UPS電源系統(tǒng)方案

1、六、 不間斷電源系統(tǒng)6.1系統(tǒng)簡述UPS（Uninterruptible Power System ），即不間斷電源系統(tǒng)，是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。主要用于給單臺計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其它電力電子設(shè)備提供不間斷的電力供應(yīng)。當(dāng)市電輸入正常時，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩(wěn)壓器，同時它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷（事故停電）時， UPS 立即將機(jī)內(nèi)電池的電能，通過逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。UPS 設(shè)備通常對電壓過大和電壓太低都提供保護(hù)。 電氣工程中配電系統(tǒng)是

2、信息系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施中關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一旦系統(tǒng)斷電將產(chǎn)生不可估量的損失。由此可見，機(jī)房UPS在機(jī)房建設(shè)中顯得尤為重要。方案中提及的UPS及不間斷電源系統(tǒng)，它以蓄電池組為逆變電源，通過UPS內(nèi)部的直流逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，通過電源雙切換裝置，在市電斷電后數(shù)毫秒內(nèi)迅速切換，達(dá)到不間斷供電的目的。6.2需求分析南昌博蘭澤國際大酒店共計(jì)樓層23層，其中地下1層地上22層。1-5層為裙樓，設(shè)置酒店各功能用房；塔樓為6-22層，均設(shè)置客房，其中，會議室共計(jì)4個，1個小型會議室，2個中型會議室，1個大型會議室。中小型會議室設(shè)置在酒店3層，大型會議室設(shè)置在酒店4層。6.3設(shè)計(jì)原則方案設(shè)計(jì)中充分考慮可能完善的整體規(guī)劃，圍繞

3、當(dāng)前應(yīng)用需求的特點(diǎn),本著實(shí)用與發(fā)展相結(jié)合的總體原則，以滿足目前的應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，合理優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；并兼顧未來的應(yīng)用需求和發(fā)展，為系統(tǒng)在技術(shù)上提供有效的平滑過渡環(huán)境。先進(jìn)性：采用國內(nèi)外最先進(jìn)數(shù)字信號技術(shù)、RF高頻調(diào)制技術(shù)等，確保信號清晰、失真率低?？茖W(xué)性：采用高可靠性中頻殘留邊帶聲表面波濾波器，多種鎖相方式等，科學(xué)控制頻道的抑制度、平坦度、調(diào)制度，使信號調(diào)制穩(wěn)定、可靠，不出現(xiàn)交互調(diào)、互相干擾現(xiàn)象發(fā)生。穩(wěn)定性：采用穩(wěn)定可靠的視音頻器件，保證高載噪比、高可靠性和操作簡單。系統(tǒng)建成后，能長期穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。經(jīng)濟(jì)性：盡量利用現(xiàn)有資源，減少布線，節(jié)省酒店開支。在滿足系統(tǒng)基本需求情況下，保證較優(yōu)的性能價格比

4、?？蓴U(kuò)展性：系統(tǒng)的所用設(shè)備均采用冗余性產(chǎn)品，便于今后的擴(kuò)展，系統(tǒng)在完成后需要增加用戶時，不需要對原系統(tǒng)進(jìn)行更改，只需增加設(shè)備即可。兼容性：建成后存在良好的兼容性，系統(tǒng)具備傳輸交互信息的能力，可實(shí)現(xiàn)不同階段系統(tǒng)兼容，滿足用戶多方面的需求。6.4設(shè)計(jì)依據(jù)本方案的實(shí)施嚴(yán)格按照最新國家公布的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、驗(yàn)收規(guī)范進(jìn)行，常用的部分國家規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)羅列如下：Ø GB/T50314-2000 智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)Ø JGJ/Tib-92 民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范Ø GB/T 22473-2008 儲能用鉛酸蓄電池國家標(biāo)準(zhǔn)Ø GB/T7261-1987 繼電器及繼電器保護(hù)裝置基本

5、實(shí)驗(yàn)方法Ø GB/17478-1998 低壓直流設(shè)備的特性及安全要求Ø GB2423-95 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程Ø GB4858-84 電氣繼電器的絕緣試驗(yàn)Ø GB6126 靜態(tài)繼電器及保護(hù)裝置的電氣干擾試驗(yàn)Ø GB7261 繼電器和繼電保護(hù)裝置基本試驗(yàn)方法Ø GBJ16-82 高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)劃Ø GBJ16-37 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范Ø GB/T17626.5 浪涌(沖擊)抗擾度試驗(yàn)Ø GB/T17626.6 射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度Ø GB/T17626.8 工頻磁場的抗擾度試驗(yàn)&

