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不间断电源系统

作者:威尼斯人app 发布时间:2020-11-06 15:30 点击:

  天津武清电信总公司 不间断电源系统 设 计 方 案 1 天津武清电信总公司 目录 1.1 系统概述.................................................................................................................................... 3 1.2 需求分析.................................................................................................................................... 3 1.3 系统设计.................................................................................................................................... 3 1.3.1 总体设计......................................................................................................................... 3 1.3.2 在线式 UPS 电源的工作原理及特点............................................................................ 4 1.3.3 类型比较......................................................................................................................... 4 1.3.4 类型选择......................................................................................................................... 5 1.3.5 UPS 上的智能化技术 ..................................................................................................... 6 1.3.6 UPS 蓄电池容量的选择 ................................................................................................. 7 1.3.7 UPS 相关的要求 ............................................................................................................. 7 1.3.8 系统传输设计................................................................................................................. 8 1.3.9 系统配电......................................................................................................................... 8 2 天津武清电信总公司 1.1 系统概述 随着电子技术的飞速发展, 各种各样的用电器越来越多。而这其中的绝大部 分都是非线性负载, 也就是说它们从电网提取的波形与电压波形不一致。这样无 疑会给电网带来了大量的谐波以及其他的公害,使供电的质量越来越坏。另一方 面,智能化系统中的各种设备,如计算机、程控交换机、通信设备、监控设备及 各类控制主机等对供电质量要求变得越来越高。不仅要求供电的连续性,即不能 停电,还要求电压、频率、波形准确完好,不能受到电网的任何干扰,要有一个 干净或净化的电源条件。 1.2 需求分析 UPS 能化系统工程必须具备有保障的动力电源。虽然现在的电力供应已经相 当的稳定, 但不可避免地会出现断电以及电压波动现象, 诸如电涌、 高压尖脉冲、 暂态过电压、电压下陷、电线噪声、频率偏移、持续低电压等。这些新的电源污 染会损害弱电设备,造成重要数据的丢失,影响工作。为了保证一些重要的弱电 系统如计算机网络系统、 安全防范系统等需要能够在主电力设备断电情况下仍有 无缝的电力供应,设置一套可靠的不间断电源系统是必需的。 对本项目机房的 UPS 电源系统提出以下要求: 采用先进、可靠、优质的 UPS; 设备应具有电子旁路、维修旁路,具有良好的可维护性; 选用 UPS 应具有良好的电磁干扰抑制能力; 有完整的监控、监测和通讯功能; 维护网络完善,有可靠的售后服务保障; UPS 应具有较高的性价比。 