(de)(de)直流母排电压只(zhi)有一组,也没有中(zhong)间抽(chou)头,逆变(bian)器是(shi)全(quan)桥逆变(bian),仍然(ran)(ran)不(bu)需(xu)要零(ling)线(xian)(xian)(xian)(xian)。在UPS旁路和输出变(bian)压器的(de)(de)(de)(de)次级(ji)引入零(ling)线(xian)(xian)(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)作用(yong)就是(shi)为了给后(hou)面的(de)(de)(de)(de)负(fu)载提供工(gong)作零(ling)线(xian)(xian)(xian)(xian),否则单(dan)相(xiang)负(fu)载将无法工(gong)作。

其(qi)实在工频UPS内(nei)部还是(shi)(shi)(shi)有用到(dao)零(ling)线的地方的,那就是(shi)(shi)(shi)辅助电(dian)(dian)(dian)源的取电(dian)(dian)(dian)及逻(luo)辑电(dian)(dian)(dian)路的基准点(dian)。UPS通(tong)常是(shi)(shi)(shi)取自单相电(dian)(dian)(dian)源(L和N),经转换后形成(cheng)辅助电(dian)(dian)(dian)源提供给整流(liu)、逆(ni)变、静(jing)态(tai)开关的控制电(dian)(dian)(dian)路,以及DSP(或者CPU)、风扇等用电(dian)(dian)(dian)。同时(shi)UPS的逻(luo)辑电(dian)(dian)(dian)路也是(shi)(shi)(shi)以零(ling)线电(dian)(dian)(dian)位为参考点(dian)的,以确(que)保(bao)检测电(dian)(dian)(dian)路的准确(que)无误。

图(tu)(tu)7是(shi)一种高频(pin)(pin)UPS的(de)(de)(de)架构示意图(tu)(tu),从中(zhong)可以(yi)看出(chu),高频(pin)(pin)UPS中(zhong)零(ling)线(xian)(xian)的(de)(de)(de)用(yong)(yong)途会比工(gong)频(pin)(pin)UPS多(duo)(duo)很多(duo)(duo)。这是(shi)因为高频(pin)(pin)UPS的(de)(de)(de)整(zheng)流(liu)(liu)器多(duo)(duo)是(shi)采用(yong)(yong)IGBT整(zheng)流(liu)(liu),并且(qie)加装PFC电(dian)(dian)(dian)路,该(gai)工(gong)作方式(shi)是(shi)将(jiang)输入交流(liu)(liu)电(dian)(dian)(dian)源的(de)(de)(de)正半(ban)(ban)周和负(fu)半(ban)(ban)周分(fen)别(bie)处理,所(suo)以(yi)会用(yong)(yong)到零(ling)线(xian)(xian)。整(zheng)流(liu)(liu)后(hou)的(de)(de)(de)直流(liu)(liu)母排(pai)电(dian)(dian)(dian)压也是(shi)有正负(fu)两(liang)组,在零(ling)线(xian)(xian)和正负(fu)极之间(jian)分(fen)别(bie)跨接(jie)直流(liu)(liu)电(dian)(dian)(dian)容(rong),作为滤波(bo)(bo)和续流(liu)(liu)之用(yong)(yong)。高频(pin)(pin)UPS的(de)(de)(de)逆变(bian)(bian)器采用(yong)(yong)的(de)(de)(de)是(shi)半(ban)(ban)桥逆变(bian)(bian)器,将(jiang)正负(fu)两(liang)组直流(liu)(liu)电(dian)(dian)(dian)压分(fen)别(bie)逆变(bian)(bian)成交流(liu)(liu)输出(chu)的(de)(de)(de)正负(fu)半(ban)(ban)周。高频(pin)(pin)UPS内(nei)部从前到后(hou)始终(zhong)离不开零(ling)线(xian)(xian),但输入输出(chu)间(jian)的(de)(de)(de)零(ling)线(xian)(xian)也只是(shi)经过了高频(pin)(pin)滤波(bo)(bo)器的(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)感线(xian)(xian)圈后(hou)直通的(de)(de)(de)。