6、#216; GB50171-92 電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路接線施工及驗(yàn)收規(guī)范Ø GB50062-92 電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計(jì)規(guī)范Ø DL/T459-2000 電力系統(tǒng)直流電源柜訂貨技術(shù)條件Ø DL/T5120-2000 小型電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)程Ø DL/T856-2004 電力用直流電源監(jiān)控裝置Ø GB7450-87 電子設(shè)備雷擊保護(hù)導(dǎo)則Ø GB4843-85 信息技術(shù)設(shè)備包括電氣設(shè)備的安全6.5系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)6.5.1設(shè)計(jì)思想采用2臺200KVA的并機(jī)冗余的方案，采用市電和柴油發(fā)電機(jī)雙線路輸入,并配置專用的STS

7、互投柜,隨時切換輸入市電,同時為了保UPS電源不間斷的工作,當(dāng)其中一路市電掉電后,另一路發(fā)電機(jī)電瞬間切換過來繼續(xù)為UPS電源供電.本方案采用山特電源的ARRY系列UPS電源設(shè)計(jì)。配電系統(tǒng)是信息系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施中關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一旦系統(tǒng)斷電將產(chǎn)生不可估量的損失。正因如此，機(jī)房UPS在機(jī)房建設(shè)中顯得尤為重要。所謂的UPS及不間斷電源系統(tǒng)，它以蓄電池組為逆變電源，通過UPS內(nèi)部的直流逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，通過電源雙切換裝置，在市電斷電后數(shù)毫秒內(nèi)迅速切換，達(dá)到不間斷供電的目的。UPS電源、市電電源、UPS市電切換柜，構(gòu)成了電子信息類產(chǎn)品機(jī)房建設(shè)不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施。APC是動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與管理的經(jīng)驗(yàn)集大成者，擁有業(yè)界

8、最寬、最完整的電氣電子產(chǎn)品線，擁有業(yè)界領(lǐng)先的電氣技術(shù)、研發(fā)、產(chǎn)品制造及服務(wù)平臺。為用戶關(guān)鍵業(yè)務(wù)提供高可靠性的的供電方案和先進(jìn)的電源管理。本方案中，我們選用美國APC系列SY200160H 200kVA的UPS。本方案中，采用柴油機(jī)+UPS的方式構(gòu)成UPS配電系統(tǒng)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下。6.5.2系統(tǒng)組成系統(tǒng)主要由UPS主機(jī)、蓄電池組、柴油發(fā)電機(jī)、互投柜及其周邊配電柜（箱）等輔助設(shè)備組成。蓄電池組與UPS主機(jī)相連，逆變成電力系統(tǒng)所需的交流電；柴油機(jī)輸出與UPS輸出進(jìn)入互投柜進(jìn)行STS電氣自動切換。6.5.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用2臺200KVA的UPS主機(jī)構(gòu)成并機(jī)冗余，采用市電和柴油發(fā)電機(jī)雙線路輸入,并配

9、置STS互投柜,隨時切換輸入市電,同時為了保UPS電源不間斷的工作,當(dāng)其中一路市電掉電后,另一路發(fā)電機(jī)電瞬間切換過來繼續(xù)為UPS電源供電.本方案采用山特電源的ARRY系列UPS電源設(shè)計(jì)。本方案中，我公司為機(jī)房提供的方案為美國APC系列主機(jī)，該系列UPS電源主機(jī)可最大限度地滿足可靠性的冗余。采用雙機(jī)并聯(lián)的UPS主機(jī)冗余系統(tǒng)具有最高的可靠性，理論上可達(dá)到單機(jī)MTBF的56倍。我們選用APC系列SY200k160H 200kVAUPS的單機(jī)MTBF為大于500,000小時，1+1并聯(lián)UPS系統(tǒng)的MTBF至少可達(dá)到1,000,0001,200,000小時。并機(jī)有兩種方式，一種是公用旁路式（俗稱并機(jī)柜式

