UPS供电系统的设计与维护

1、UPS供电系统的设计与维护中国计算机用户协中国计算机用户协会机房设备应用分会专家组中国人民银行清算总中心高级工程师王力坚可靠的供电是稳定业务运行的基本条件 电压和频率是衡量电力系统电能质量的两个基本参数 在电能的传送和分配过程中，要求电力系统供电安全可靠，停电次数少而且停电时间短，电压变动小，频率变化小，波形畸变小等。 市电电源主要问题 中断(power failure) 指市电中断并且持续至少两个周期到数小时的情况，主要由：线路上的断路器跳闸、市电供应中断、线路中断等引起。 断电断电市电电源主要问题 电压突降(power sags) 指市电电压有效值介于额定值的80%至85%之间的低压状态，

2、并且持续时间达一个到数个周期，主要由：大型设备开机、大型电动机启动或大型电力变压器接入等引起。 市电电源主要问题 电压起伏及闪烁(brownout) 指市电电压有效值低于额定值，并且持续较长时间，其产生原因包括：大型设备启动和应付、主电力线切换、启动 大型电动机、线路过载等。 电压波动电压波动市电电源主要问题 脉冲电压 (high voltage spikes) 指峰值达6000v，持续时间从万分之一秒至二分之一周期 (10ms)的电压，主要由于雷击、电弧放电、静态放电 或大型设备的开关操作而产生。 尖峰尖峰市电电源主要问题 电压浪涌 (power surges) 指输出电压有效值高于额定值1

3、10%，而且持续时间达到一个或数个周期，主要是由于在电网上连接大型设备关机时，电网因突然卸载而产生的高压。 浪涌浪涌市电电源主要问题 频率变化 (frequency variation) 指市电频率的变化超过3HZ以上，原因为：应急发电机不 稳定运行，或由频率不稳定的电源供电所致。 频率波动频率波动市电电源主要问题 杂波干扰(noise) 指射频干扰(RFI)和电磁干扰(EFI)以及其他各种高频干扰，如马达的运行、断电器的动作、马达控制器的工作、广播发射、微波幅射以及电气风暴等。电子噪音电子噪音市电电源主要问题解决方案 稳压电源 隔离变压器 飞轮稳压装置 发电机 UPS 性能良好的UPS可提供

4、非常准确的电压稳定度、频率稳定度，能基本解决市电电源问题 UPS按工作原理分可分为 离线式（off line） 在线式（on line） UPS按输入输出方式可分为 单相输入单相输出 三相输入单相输出 三相输入三相输出 UPS按容量可分为 小功率 5KVA以下 中功率 5KVA30KVA 大功率 30KVA以上 UPS按备用时间可分为 标准型UPS备用时间为5-25分钟 长效型。UPS备用时间为1-8小时 UPS按结构形态可分为 塔式机 模块化UPSUPS基本结构基本结构 整流器 逆变器 旁通开关（静态/手动） 蓄电池组 控制监测系统BypassOutput ACDCAC DC整流器整流器升压

5、电路升压电路静态旁路静态旁路逆变器逆变器蓄电池蓄电池充电器充电器UPSUPS的配置的配置 负载种类和特性 负载容量 电池计算 发电机组与发电机组与UPSUPS功率匹配计算功率匹配计算 配置模式模式 供电方案 接地负载种类和特性 容性 感性 阻性 计算机负载 功率因数为0.8 波峰系数大于3：1 系统容量 系统容量指的是交流供电时，供电设备所能提供的最大功率。UPS供电时额定功率表示千伏安（KVA），发电机额定功率是千瓦（KW）。伏安表示的是视在功率，瓦表示的是有功功率。这在实际应用中是有很大的区别的，只有在理想情况下，它们的功率因数都等于1时，在数值上是相等的。 电池计算 计算公式计算公式:

6、电池组提供的功率电池组提供的功率=UPS容量UPS输出功率因数UPS逆变的效率 每只电池提供的功率每只电池提供的功率=电池组提供的功率电池个数发电机组与发电机组与UPSUPS功率匹配计算功率匹配计算 eKW = pfKV.A bKW = eKW / eff KV.A=发电机的KV.A输出 eKW电功率 bKW发动机功率 eff发电机效率 pf相连接的负载的功率因数配置模式模式 集中供电方案 负载比较集中，集中便于管理 分散供电方案 负载比较分散，且各负载之间比较独立，对供电质量要求较高 可靠性高：供电方式 电源管理 布线要求 可靠性 成本 集中供电 容易 高 较低 低 分散供电 不易 低 较高

7、 高两种方式的优缺点列表如下UPS单机供电方案 UPS双机串联供电方案 UPS双机并联供电方案 UPS双机双母线输出方案 UPS 11并机双母线冗余方案 UPS电源的作用电源的作用 在线UPS能基本解决市电电源问题 UPS集电力电子技术之大成 恶劣苛刻的条件下长期工作 事故总数5070%是由于配电系统中其它环节人为操作和维护问题引起的 IT接地系统(浮空)TN-C接地系统 -C-S接地系统TNTT接地系统 TN-S接地系统 接地类型接地类型接 地机房接地原则：（机房接地原则：（1 1）等电位（）等电位（2 2）共地）共地 (3)(3)宜宜重复接地重复接地供电系统1供电系统2负载系统1负载系统2