对于三相(xiang)(xiang)电(dian)源来讲(jiang),零线中(zhong)断将(jiang)使电(dian)压(ya)重新分(fen)配,如图(tu)8所示,如果三相(xiang)(xiang)电(dian)源中(zhong)每两(liang)相(xiang)(xiang)之间的(de)电(dian)压(ya)是380V,单相(xiang)(xiang)负(fu)(fu)(fu)(fu)载1和负(fu)(fu)(fu)(fu)载2分(fen)别接在三相(xiang)(xiang)电(dian)源的(de)单相(xiang)(xiang)上(shang),正常情况下如图(tu)8(a),每路负(fu)(fu)(fu)(fu)载的(de)输入电(dian)压(ya)都是交流220V,互(hu)不影(ying)响,负(fu)(fu)(fu)(fu)载能够(gou)正常工作。如果零线中(zhong)断,将(jiang)会(hui)形成图(tu)8(b)的(de)情况,380V的(de)交流电(dian)压(ya)同时(shi)加(jia)在负(fu)(fu)(fu)(fu)载1和负(fu)(fu)(fu)(fu)载2上(shang),负(fu)(fu)(fu)(fu)载1和负(fu)(fu)(fu)(fu)载2分(fen)别分(fen)担的(de)电(dian)压(ya)是:

此时如果负载(zai)(zai)1和(he)负载(zai)(zai)2的(de)阻(zu)抗相等,则每路负载(zai)(zai)分担的(de)电压是(shi):380V/2=190V。

如果负载(zai)1的阻(zu)抗(kang)是5Ω,负载(zai)2的阻(zu)抗(kang)是1Ω,那么负载(zai)1上分得的电压将是317V,负载(zai)2上分得的电压将是63V,二者都不能正(zheng)常工作(zuo),甚至还有可能会(hui)烧毁!

在UPS供(gong)电(dian)(dian)(dian)系(xi)统中(zhong),UPS是下游负载的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)源,也是上(shang)游电(dian)(dian)(dian)源的(de)(de)负载,当上(shang)游电(dian)(dian)(dian)源系(xi)统的(de)(de)零线中(zhong)断时(shi),UPS同样(yang)(yang)(yang)面临380V电(dian)(dian)(dian)压重(zhong)新分配的(de)(de)问题,虽然不像(xiang)UPS后面的(de)(de)负载那样(yang)(yang)(yang)可能(neng)存在严重(zhong)的(de)(de)三(san)相不平衡,但也会(hui)对(dui)UPS产生(sheng)一定(ding)的(de)(de)影(ying)响,毕竟上(shang)游的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)源不会(hui)像(xiang)UPS输出的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)源那样(yang)(yang)(yang)稳定(ding)和标准。

输入电(dian)源的(de)零线中断或扰动会(hui)直接威胁到UPS的(de)EMI电(dian)路中X电(dian)容和MOV,使其(qi)失(shi)去功(gong)效甚至(zhi)炸裂,同时(shi)也(ye)可能会(hui)影响到UPS整流(liu)、逆变、PFC等电(dian)路的(de)控制异(yi)常,以及逻(luo)辑电(dian)路的(de)基准点偏离(li),从而产生(sheng)误(wu)侦测(ce)、误(wu)告警。

输入(ru)电(dian)(dian)源(yuan)的(de)(de)(de)零(ling)(ling)(ling)(ling)线(xian)中断或(huo)(huo)扰动也会对UPS后面(mian)的(de)(de)(de)负载产生(sheng)(sheng)(sheng)影响,因为不论是(shi)(shi)传统的(de)(de)(de)工(gong)频机还是(shi)(shi)高频机,输入(ru)输出(chu)零(ling)(ling)(ling)(ling)线(xian)都(dou)是(shi)(shi)相(xiang)通的(de)(de)(de),UPS和其后面(mian)的(de)(de)(de)负载都(dou)是(shi)(shi)以上游(you)电(dian)(dian)源(yuan)的(de)(de)(de)零(ling)(ling)(ling)(ling)线(xian)作为参(can)考基(ji)准(zhun)点。当输入(ru)电(dian)(dian)源(yuan)的(de)(de)(de)零(ling)(ling)(ling)(ling)线(xian)中断或(huo)(huo)扰动时(shi)UPS可(ke)以转电(dian)(dian)池工(gong)作,继续给后面(mian)的(de)(de)(de)负载供电(dian)(dian),但(dan)此时(shi)的(de)(de)(de)零(ling)(ling)(ling)(ling)地(di)电(dian)(dian)压(ya)可(ke)能会很高或(huo)(huo)者(zhe)产生(sheng)(sheng)(sheng)波动,有些负载对零(ling)(ling)(ling)(ling)地(di)电(dian)(dian)压(ya)很敏感,可(ke)能会因为参(can)考基(ji)准(zhun)点的(de)(de)(de)偏离(li)而(er)告警(jing)、误动作、不能正常工(gong)作,甚至烧毁,这些后果的(de)(de)(de)产生(sheng)(sheng)(sheng)都(dou)是(shi)(shi)由(you)上游(you)的(de)(de)(de)电(dian)(dian)源(yuan)零(ling)(ling)(ling)(ling)线(xian)异常导致(zhi)的(de)(de)(de),不是(shi)(shi)UPS力所能及改(gai)善的(de)(de)(de)!