10、）；另一種為分散旁路式（俗稱直接并聯(lián)式）。由于公用旁路式（俗稱并機(jī)柜式）并機(jī)存在旁路柜單點(diǎn)故障，現(xiàn)在的UPS并機(jī)系統(tǒng)基本被分散旁路式（俗稱直接并聯(lián)式）并機(jī)所替代。我們建議采用2臺200kVA的APC系列UPS的1+1的直接并聯(lián)UPS組成一套交流不間斷集中供電系統(tǒng)為所有網(wǎng)絡(luò)、存儲設(shè)備負(fù)載供電。其工作原理如下：并機(jī)通訊板用于兩臺UPS逆變器的通訊，保證兩臺UPS的輸出同頻、同相、同幅，并機(jī)環(huán)流1A，輸出幅值的不均勻度1%。正常工作時，兩臺UPS共同承擔(dān)所有負(fù)載并自動將負(fù)載均分到每臺UPS，即1+1并機(jī)系統(tǒng)的單機(jī)承擔(dān)50%的總負(fù)載。當(dāng)其中一臺UPS出現(xiàn)故障時（如逆變器故障），該UPS自動退出并機(jī)系統(tǒng)

11、另一臺UPS承擔(dān)100%的總負(fù)載；若該臺UPS逆變器出現(xiàn)故障或由于負(fù)載超載等原因時，UPS自動處于交流旁路工作狀態(tài)（APC系列UPS采用雙路靜態(tài)開關(guān)，可確保該切換動作在4ms內(nèi)完成），使負(fù)載處于市電供電狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)需要維修或需要擴(kuò)容時，先將UPS系轉(zhuǎn)到自動交流旁路工作狀態(tài)，再將UPS的總輸出開關(guān)斷開，合上外置維修旁路開關(guān)，此時UPS系統(tǒng)退出供電，負(fù)載由人工外置維修旁路供電。本系列UPS最多可由6個單機(jī)系統(tǒng)組成“1+N”系統(tǒng)，以達(dá)到提高系統(tǒng)容量或可靠性，或既提高系統(tǒng)容量又提高系統(tǒng)可靠性的目的。并聯(lián)的各UPS單機(jī)均分負(fù)載消耗的功率，由此大大提高電氣系統(tǒng)的容災(zāi)能力。并聯(lián)UPS的軟件和硬件與單機(jī)模式完

12、全一致，并機(jī)系統(tǒng)的配置可通過參數(shù)設(shè)置軟件實(shí)現(xiàn)。并機(jī)控制電纜形成閉環(huán)連接，為系統(tǒng)提供可靠性和冗余。雙母線控制電纜連接在兩個母線的任兩個UPS單機(jī)之間。智能并機(jī)邏輯為用戶提供最大的靈活性。例如，可按任意順序關(guān)閉或啟動并機(jī)系統(tǒng)中的各單機(jī)?？蓪?shí)現(xiàn)逆變供電模式和旁路模式之間的無縫切換，并且可自動恢復(fù)；即過載消除后，系統(tǒng)會自動恢復(fù)至原來的運(yùn)行模式?？赏ㄟ^各單機(jī)LCD查詢并機(jī)系統(tǒng)的總負(fù)載量。后臺監(jiān)控軟件選件可對各單機(jī)分別進(jìn)行監(jiān)控，也可將整個并機(jī)系統(tǒng)視為一個單機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。兩臺及以上單機(jī)UPS并機(jī)運(yùn)行組成的UPS系統(tǒng)相當(dāng)于一個大的UPS系統(tǒng)，具有更高的系統(tǒng)可靠性。為了保證各單機(jī)使用度相同并符合相關(guān)配線規(guī)定，

13、應(yīng)滿足：所有單機(jī)必須容量相同并接至相同的旁路電源。旁路和整流輸入電源必須接至相同的中線輸入端子。如安裝漏電流保護(hù)器件（RCD），必須正確設(shè)置并安裝于共同的中線輸入端子前或該器件必須監(jiān)控系統(tǒng)的保護(hù)地電流。所有UPS單機(jī)的輸出連接到共同的輸出母線上。對于由3個或更多單機(jī)并聯(lián)組成的系統(tǒng)，提供無源旁路均流電感選件。6.5.4電力負(fù)載分配設(shè)計(jì)在本方案中，經(jīng)我公司技術(shù)工程師對酒店情況的了解，綜合用戶意見及整體性價比，為用戶推薦美國APC三進(jìn)三出200KVA UPS主機(jī)2臺并機(jī)作為作為電源后備供電方案，根據(jù)系統(tǒng)后備2小時來配置電池。推薦配置方案如下：1、蓄電池配置電池容量計(jì)算及配置方法(40KVA單臺后備3

