UPS供电系统原理与

中国电信湖南公司-1-UPS供电系统原理与维护长沙市电信分公司黄武能中国电信湖南公司-2-一、UPS的功能与分类•1.1UPS（UninterruptiblePowerSupply）即不间断电源。是一种含有储能的装置（蓄电池），以逆变器为主要组成部分的恒压、恒频的电源设备。负载蓄电池UPS市电中国电信湖南公司-3-为什么使用UPS•电网中的干扰情况波形下限市电断电电压浪涌电线噪声瞬态尖峰频率漂移谐波失真……电网中国电信湖南公司-4-电网对设备的危害•电源中断、电压波动、瞬态尖峰、电源浪涌、高压脉冲——造成服务器、路由器、磁盘阵列等精密设备数据丢失、设备损坏、死机、停止工作等。•谐波污染、线间噪声、频率漂移——造成网络传输误码率大增，数据传输速度低下等。中国电信湖南公司-5-1.2UPS的分类及特点后备式在线互动式在线式逆变器状态后备热备工作输出电源质量低（供电差，仅是不停电功能）中等（分段稳压，滤除部分干扰）最高（稳压，滤除所有干扰）切换时间5～12ms4ms0成本低中等较高中国电信湖南公司-6-ＵＰＳ分类按工作原理不同，UPS分为：后备式UPS在线互动式UPS在线式UPS按供电体系不同，UPS分为：单进单出UPS三进单出UPS三进三出UPS按输出功率不同，UPS分为：小功率（10kVA）中等功率（10至30kVA）大功率（30kVA）中国电信湖南公司-7-ＵＰＳ的四大功能1.高可靠性不间断供电2.电网稳压、净化功能3.电池管理功能4.智能监控功能•保证动力的连续性•高质量供电、绿色电源•延长电池使用寿命•解决UPS维护问题中国电信湖南公司-8-二、UPS的工作原理•在线式UPS工作原理•互动式UPS工作原理•后备式UPS工作原理中国电信湖南公司-9-2.1在线UPS的工作原理-~-UPS输出RECINV旁路输入主路输入~静态开关Q3BPQ5TR2Q2Q1KM蓄电池静态开关中国电信湖南公司-10-2.2互动式UPS工作原理市电双向变换器电池组负载市电正常/整流停电/逆变264-276V150-175V150-264V功率等级0.7-20KVA左右264-276V中国电信湖南公司-11-2.3后备式UPS工作原理充电器逆变器市电负载电池组功率等级0.25-2KVA左右中国电信湖南公司-12-UPS关键技术•双变换技术•数字控制技术•冗余技术•电池管理技术•静态开关中国电信湖南公司-13-UPS双变换技术•AC－DC整流•DC－AC逆变中国电信湖南公司-14-传统三相SCR整流UPS旁路输入主路输入输出中国电信湖南公司-15-12脉冲整流器移相变压器负载电池和逆变器两个6脉冲整流桥30°中国电信湖南公司-16-三相全桥IGBT整流UPS旁路输入主路输入输出中国电信湖南公司-17-数字控制技术数字信号处理器（DSP）控制技术单片机控制技术产生各驱动信号、控制整流器、逆变器、切换逻辑等中国电信湖南公司-18-冗余技术•主从串机热备份•并机冗余供电•双母线供电中国电信湖南公司-19-主从串联热备份用于中小功率，易于安装调试，没有扩容能力，从机电池寿命缩短。市电负载UPS1UPS2主机从机主机旁路从机输出中国电信湖南公司-20-3.2并机冗余供电用于大功率，多台UPS平均分摊负载，可靠性高，控制电路复杂。市电负载UPS1并机逻辑控制UPS2中国电信湖南公司-21-3.3双母线供电电池UPS1ACPPCSTS电池UPSACPPC双电源负载单电源负载LBSUPS2母线1母线2中国电信湖南公司-22-电池管理技术电池均浮充管理电池充放电管理中国电信湖南公司-23-电池均浮充管理•1、均充限流：0.1C•2、浮充转均充：0.05C•均充转浮充：0.01C中国电信湖南公司-24-电池充放电管理400300100200200-20-40-600母线电压V电池电流A时间tT1T2T3T4T1T1为恒压均充阶段，T2为浮充阶段，T3为电池逆变供电阶段，T4为限流均充阶段中国电信湖南