2、对ATS类型选用的建议

IEC62040-1-2和GB7260.4中有(you)明(ming)(ming)确说(shuo)明(ming)(ming):UPS的(de)(de)输出(chu)中性线(xian)(xian)依赖于输入电(dian)源(yuan)或(huo)供电(dian)系统的(de)(de)中性线(xian)(xian)时,如(ru)果电(dian)源(yuan)的(de)(de)外部隔离/转换等(deng)会引(yin)起危险(xian),则安装说(shuo)明(ming)(ming)书中应给出(chu)足(zu)够信息,防止该中性线(xian)(xian)缺失(shi)[3]。

CEMEP(欧洲电(dian)机(ji)和电(dian)力电(dian)子制(zhi)造商委员(yuan)会(hui))European UPS Guide也明确提出(chu):许多(duo)(duo)UPS系(xi)统(tong)采用输入(ru)电(dian)源的(de)中(zhong)性线(xian)作为UPS输出(chu)中(zhong)性线(xian)的(de)基准,当对UPS上游(you)电(dian)源采用多(duo)(duo)电(dian)源隔离(li)或(huo)转换(huan)时,应特别注意要确保输入(ru)电(dian)源中(zhong)性线(xian)基准在UPS运行期间(jian)不会(hui)断开(kai)[4]。

由上述两条可知,UPS输(shu)出零线(xian)(xian)依赖于输(shu)入电(dian)源或供电(dian)系统的(de)零线(xian)(xian)是(shi)有(you)标(biao)准依据(ju)的(de),并且市(shi)面上常用的(de)UPS也都是(shi)这样设计的(de)。同时(shi)这类UPS对其上游(you)所(suo)选(xuan)用的(de)ATS的(de)要(yao)(yao)求也是(shi)非常明确,那就(jiu)是(shi)零线(xian)(xian)不能(neng)中断!能(neng)满足这种(zhong)要(yao)(yao)求的(de)ATS类型只(zhi)有(you)两种(zhong):3极ATS和零线(xian)(xian)先通后断、始终(zhong)不会中断的(de)4极ATS。

对于少数3P3W+PE不需要接(jie)零线的UPS来说,选(xuan)用3极ATS自然也可以满足(zu)。

UPS与ATS配合应用的建议方案

由前面的《2.UPS与ATS配合(he)(he)应用(yong)的方(fang)(fang)案及分析(xi)》可(ke)知,在UPS与ATS配合(he)(he)应用(yong)的方(fang)(fang)案上,单(dan)机或(huo)并机系统适合(he)(he)采用(yong)单(dan)一(yi)ATS方(fang)(fang)案(如图3所示)。该(gai)方(fang)(fang)案结构简单(dan),成(cheng)本较低,配置(zhi)和维护比较方(fang)(fang)便,可(ke)靠性也能满足要求,万一(yi)ATS故障可(ke)以人为打(da)到(dao)旁路(lu)或(huo)者让UPS运行(xing)于电池状态下进行(xing)维护。

对(dui)于双总(zong)线或者更复杂(za)的(de)UPS供(gong)电(dian)(dian)系统(tong)建议采(cai)用ATS组合方案(an)(如(ru)图5所(suo)示)。因为复杂(za)的(de)供(gong)电(dian)(dian)系统(tong)预示着更高的(de)工作可靠(kao)(kao)性要求和更多的(de)成本(ben)投入(ru),增加一台ATS能够消除系统(tong)单(dan)点故障点从而提升(sheng)整个系统(tong)的(de)可靠(kao)(kao)性是(shi)非常值(zhi)得的(de)!(注意:ATS是(shi)不能直接(jie)并联的(de),否则切换不同步时(shi)会(hui)导致两路电(dian)(dian)源直接(jie)短(duan)路!)

针对上述两(liang)种(zhong)方(fang)案的(de)ATS选型,一(yi)定要选择(ze)3极ATS或者(zhe)零线(xian)先(xian)通后断的(de)4极ATS。这两(liang)种(zhong)ATS的(de)零线(xian)都是(shi)(shi)可(ke)以直接(jie)相连(lian)(lian)接(jie)的(de),一(yi)个(ge)是(shi)(shi)始终连(lian)(lian)在一(yi)起,一(yi)个(ge)是(shi)(shi)用到时连(lian)(lian)在一(yi)起,但是(shi)(shi)在连(lian)(lian)接(jie)之(zhi)前一(yi)定要创造可(ke)连(lian)(lian)接(jie)的(de)条(tiao)件(jian),连(lian)(lian)接(jie)时不能有零线(xian)环流产生。具体方(fang)法(fa)可(ke)以有两(liang)种(zhong)。