所有的 UPS 均应配置符合 SNMP 标准的网络监控接口卡,便于对 UPS 运行参 数及故障报警的监控。 1.3 系统设计 1.3.1 总体设计 3 天津武清电信总公司 本系统主要是计算机系统、 数据通信系统、安全防范和重要部门的重要设备 等提供多套的 UPS 解决方案。通过 UPS 系统解决来自电网的电涌、高压尖脉冲、 暂态过电压、电压下降、电线噪声、频率偏移、持续低电压、市电中断等影响电 源质量的因素,从而保证负载正常和安全运行。 1.3.2 在线式 UPS 电源的工作原理及特点 在线式 UPS 的工作过程是当市电正常时, 输入交流电压通过充电电路不断对 电池进行充电, 同时 AC/DC 电路将交流电压转换为直流电压,然后通过逆变器再 将直流电压逆变成交流正弦波电压供给负载。而当市电中断时,后备电池开始工 作, 此时电池的电压通过逆变器变换成交流正弦波或方波供给负载,因此无论是 市电供电正常时, 还是市电中断由电池逆变供电期间, 逆变器始终处于工作状态, 这就从根本上消除了来自电网的电压波动和干扰对负载的影响, 真正实现了对负 载的无干扰、稳压、稳频以及零转换时间。在线式 UPS 输出的正弦波的波形失真 系数很小。一般市售产品的波形失线%以内。 在线式 UPS 由于其工作方式是先对电池充电, 然后再由逆变器将电池的电能 逆变成交流,因此在电能的转化过程中有一部分电能将被损失掉,一般在线式 UPS 的电源效率在 90%以下。在线式 UPS 的优点在于它的零转换时间以及高质量 的输出电源品质,因此它更适合于一些关键性的应用场合。 1.3.3 类型比较 总的来说,后备式 UPS 对负载的保护最差,在线互动式好些,在线式则几乎 可以解决所有的常见电力问题。 当然成本也随着性能的增强而上升。因此用户在 选购 UPS 时, 应根据负载对电力的要求程度及负载的重要性不同,而选取不同类 型的 UPS,能够满足自己的应用需要就可以了,没有必要盲目地选择高性能。 对于重要的网络系统等后台的大多数应用来说, 考虑到业务的关键性和我国 电力系统的一些情况,用户采用在线式 UPS 还是比较多的。这是因为在线式 UPS 对市电有很好的净化作用,可以向用户提供稳压精度高、频率稳定、波形失真度 小和无干扰的瞬态响应特性好的高质量交流电, 所以它能对用户的设备提供全面 而彻底的保护,适合于大型数据中心机房和其他关键用电领域,如服务器、重要 的仪器设备、控制系统等。但其缺点是价格比较贵。 4 天津武清电信总公司 后备式 UPS 在市电供电正常时, 它向负载所提供的电压为对市电电压稍加稳 压处理过的正弦波电源, 当市电供电不正常时,它向用户负载提供的是有效值为 220V 的稳压方波电源。在线互动式 UPS 在市电供电正常时,它向负载所提供的 是仅对市电电压稍加稳压处理过的正弦波市电电源,仅当市电供电不正常时,才 向用户负载提供经过逆变的正弦波电源。对于在线式 UPS,只要有负载工作,逆 变器就一直工作,电压稳定度优于后备式和在线互动式 UPS,且输出电压的瞬间 响应特性好,具有良好的“净化”作用及安全保护功能,抗干扰能力强。后备式 和在线互动式 UPS 均不能实时在线地向用户提供标准正弦波电压。因此,在市电 波动范围大的地区和对供电要求较高的系统中,如精密仪表、重要的服务器、医 疗设备、通信传输的供电系统及电感性负载等,宜选用电压稳定度好的在线式 UPS。用于处理一般信息的个人电脑可选用后备式 UPS 电源。 1.3.4 类型选择 UPS 作为一级供电设备,连接着很多重要的负载,因此,它的可靠性是最重 要的,如果市电一切正常,而由于 UPS 出现故障使负载断电,造成经济损失,那 可真是得不偿失, 还不如将负载直接接到市电上。衡量 UPS 可靠性的指标有工作 效率、输出电流峰值系数、输出电流浪涌系数、过载能力和年均无故障时间等。 这些指标是衡量一台 UPS 可靠性的标准,也是在购买 UPS 时应该重点考虑的。 用户购买 UPS 是为了保护用电设备,而在重点考察 UPS 可靠性的同时,用户 也要注意 UPS 对电网的适应能力。UPS 对电网的适应能力包括输入电压范围、输 入功率因数、 对电网的谐波干扰和频率跟踪能力等。 UPS 对电网的适应能力越强, 它对用户负载的限制就越少。 其他要考虑的因素还有:尽量选择品牌产品,原装产品都会有出厂编号、说 明书和技术手册等,而且运行时能够感到噪音较小;软件支持,如果具有优秀的 软件支持和管理,UPS 就不只是一个单纯的供电设备,而是具有自动检测、自动 告警、自动存储等功能的智能设备,当然,这得看用户的具体需要了;与具体应 用环境的配合, 比如为联网设备选择 UPS 时,应重点考虑电源管理软件的网络管 理能力和跨平台管理能力, 而为电信设备选购 UPS 时,则要考虑到对噪声的抑制 能力和高可靠性。 总之,用户选用 UPS 时,应明确自己的供电要求和特点,对各品牌的 UPS 5 天津武清电信总公司 要全面分析和考察。 1.3.5 UPS 上的智能化技术 现在的 UPS 已不仅仅是一台不间断电源的安全和管理设备, 还是一个智能供 电系统。除了配备常规的整流器、滤波器、充电器、放电器、逆变器等外,它还 可利用其它配件提供微处理器控制、负载类型自动识别、电池检测、LCD 状态显 示、逆变器自动适应调整、风扇速度检测和远程监控等功能。