公司-25-静态开关-~-UPS输出RECINV旁路输入主路输入~静态开关Q3BPQ5TR2Q2Q1KM蓄电池静态开关中国电信湖南公司-26-三、UPS电源维护•UPS的合理配置及安装•蓄电池特性与容量选择•UPS的维护注意事项中国电信湖南公司-27-3.1UPS的合理配置及安装•UPS电源电源系统设计•UPS设备功率的计算•UPS设备安装要点中国电信湖南公司-28-UPS电源系统设计•根据用户设备性质类型•根据投入的建设资金•根据UPS设备的性能中国电信湖南公司-29-UPS设备功率的计算•1、统计负载总功率计算机、服务器等设备由于内置开关电源，属于整流（电容）性负载，一般功率因数：0.8。UPS设备的功率因数：0.7~0.8•2、考虑功率裕量使UPS负载在80%左右即可中国电信湖南公司-30-举例（1）•机房中有服务器6台，终端40台，其他路由器若干。服务器功率1KW/台，终端300W/台，路由器总功率500W，所需UPS容量：•负载总功率（1000W×6＋300W×40＋500W）÷功率因数0.8÷功率裕量80％＝29KVA•兼顾将来需要•选择40KVAUPS，为避免单相电流过大，应选用三进三出型UPS中国电信湖南公司-31-合理配置隔离变压器•1、每只隔离变压器成本占UPS成本约8-10%•2、大功率UPS必须配置输出隔离变压器20KVA以上UPS无隔离变压器存在危险：近500V的电池组直流高压在故障时可能严重损坏用户设备。输出配置隔离变压器，可以保证只通交流电，不通直流电。因此，万一UPS电子器件发生故障，近500V的电池直流高压由于输出配置隔离变压器也就绝对不会损坏通信设备。•3、UPS输出隔离变压器可避免UPS内部零线电流产生的零地电压,有效降低零地电压。4、输入隔离变压器、旁路隔离变压器通常不需要配置中国电信湖南公司-32-兼顾将来扩容•1、事先预留输入、输出配电的容量和开关•2、UPS必须能够多机并联•例如，用户正常的最大负载为52KVA，已经采用1+1冗余并联配置2台60KVAUPS。如果用电负荷将来增加到100KVA，则只需要另增加1台60KVAUPS就能提高到满足120KVA负载需求。•3、优选不需并机柜不需旁路柜的直接并机系统•有的UPS不得不额外配置并机柜和旁路柜，既浪费客户机房空间，又增加并机系统成本，而且将来扩容时，旧的并机柜和旁路柜通常不得不废弃重做。中国电信湖南公司-33-电源设备的安装•考虑地面承重•考虑通风散热•考虑电池线路的布放•考虑维护方便中国电信湖南公司-34-3.2蓄电池特性与容量选择•蓄电池出现的故障高于UPS设备•蓄电池的使用寿命与品牌有关•蓄电池的使用寿命与配置有关•蓄电池的使用寿命与维护有关•蓄电池的使用寿命与环境有关中国电信湖南公司-35-蓄电池曲线中国电信湖南公司-36-故障出现的几率根据美国IDC的统计资料:在UPS输出供电系统的故障中,各种故障出现的几率:79%来源于UPS输出与负载之间的供电线路上的故障（保险“烧毁”，断路器“跳闸”，负载“短路”，由施工/老鼠咬所造成的“开路”故障等）11%来源于UPS和电池组其它故障占10%79%10%11%UPS主机和电池故障UPS至负载的配电线路故障其他故障中国电信湖南公司-37-电池工作原理PbO2+2H2SO4+PbPbSO4+2H2O+PbSO4放电充电正极活物质电解液负极活物质正极活物质电解液负极活物质PbO2+2H2SO4+PbPbSO4+2H2O+PbSO4放电充电正极活物质电解液负极活物质正极活物质电解液负极活物质v=1个单体具有更高正电动势的极板定义为正极板图1化学能电能中国电信湖南公司-38-电池结构端极柱电池盖电池壳排气阀正极板隔板负极板电池结构图中国电信湖南公司-39-放电特性1246810204060246810208.09.010.011.012.013.025℃分时12V电池端子电压(V)放电时间3C202C201C200.6C200.4C200.2C200.1C200.05C20中国电信湖南公司-40-UPS电池与通信用电池比较通信用UPS用设计取向长时间、小电流、深放电短时间、大电流放电、浅放电设计寿命10年以上3～5年铅膏配方长寿命配方，循环寿命长大功率配方，循环寿命短隔板长寿命隔板，较厚大孔径隔板，较薄，小电流深放电易造成枝晶短路，寿命终止。