UPS供电系统改造工程案例分析

UPS供电系统改造工程案例分析摘要：本文通过对某UPS供电系统改造工程的分析，指出了UPS供电系统改造的必要性，以及改造的方案和难点，并给出了详细的割接方案和割接过程中需要注意的问题，希望通过本案例分析，为其他UPS供电系统改造工程提供借鉴。关键词：IDC数据中心；供电系统改造；网络安全0前言我国的通信事业经过十多年的快速发展，早期配置的大部分UPS电源设备已过保修期，存在安全隐患，迫切需要更新改造。然而，改造工程通常会遇到现场空间、系统结构、供电安全等诸多因素的限制，设计方案和施工难度都比较大。本案例中的UPS系统改造就遇到了现场因素的许多限制。如何在保证系统安全的前提下，优化割接步骤、减少割接工程量、选择最适合的替换产品是设计人员需要解决的问题。1供电系统现状1.1高低压供电系统现状高低压供电系统由引自同一变电站的两路市电电源、两套高压配电系统、四台1250kVA变压器、四套低压配电系统及两台1650kVA柴油发电机组组成。高压系统间设有母联开关，两路市电平时分段运行。1#1250kVA变压器和2#1250kVA变压器接在市电1上，互为主备用运行；3#1250kVA变压器和4#1250kVA变压器接在市电2上，互为主备用运行。两路市电电源各配置一台1650kVA柴油发电机组，两台柴油发电机组平时分段运行，系统间设有母联开关。由于该局的两路外市电引自同一变电站，所以外市电等级为二类市电。每台变压器所接的主要用电设备及最大运行负载率统计表序号变压器编号主要用电设备最大运行负载率备注11#变压器直流供电系统26%互为主备用22#变压器UPS供电系统147%33#变压器空调设备44%互为主备用44#变压器UPS供电系统239%1号变压器和3号变压器下的低压配电系统已没有空余的断路器。2号变压器和4号变压器下的低压断路器统计如下：2号变压器所接低压开关统计表序号开关编号开关额定容量(A)开关整定容量(A)供电设备名称备注1C2031250800UPS1-12C2041250800UPS1-23C2051250800UPS1-34C20616001600UPS1公共旁路5C2071250800空余注：为便于表述，把UPS系统1中的第2台UPS简称为UPS1-2，其他UPS类似。4号变压器所接低压开关统计表序号开关编号开关额定容量(A)开关整定容量(A)供电设备名称备注1C4041250800UPS2-12C4051250800UPS2-23C4061250800UPS2-34C40716001600UPS2公共旁路5C4081250800空余1.2UPS供电系统现状UPS系统1和UPS系统2均包括三台400kVA12脉冲UPS，2+1运行方式，每套UPS配置一个独立的旁路并机柜。每台UPS均配置三组12V/200Ah蓄电池，每组蓄电池有32只。UPS系统1和UPS系统2均为2001年投入使用。UPS系统1的蓄电池及UPS系统2中的第一组蓄电池和第二组蓄电池已在2009年2月更换。UPS系统1和UPS系统2已超过UPS使用年限。UPS系统2中的第三组蓄电池已超过使用年限。从2009年2季度以来，UPS系统1和UPS系统2相继发生模块故障、变压器故障、机内相间短路等故障，并引起供电系统一度瘫痪而导致供电中断，严重影响了IDC机房的业务安全。目前UPS系统1的第三台UPS和UPS系统2的第一台UPS由于故障而退出运行，即UPS系统1和UPS系统2均只有两台UPS运行。现有UPS供电系统配置及放电时间详见下表：现有UPS供电系统配置及放电时间表UPS系统运行方式蓄电池当前负载率(%)当前负载率下放电时间(min)80%负载率下放电时间(min)每台UPS正常运行一台UPS故障时UPS系统1400kVA(2+1)200Ah×961.87906030UPS系统2400kVA(2+1)200Ah×961.87906030改造前的UPS供电系统图及改造前的设备平面布置图如下：2改造的难点及重点1）由于需要改造的UPS系统均处于带电工作状态，UPS所带载的设备均是IDC设备，所以整个割接过程要求不断电操作。