8、负载系统N接 地机架式模块化UPS与传统UPS相比有相当大的优势 安装简单，扩容方便，节约投资 并联冗余，运行稳定，可靠性高 维修方便，在线更换，可用性高 模块化UPS构造分类 一类是功率模块化的的UPS （APC公司的Symmetra MW ）模块化UPS构造分类 一类是完全模块化的（ NEWAVE公司CONCEPTPOWER系列 ）冗余并机对可用性的影响冗余并机对可用性的影响单台可用度Ai(t) 0.9 0.99 0.9991+1并机 0.99 0.9999 0.9999991+2并机 0.999 0.999999 0.9999999992+1并机 0.97 0.9997 0.999997

9、211iAA311iAA3211iAA模块化UPS的发展方向 提高功率密度，把单体模块功率做大 。 破并联台数限制，把整机功率做大 。 把市场推广做上去，把价格水平降下来 。模块化应用现状 完全的模块化系统，无共用系统组件 目前单体模块容量最大达200KVA 高可靠性，N+1至N+m自动提供 在中国有最大的实际应用系统 不同功率的模块可同柜共用 每个模块可单独接电池，电池电压大范围可调结构设计中特别要注意的问题零地电压 零地电压的形成原因 三相电源配电时负载不平衡 接地电阻不符合规范要求 N线、PE线线径不够或断路 高频谐波引起电位升高电磁场干扰 使用UPS、电子稳压器等电子供电设备无零地电压

10、控制能力 使用的插线板不符合电器标准结构设计中特别要注意的问题零地电压 零地电压的危害 零地电压对负载的影响，主要表现在三个方面(一)引起硬件故障、烧毁设备。（二）引发控制信号的误动作。（三）影响通信质量，延误或阻止通信的正常进行。结构设计中特别要注意的问题零地电压 零地电压的控制 平衡负载 降低接地电阻 选用绿色的，谐波干扰符合国家规定的用电设备 选用有零地电压控制能力或零地电压升小的UPS 严格监管供配电的二次装修的电气施工 加装隔率变压器 结构设计中特别要注意的问题漏电保护器 保护器的工作原理 电流型漏电保护器 如果发生了漏电，相线、中性线的电流向量和不等于零 结构设计中特别要注意的问题

11、漏电保护器 计算机与网络类设备相地之间允许有电流泄露 UPS火线，零线，地线上有抗浪涌，协波电路漏电电流 UPS的输出逆变器会引起中线 N 有电流 结构设计中特别要注意的问题漏电保护器 安装漏电保护器 ，对人员触电起不到保护作用 安装漏电保护器 ，会引起误报警断电 勉强安装漏电保护器后，存在真正漏电事故不能有效监控的潜在隐患 结构设计中特别要注意的问题输入谐波电流 整流器都是UPS必不可少的组成部分 为调压可控硅整流只能斩掉一部分输入电 流 最大缺点就是对电网的干扰问题 结构设计中特别要注意的问题输入谐波电流 IGBT整流技术的整流器利用高频切换脉宽调制电流，达到正弦波式输入电流的目的 结构设

12、计中特别要注意的问题输入谐波电流 输入功率因数输入谐波电流（对电网污染）无功损耗 输入配置容量与发电机组功率匹配比输入电压范围6脉冲整流（滤波器）0.650.8027%35%20%30%1:1.25 1:2.510%12脉冲整流（滤波器）0.800.9010%15%10%15%1:1.151:1.510%IGBT高频整流0.993%1%1:1 1:1+15%30%UPS使用中的注意要点使用中的注意要点 要给UPS一个良好的工作环境 注意UPS电源输出连接的安全 使用UPS的时候要计算负载的大小 要注意UPS的实际放电时间 要特别关注的就是蓄电池 一个良好的工作环境 工作温度是22左右 温度过底

13、会使电池的容量降低 温度过高也会导致UPS工作不稳定 要注意在使用UPS时的开关机顺序 连接的安全 开关的分级 开关的除尘，测温 电缆安全 特别要注意的末级插座计算负载的大小 负载过大的危害 负载过小的危害 合理的负载应该控制在50%到80%之间 UPS输出负载控制在60%左右为最佳 开关机顺序 先打开UPS供电 避免启动时瞬间的电流冲击 关机时的顺序正好相反 实际放电时间 UPS显示电池放电时不准 在电池保养不当或老化得情况下，显示时间与实际后备时间会有很大误差。 要注意校正蓄电池 一个不间断电源（UPS）系统中 要特别关注的蓄电池 免维护密封铅电池也要维护 对对UPS未来发展的一些希望未来发展的一些希望 智能化 数字化 高频化 冗余并机技术 绿色化 智能