过放电恢复能力板栅合金高锡含量，良好一般密封方式高可靠密封一般容量10小时率20小时率中国电信湖南公司-41-电池容量配置（1）、计算电池放电电流•UPS容量VA×UPS输出功率因数•放电电流=————————————————•电池组电压V×电池逆变效率（2）根据放电时间要求查表确认容量系数（单位：小时）（3）电池容量Q=放电电流I×容量系数C用户要求的放电时间0.5123456891025℃时容量系数1.4323.2845.066.026.748.519.2810中国电信湖南公司-42-举例（2）现有6kVAUPS，100%载，延时4小时，配多大电池？•6000VA×0.7×100%•放电电流=——————————————=20.59A•12V×20×0.85•查表：4小时对应系数时间5.06小时•电池容量Q=20.59×5.06=104.18AH，故选100AH电池。中国电信湖南公司-43-UPS电池的计算与选择•当后备时间小于1小时时,采用恒功率模式计算结果较为准确(W/cell=(PL×2)/(Ve×η)＝PL/(N×6×η)–C-蓄电池容量，Ah–PL-负载功率，W–Ve－蓄电池组额定电压，V–T-备用时间，h（小时）–η-UPS电池逆变效率•N－12v电池节数。取决于不同UPS系列的电池电压等级。•6－每个12V电池内部有6个2V单格。---然后通过查表获得最佳电池型号以及并联组数!中国电信湖南公司-44-UPS维护内容•1、备板、备件要求•UPS的整流PFC板，逆变板、控制板、功率模块，维护开关，易损件（防雷器，风扇等）•2、维护形式•主要有日常维护、定期例行维护、应急维护•3、维护主要内容•易损件日常维护•进行安全维护、功能/性能维护•故障时应急维护中国电信湖南公司-45-日常维护1.UPS状态检查检查UPS面板指示灯和蜂鸣器，看是否有告警，确认UPS工作在市电逆变状态；检查UPS当前和历史告警。2.主要易损件检查检查风扇运转情况，风扇风速和风向，尤其是高温处。3.环境检查1）空调运行是否正常，超过40度应立即解决。2）机房是否潮湿，超过90%应及时排除。3）检查交流供电是否有超压超频迹象。中国电信湖南公司-46-周检维护•1.测量并记录输入电压、电流；•2.测量并记录充电电压、电流；•3测量并记录UPS输出电压、各相电流，并同以前值进行比较，看是否有超载等情况。中国电信湖南公司-47-动环监控截屏中国电信湖南公司-48-年检•1）关断UPS，将负载转到维修旁路供电；•2）断开UPS的市电输入和电池开关；•3）确认UPS整流器输入端、电池连接端、输出端和旁路输入端没有电压；•4）打开UPS门盖和保护板；•5）检查UPS功率器件和辅助件；特别注意以下部件：电容——漏液、变形；电缆和连接头——老化、过温痕迹、连接是否牢固；印刷电路板等清洁。•6）检查电池后备时间。中国电信湖南公司-49-UPS设备的基本操作1、爱克赛9305的操作2、爱克赛9315的操作3、Best4000的操作4、SICON系列的操作5、爱克赛9355的操作中国电信湖南公司-50-爱克赛9305的操作中国电信湖南公司-51-设备开关中国电信湖南公司-52-菜单操作•UPSstatus•Meters•Batterystatus•Alarmlog•UPSparameters•UPSidentification•Resetbutton•Date/timeset•Displaydata中国电信湖南公司-53-爱克赛9315的操作中国电信湖南公司-54-菜单操作•Meters•Events•Statis