2）UPS系统1和UPS系统2都已经有一台UPS因故障退出运行，而实际负荷已经超过一台UPS的容量，即没有备用UPS，所以割接过程要确保万无一失，任何时刻应确保有两台UPS及其蓄电池带载运行。3）低压配电系统中空余的断路器太少(每套系统只有一个1250A断路器可用)。割接过程中一方面需要利用原来连接已损坏的UPS的断路器，另一方面考虑到一套系统采用一个公共旁路的安全性不高，替换后的UPS系统中每台UPS均配置单独的旁路，这就需要再增加一台配电屏，然而现场低压配电室没有位置增加低压配电屏，所以新UPS的尺寸不仅要比原UPS尺寸小，而且还能够再腾出一台低压配电屏的位置。4）原UPS蓄电池后备时间不满足规范要求，需要根据现场情况对原有UPS蓄电池进行扩容。由于UPS蓄电池室面积有限，必须对原有UPS蓄电池进行重新摆放，并根据原有UPS考虑UPS的割接顺序。5）原UPS系统中每台UPS均没有单独的旁路，从原旁路并机柜到原UPS交流输出屏之间的电缆必须利旧使用，所以必须利旧使用原旁路并机柜及原UPS交流输出屏。3改造方案及设备配置本次改造将利旧原有UPS交流输出屏和原有UPS旁路并机柜；为UPS系统1和UPS系统2各增加一架UPS应急维修旁路屏和一架UPS总交流输出屏；采用6台12脉冲400kVAUPS更换过期的UPS系统1和UPS系统2的UPS；拆除原有UPS蓄电池柜，为每台UPS增加一个UPS蓄电池保护盒，共计6个；为UPS系统1的三组蓄电池和UPS系统2的第一组和第二组蓄电池各增加一组蓄电池及相应的蓄电池架和蓄电池开关盒(新增的蓄电池采用与原蓄电池同厂家的产品，每组32只)，更换并扩容UPS系统2的第三组蓄电池。整个割接过程由市电供电为主。割接工程中，利用两台UPS临时供电，保证大部分割接过程至少有两台UPS带蓄电池为负载供电。本案例设备配置如下：本案例电源设备配置表序号设备名称规格型号单位数量备注1UPS应急维修旁路屏380V/1250A架22UPS总交流输出屏380V/1250A架23UPS主机12脉冲400KVA台64蓄电池保护盒个65UPS蓄电池只288共9组，每组32只6蓄电池开关盒380V/630A个9宽x深x高=400mmx200mmx415mm7蓄电池架50mmx50mmx5mm角钢架9宽x深x高=1540mmx825mmx1600mm8蓄电池架底座10号槽钢米30注：蓄电池开关需改造为500V/630A直流开关使用，即把A相和B相用铜排串联。改造后的供电系统图及改造后的设备平面布置图如下：4割接步骤4.1第一套UPS系统割接步骤1)改造UPS1-3蓄电池开关盒，拆除UPS1-3蓄电池并安装在预定位置。2)安装UPS蓄电池保护盒(共计6个)，并布放UPS1-3蓄电池到UPS1-3蓄电池保护盒之间的电缆。3)安装两台临时供电的新UPS(安装在UPS蓄电池室的走道上)。4)利用UPS系统2的第一组蓄电池作为临时用UPS蓄电池。布放临时用UPS蓄电池组、UPS蓄电池保护盒、临时用UPS之间的电缆(含地线)。第一套UPS的第三组蓄电池保护盒与临时用UPS1连接，电缆长度预留到新UPS1-3的预定安装位置；第二套UPS的第一组蓄电池保护盒与临时用UPS2连接，电缆长度预留到新UPS2-1的预定安装位置。5)拆除故障的UPS1-3，安装UPS应急维修旁路屏、UPS总交流输出屏、地线排、电缆槽道(包括蓄电池室和电力室)，并新开从低配室到UPS室的馈线洞。布放临时用UPS到第一套UPS的总交流输出屏之间的电缆(电缆长度预留到第三套UPS的总交流输出屏)。6)布放C206断路器到UPS应急维修旁路屏的电缆(走另外的路由)及UPS应急维修旁路屏到旁路并机柜之间的电缆，拆除C206断路器接到原旁路并机柜之间的电缆。