而且,在为网络计 算机及相关设备提供不间断电源时, 系统管理员往往要求能够方便、 快捷地检测、 控制和管理 UPS 的状况,并实现定时开关 UPS、市电故障报警、自动关掉网络服 务器等关键设备的功能。这些实际需求无疑对 UPS 监控软件提出了更高的要求, 要能够适应现代网络平台上的多种操作系统, 如 NT、 NetWare、 Unix、 Linux 等, 并提供从 RS232 接口、SNMP 接口到 Modem 连接等多种管理方案。此外,现代 UPS 还很注重与应用环境的集成。 在机房、 智能大厦等自动化程度较高的电源系统中, UPS 触点信号基本上都能与火灾报警信号、温度检测信号和保安系统等相连,以 便灾难发生时启动报警信号,紧急关掉 UPS 或采取其它相应措施。 作为 UPS 电源的心脏, 电池的损坏或寿命的缩短直接意味着 UPS 设备的损坏 或崩溃。 所以, 保证电池不被损坏或延长电池的使用寿命也就成了现代 UPS 系统 的一个重要任务。为此,不少 UPS 产品设有智能化电池管理功能,具体包括:电 池放电终止保护电压自动调节功能, 由于 UPS 标准机与长延时机的电池放电倍率 有所不同, 两者放电终止电压保护点的设置也应区别对待,否则将严重缩短价格 上占有相当比重的蓄电池寿命,某些 UPS 在采用 32 位 DSP 芯片后,率先将大功 率 UPS 的电池管理技术应用到小功率产品中, 在 DSP 中存储了数十条电池放电曲 线, 通过对电池放电电流的检测可自动判断电池的放电倍率,进而自动调节电池 放电终止电压,达到延长蓄电池使用寿命的目的;均浮充自动转换功能,该功能 可根据对电池充电电流的检测及电池容量情况的判断自动进行均浮充转换, 大大 节省了充电时间,活化了电池,从而起到了延长电池使用寿命的作用;自动温度 补偿功能, 由于电池充电速度和充电饱和容量与环境温度密切相关,而普通蓄电 池又都普遍存在记忆效应, 所以支持自动温度补偿功能的 UPS 可根据环境温度的 变化自动调节浮充电压, 从而最大限度地保证电池的有效容量,延长了电池的使 用寿命;自动均流可并联充电器,对于 UPS 需要长延时的使用方案,某些品牌专 6 天津武清电信总公司 门设计了可并联的自动均流的充电器,并采用了成熟的通信电源并联技术,其均 流不平衡度可以小于 3%,能够满足用户对电池尽快恢复能量储备的需求。 除了使 UPS 智能化以外,在具体的系统部署上,厂商还提出了串联、并机、 阵列等技术, 进一步提高了 UPS 的带载能力和系统的整体可靠性。其中特别值得 一提的是 UPS 阵列技术, 它主要借鉴了服务器和存储设备的阵列做法。当一个网 络系统中所有的 UPS 组成一个阵列时, 该阵列中的所有电源模块就会同时负担系 统负荷,其地位完全平等,当某个模块出现问题而停止供电时,其它模块便会自 动分摊多出来的电源负载, 这是在系统负荷小于系统最大负荷的情况下。当系统 接近满负荷工作状态时, 任一模块停止工作都将影响外部计算机系统的正常工作, 此时冗余设计便会发挥作用。 当某个主智能控制模块失效时,系统会立即将失效 模块的任务转移到冗余模块上, 而且这一过程不必切断电源,完全由系统自动在 后台完成, 用户丝毫不会察觉到系统电源出了问题。冗余模块在功能上不如主智 能模块完备, 但可承担主智能模块的大部分事务,只要系统管理员及时更换或修 复出现问题的主智能模块,系统就又可以正常工作了。 1.3.6 UPS 蓄电池容量的选择 I(最大)=输出功率*功率因数/逆变器效率*节数*电池电压≈0.85*输出功率 /节数*电池电压(注:功率因数≈0.85、逆变器效率≈0.9) 。 所需电池组数=I(最大)*后备时间/标称容量 对设备安全运行的要求很高,由于后备时间越长,电池越多。鉴于本项目的 UPS 主机容量都较大,电池的数量及重量会较大,考虑到电池的维护及大楼的承 载,建议 UPS 的后备时间为 1 小时。更长时间的备电建议由柴油发电机来提供。 1.3.7 UPS 相关的要求 UPS 系统重量较重,要求地板承重做加载处理,在地板下做槽钢,每平米承 重超过 1000KG。 机房温度要求在 20-25 度之间,湿度控制在 50%左右。 周围无易燃易爆的气体或物品,无金属导电尘埃。 为了便于散热, 一般宜在机柜周围留下 0.5∽1 米的距离。 若 UPS 靠墙安装, 机柜与墙之间的距离最少应留下 0.1 米。 7 天津武清电信总公司 主机重量较重,安装时应考虑如何就位及运输问题。 1.3.8 系统传输设计 电源部分: 整个系统采用: ? ? ? ? 采用 TN-S 系统供电; 进线为三相五线V 三相电源进线采用三相四线制。单项电源采用单项二线制。在各建筑物内通 过配电箱,用单项电通过 ZRBV2*2.5+ZRBVR1*2.5 电缆送达本建筑物内的 IDF 间 的开关箱。 信号部分: 整 个 系 统 的 UPS 主 机 均 可 使 用 SNMP 通 讯 卡 , 通 过 内 部 局 域 网 用 Upsiteplus 软件进行全部 UPS 主机的联网管理。 1.3.9 系统配电 1、系统采用集中供电方式,均由各楼的 UPS 集中供电。在楼层弱电间设置 配电箱, 系统电源由各楼的 UPS 到相应各楼层弱电间监控报警配电箱, 经变压 (整 流)后引出至各前端设备。 2、建议考虑采用柴油发电机组为更长延时提供动力。 8

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