14、.5小時)電池容量C=（P*T）/(U*K)=(40000VA*0.8*2H)/(360V*0.94*0.95)199AH其中，C- 電池容量P- 有功功率T-時間U- 電池組直流電壓- UPS效率K- 功率因數(shù)(12V*120節(jié)*100mAh*0.85)/(0.8*40KW) = 3.85h由此，滿足機(jī)房停電時候后備3.5小時的電源配電要求。由APC系列UPS 200機(jī)頭性能參數(shù)表查得：機(jī)頭直流電壓為360V，采用12V電池單體為30只一組，機(jī)器功率因數(shù)為0.8，電池逆變效率為94%，電池放電系數(shù)為95%。根據(jù)以上公式原理得出后備兩小時需配置199AH電池一組，但199AH電池為非標(biāo)型號，那

15、么我們在常規(guī)配置中采取最接近用戶要求后備時間的配置方法，在此次方案中我公司選用12V100AH電池二組，每組30只。2、電氣連接導(dǎo)線配置20kVA30kVA40kVA60kVA電流(A)電纜(mm2)電流(A)電纜(mm2)電流(A)電纜(mm2)電流(A)電纜(mm2)電池562584351123516850旁路37165625742511235輸出37165625742511235輸入44166625882513235中線25353550地線16162525lAPC系列UPS的功率電纜按照3-5A/mm2的電流密度進(jìn)行配置，同時電纜上的最大電壓降不大于3V。UPS電源系統(tǒng)的中線有旁路電源輸

16、入中線、UPS電源輸出中線，其截面積應(yīng)當(dāng)為相線電纜截面積的1.5-1.7倍。UPS電源系統(tǒng)中有安全保護(hù)地線和防雷地線，其截面積應(yīng)當(dāng)為相線電纜截面積的0.5-1.0倍。但截面積不小于6mm2。6.6系統(tǒng)硬件選型6.6.1UPS主機(jī)選型方案中我們選用200KVA UPS主機(jī)，從市電和柴油發(fā)電機(jī)兩路提供的電源到UPS主機(jī)并機(jī)運(yùn)行。UPS采用優(yōu)質(zhì)鋼板制成，附帶液晶可觸摸顯示屏，中英文操作界面。該機(jī)器外觀見下圖，主要技術(shù)參數(shù)如下：Ø UPS電源類型：在線式UPSØ 額定功率：200KVAØ 功率因數(shù)：0.9Ø 轉(zhuǎn)換時間：0msØ 電池類型：外接電池

17、16; 標(biāo)稱后備時間：視外接電池容量而定Ø 輸出電壓：220V（1±1%）VØ 輸出電壓頻率范圍：50（1±0.1%）HzØ 輸入電壓：176-276VØ 輸入電壓頻率范圍：46-54HzØ 電源輸出插座：無Ø 工作噪聲：55dB6.6.2蓄電池選型蓄電池選用中達(dá)電通生產(chǎn)的端電壓為12V免維護(hù)蓄電池，在實(shí)際工程應(yīng)用中，常常將多個獨(dú)立的蓄電池用導(dǎo)線正負(fù)極首尾依次連接構(gòu)成電池組來使用。如圖所示，通過UPS主機(jī)標(biāo)稱值的直流電輸入電壓來串聯(lián)合適數(shù)量的蓄電池個數(shù)，串聯(lián)的總電壓與UPS主機(jī)一致后接入主機(jī)，使設(shè)備可正常運(yùn)行。上圖