7)拆除C205号断路器到原UPS1-3之间原有的电缆，布放C205号断路器到临时用新UPS1之间的电缆(电缆长度预留到新UPS1-3的预定安装位置)。布放C207号断路器到临时用新UPS2之间的电缆。8)布放C203断路器和C204断路器分别到新UPS1-1和新UPS1-2预定安装位置之间的电缆。（与原电缆走不同的路由）9)调试两台临时用新UPS系统到正常工作状态（每台UPS配3组蓄电池）。10)布放(不连接)UPS总交流输出屏到旁路并机柜之间的电缆(每相及中性线各两根ZARVV-1X240的电缆，可利旧原UPS1-3到旁路并机柜之间的电缆)（以上步骤均是前期准备工作）11)启动油机，把原UPS设置在旁路工作状态，设备由油机直接供电。12)连接UPS总交流输出屏到旁路并机柜之间的电缆。（以上步骤需要保证油机正常工作）13)关闭油机，由两台临时用新UPS及临时用蓄电池为负荷供电。14)拆除原UPS1-1和原UPS1-2及与其相连的所有电缆。15)安装新UPS1-1和新UPS1-2，并分别接到C203断路器和C204断路器上。16)分别把UPS1-1蓄电池和UPS1-2蓄电池安装在预定位置，并改造UPS蓄电池开关盒。17)连接UPS1-1蓄电池、UPS1-1蓄电池保护盒、新UPS1-1及UPS总交流输出屏之间的电缆(UPS总交流输出屏上的短路器断开)。18)连接UPS1-2蓄电池、UPS1-2蓄电池保护盒、新UPS1-2及UPS总交流输出屏之间的电缆(UPS总交流输出屏上的短路器断开)。19)调测新UPS1-1和新UPS1-2至正常运行状态。20)由市电、新UPS1-1、新UPS1-2及其蓄电池为负荷供电。21)清理现场，绑扎电缆，第一套UPS暂时割接完毕。4.2第二套UPS系统割接步骤1)临时用新UPS1由C408号断路器供电(利旧原来接到C205号断路器上的电缆，不截断)。2)临时用新UPS2由C404号断路器供电(利旧原来接到C207号断路器上的电缆，截断)。3)调试两台临时用UPS系统到正常工作状态。4)拆除故障的原UPS2-1，安装UPS应急维修旁路屏、UPS总交流输出屏。5)拆除C407断路器上原有的电缆，布放C407断路器到UPS应急维修旁路屏及UPS应急维修旁路屏到旁路并机柜之间的电缆。6)布放(不连接)UPS总交流输出屏到旁路并机柜之间的电缆(每相及中性线各两根ZARVV-1X240的电缆)。7)连接临时用UPS到UPS总交流输出屏之间的电缆(利旧原有电缆)。8)布放C405断路器和C406断路器到新UPS2-2和新UPS2-3预定安装位置之间的电缆(不连接，为以后步骤准备)。（以上步骤均是前期准备工作）9)启动油机，把原UPS2-2及原UPS2-3设置在旁路工作状态，设备由油机直接供电。10)连接UPS总交流输出屏到旁路并机柜之间的电缆。（以上步骤需要保证油机正常工作）11)关闭油机，由两台临时用UPS及其蓄电池(UPS蓄电池1-3和UPS蓄电池2-1)为负荷供电。12)拆除原UPS2-2和原UPS2-3及其原来连接的电缆。13)安装新UPS2-2和新UPS2-3。14)连接C405断路器和C406断路器到新UPS2-2和新UPS2-3之间的电缆，布放并连接新UPS2-2和新UPS2-3分别到UPS总交流输出屏之间的电缆(断路器处于断开状态)。15)改造原UPS2-2蓄电池开关盒及原UPS2-3蓄电池开关盒，拆除原UPS2-3蓄电池，安装新UPS2-3蓄电池，并把原UPS2-2蓄电池及UPS2-2新增的蓄电池安装在预定位置。16)布放UPS2-2蓄电池、新UPS2-3蓄电池到蓄电池保护盒及蓄电池保护盒到新UPS2-2和新UPS2-3之间的电缆。17)调测新UPS2-2和新UPS2-3至正常工作状态。18)启动油机，把临时用UPS转旁路工作，负荷由油机供电。19)断开临时用UPS在UPS总交流输出屏上的断路器。把新UPS2-2和新UPS2-3接到UPS总交流输出屏上，负荷由新UPS2-2和新UPS2-3供电。（19步