第一种方法是净化零线系统

主要从下面几(ji)个方面入手。

1、保证上游变压器到ATS端的两(liang)条零线都是给UPS系统专用(yong)的,没有另外接不平衡负载或者易产生3次(ci)谐波的设备;

2、变压器到(dao)ATS的两条零线(xian)线(xian)径(jing)够(gou)粗(cu),接(jie)地电阻足够(gou)小;

3、ATS后面的零线不做重复(fu)接地。

保证了(le)这(zhei)几点在ATS端(duan)测量到两(liang)路(lu)电源(yuan)的(de)零(ling)(ling)地(di)电压通(tong)常会接(jie)近(jin)于零(ling)(ling),尤其是ATS离上游两(liang)台(tai)变压器(qi)比(bi)较近(jin)的(de)情况下,这(zhei)样在ATS前(qian)端(duan)的(de)两(liang)条(tiao)零(ling)(ling)线(xian)(xian)可以随时(shi)连接(jie)到一起(qi)。这(zhei)种方(fang)法(fa)既适用于3极(ji)ATS也适用于零(ling)(ling)线(xian)(xian)先通(tong)后断的(de)4极(ji)ATS。

第二种方法是加装隔离变压器

如果(guo)第一(yi)(yi)种方法无法满足,就需(xu)要加装(zhuang)离(li)变压器来(lai)(lai)实现。对于(yu)3极ATS来(lai)(lai)说,可(ke)以在靠(kao)近ATS端(duan)给(ji)其中一(yi)(yi)路输(shu)(shu)入(ru)电(dian)源(yuan)加装(zhuang)隔(ge)(ge)离(li)变压器,并将(jiang)隔(ge)(ge)离(li)变压器二次侧(ce)的(de)零(ling)线(xian)(xian)(xian)跟另一(yi)(yi)路输(shu)(shu)入(ru)电(dian)源(yuan)的(de)零(ling)线(xian)(xian)(xian)接(jie)到一(yi)(yi)起,这样就解决(jue)了两路输(shu)(shu)入(ru)电(dian)源(yuan)的(de)零(ling)线(xian)(xian)(xian)短接(jie)问题(如图(tu)9所(suo)(suo)示,灰色线(xian)(xian)(xian)为N线(xian)(xian)(xian))。对于(yu)零(ling)线(xian)(xian)(xian)先(xian)通后断(duan)的(de)4极ATS来(lai)(lai)说,需(xu)要在靠(kao)近ATS端(duan)给(ji)两路输(shu)(shu)入(ru)电(dian)源(yuan)分别加装(zhuang)隔(ge)(ge)离(li)变压器,并将(jiang)隔(ge)(ge)离(li)变压器二次侧(ce)的(de)零(ling)线(xian)(xian)(xian)独立(li)接(jie)地(di),从而(er)满足第一(yi)(yi)种方法的(de)条件(如图(tu)10所(suo)(suo)示,灰色线(xian)(xian)(xian)为N线(xian)(xian)(xian))。

结束语

系(xi)(xi)统(tong)工(gong)作可(ke)用性是当(dang)今UPS供电(dian)(dian)系(xi)(xi)统(tong)追踪的(de)(de)重要指标之一(yi),为(wei)此很多单位都具备了两(liang)路(lu)电(dian)(dian)源甚至(zhi)三路(lu)电(dian)(dian)源,如(ru)何(he)把这(zhei)(zhei)些(xie)输入电(dian)(dian)源跟UPS供电(dian)(dian)系(xi)(xi)统(tong)很好(hao)地(di)结合起来(lai),主要就体现(xian)(xian)在UPS与ATS配合应(ying)用的(de)(de)方(fang)案(an)(an)上面,处(chu)理不好(hao)就会出现(xian)(xian)这(zhei)(zhei)样或者(zhe)那(nei)样的(de)(de)问题。单机或并(bing)机系(xi)(xi)统(tong)适合采用单一(yi)ATS方(fang)案(an)(an),对(dui)于双(shuang)总线或者(zhe)更复杂的(de)(de)供电(dian)(dian)系(xi)(xi)统(tong)适合采用ATS组(zu)合方(fang)案(an)(an),但是对(dui)应(ying)的(de)(de)ATS型号如(ru)何(he)选(xuan)用,零线如(ru)何(he)处(chu)理也都是关(guan)系(xi)(xi)到方(fang)案(an)(an)成败(bai)的(de)(de)关(guan)键!

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