18、是我公司過往UPS系統(tǒng)施工案例的圖片，其主要技術(shù)參數(shù)如下：Ø 端電壓：12VØ 電池容量：100mAhØ 電量效率：80%Ø 自由放電率：1.7-2.2%Ø 使用壽命：約2.5年Ø 放電終止電壓：約1.8V6.6.3柴油發(fā)電機(jī)選型柴油發(fā)電機(jī)組的界限尺寸、安裝尺寸及連接尺寸均符合規(guī)定程序批準(zhǔn)的廠品圖樣。機(jī)組的焊接應(yīng)牢固，焊縫應(yīng)均勻，無焊穿、咬邊、夾渣及氣孔等缺陷，焊渣焊藥應(yīng)清除干凈；漆膜應(yīng)均勻，無明顯裂縫和脫落；鍍層應(yīng)光滑，無漏鍍斑點(diǎn)、銹蝕等現(xiàn)象；機(jī)組緊固件應(yīng)不松動。柴油發(fā)電機(jī)的電氣安裝應(yīng)符合電路圖，機(jī)組的各導(dǎo)線連接處應(yīng)有不易脫落的明顯

19、標(biāo)志，應(yīng)有接地良好的端子，絕緣電阻和絕緣強(qiáng)度。絕緣電阻：各獨(dú)立電氣回路對地及回路間的絕緣電阻應(yīng)大于2M。絕緣強(qiáng)度：機(jī)組各獨(dú)立電氣回路對地及回路間應(yīng)能承受交流試驗(yàn)電壓1min，應(yīng)無擊穿或閃爍現(xiàn)象?；芈冯妷?00V，試驗(yàn)電壓750V；回路電壓100V，試驗(yàn)電壓1440V 。柴油發(fā)電機(jī)組的相序要求，其控制屏接線端子的相序從控制屏正面看應(yīng)自左到右或自上到下排序。柴油發(fā)電機(jī)維持準(zhǔn)備運(yùn)行狀態(tài)要求。機(jī)組應(yīng)具有加熱裝置，保證其應(yīng)急啟動和快速加載時的機(jī)油溫度、冷卻介質(zhì)溫度不低于15。自動啟動供電和自動停機(jī)的可靠性檢查。接自控或遙控的啟動指令后，柴油發(fā)電應(yīng)能自動啟動。機(jī)組自動啟動后第3次失敗時，應(yīng)發(fā)出啟動失敗信號

20、；設(shè)有備用機(jī)組時，程序啟動系統(tǒng)應(yīng)能自動地將啟動指令傳遞給另一臺備用機(jī)組。從自動啟動指令發(fā)出至向負(fù)載供電的時間應(yīng)不超過3min。柴油發(fā)電機(jī)自動啟動成功后，首次加載量應(yīng)不低于50%標(biāo)定負(fù)載。接自控或遙控的停機(jī)指令后，機(jī)組應(yīng)能自動停機(jī)；對于與市電電網(wǎng)并用的備用機(jī)組，當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)正常后，柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)能自動切換或自動停機(jī)，其停機(jī)方式停機(jī)延遲時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定。自動啟動成功率不小于99%?？蛰d電壓整定范圍要求不小于95%-105%標(biāo)定電壓。自動補(bǔ)給功能要求應(yīng)能自動向啟動電池充電。自動保護(hù)功能要求機(jī)組應(yīng)有缺相，短路（不大于250KW），過電流（不大于250KW），過速，水溫缸溫高，油壓低保護(hù)。線電壓波

21、形正弦畸變，在空載標(biāo)定電壓，標(biāo)定頻率下，線電壓波形正弦畸變率<5%。電壓穩(wěn)態(tài)調(diào)整率 250KW 為3%；250KW 為2%6.6.4電源切換柜選型電源采用IKWS-I智能型手動操作器。具有遠(yuǎn)程和本地控制方式，實(shí)現(xiàn)無擾動切換；標(biāo)準(zhǔn)通訊接口（4-20mA），上下位機(jī)通訊方便可靠。具有手動（就地盤面調(diào)節(jié)），自動（DCS遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié)功能。整定參數(shù)全部可由本機(jī)或上位機(jī)實(shí)現(xiàn)，以及實(shí)現(xiàn)相互之間控制的切換和封鎖；數(shù)字式多參數(shù)顯示，操作簡便、直觀，方便操作工人的操作。具有過電流保護(hù)功能,全數(shù)字化操作；自動完成正常調(diào)功方式和動態(tài)分步調(diào)壓方式的無擾動轉(zhuǎn)換；操作采用儀表結(jié)構(gòu)，而控制采用模塊結(jié)構(gòu)。因此結(jié)構(gòu)簡單，便于檢修和維護(hù)。具有軟啟動和軟關(guān)斷的功能。在缺相時，不影響其它兩相