UPS電源系統(tǒng)在浙江廣電集團的應用

趙海軍

【摘要】主要介紹了UPS應急電源系統(tǒng)及浙江廣電集團某機房基建裝修改造項目中的應用，并提出了維護保養(yǎng)的關(guān)鍵事項。

【關(guān)鍵詞】UPS不間斷電源系統(tǒng);監(jiān)測系統(tǒng);蓄電池;維護

1、?UPS不間斷電源系統(tǒng)

UPS意思為“不間斷電源”，是英語“Uninterruptible?Power?Supply”的縮寫，它可以保障計算機系統(tǒng)在停電之后繼續(xù)工作一段時間以使用戶能夠緊急存盤，使您不致因停電而影響工作或丟失數(shù)據(jù)。它在計算機系統(tǒng)和網(wǎng)絡應用中，主要起到兩個作用：一是應急使用，防止突然斷電而影響正常工作，給計算機造成損害;二是消除市電上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、電線噪聲和頻率偏移等“電源污染”，改善電源質(zhì)量，為計算機系統(tǒng)提供高質(zhì)量的電源。按其工作原理分為動態(tài)式（又稱旋轉(zhuǎn)式ROTATORY?TYPE）和靜態(tài)式（STATIC?TYPE）。動態(tài)式UPS由引擎與發(fā)電機組構(gòu)成，它是靠交流市電驅(qū)動交流電動機旋轉(zhuǎn)，從而帶動同軸的交流發(fā)電機和慣性飛輪同速旋轉(zhuǎn)運行，由發(fā)電機向負載供電。市電波動時由于慣性飛輪對短時間的電壓突變干擾無反應，保證了輸出電壓的穩(wěn)定;市電斷電靠飛輪的慣性將額定電壓供電再延長5秒鐘，用于保存數(shù)據(jù)信息。后來發(fā)展到內(nèi)燃機式UPS系統(tǒng)，但這類UPS體積、大噪音大、效率低，在目前應用不多。就目前用得最多的，最常用的UPS還是靜態(tài)式UPS，現(xiàn)在一般講的UPS也是指靜態(tài)式UPS，但在概念上還是應分清楚。

靜態(tài)式UPS根據(jù)供電方式可分為在線式（ON-LINE），后備式（或稱離線式，OFF-LINE/BACK-UP）及在線互動式（LINE-INTERACTIVE）三類。

1）在線式（VFI），在市電正常時，它首先將交流變成直流電，然后進行脈寬調(diào)制、濾波，再將直流電重新變成交流電源向負載供電;一旦市電中斷，立即改為蓄電池通過逆變器對負載供電;因此，在線式UPS電源輸出的是與市電網(wǎng)完全隔離的純凈的正弦波電源，大大改善了供電的品質(zhì)，保護了負載安全、有效的工作。典型廠家有伊頓、愛艾默生等。

2）后備式（VFD），電源在市電正常供電時，市電通過交流旁路通道直接向負載供電，此時主機上逆變器不工作，只是在市電停電時，才由蓄電池供電，經(jīng)逆變器驅(qū)動負載。因此它對市電品質(zhì)基本沒有改變。

3）在線互動式（VI），在市電正常的情下，輸入輸出信號完全相同，當市電輸入信號超過一個范圍，對電壓和電流進行調(diào)整后輸出，但輸出頻率不變，沒有市電時由電池直流變交流供給設備工作。典型廠家是APC等。

2、?UPS在項目中的應用

以浙江廣電集團某機房基建裝修改造項目為例，主要由世界著名的大功率UPS品牌：美國伊頓Eaton公司，美國德克電池公司HR系列原裝進口電池組成的2套9395系列400KVA?UPS和240只美國德克HR7500ET電池組成的UPS供電系統(tǒng)。

2.1?UPS電源容量及蓄電池的選擇

2.2.1?UPS容量選擇

配置UPS電源時，要根據(jù)設備要求和負載大小確定UPS電源的類型和容量;再根據(jù)后備延時時間計算電池的容量和數(shù)量。根據(jù)機房的負載功率算出UPS的容量，選一個相同或接近容量的UPS，看這個UPS型號就知道它的直流輸入電壓。確定要后備的時間就可以計算蓄電池的AH容量，根據(jù)蓄電池的壽命可以選用12V、6V或2V蓄電池，再根據(jù)后備電池的放電電流大小知道直流線纜的大小（每個品牌的蓄電池它的放電功率和放電電流可能有出入的）。

2.2.2?蓄電池的容量選擇

電池容量的選擇通常按照“恒功率計算法”計算獲得：

W=S*0.8/μ*n

W------蓄電池的放電功率（w）

S-------為UPS設備額定容量（VA），即400000VA

μ------為投標產(chǎn)品逆變器滿載輸出時的逆變效率

n-------為投標產(chǎn)品配置的串聯(lián)蓄電池數(shù)量，由投標產(chǎn)品自身逆變器的逆變電壓決定，伊頓9395UPS為40節(jié)電池一組。

根據(jù)計算得到蓄電池放電功率數(shù)值（W）

以上數(shù)字由伊頓9395系列UPS產(chǎn)品特性決定的有

μ逆變器效率0.96，串聯(lián)電池數(shù)量為40只

代入公式??W=S*0.8/μ*n=400000*0.8/（0.96*40）=8333w

我們選擇的投標產(chǎn)品為美國東賓制造公司生產(chǎn)的DEKA電池HR系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品設計浮充壽命10-12年，每格單體放電數(shù)據(jù)如下：

其中HR7500ET在終止電壓為1.75V，30分鐘放完時，每單體可放出電為467W，每12V電池單體為6個電池單體組成，即每個12V電池放電數(shù)據(jù)為2802W.。

當三組電池并聯(lián)時，2802*3=8406W>400KVA?UPS計算值8333W，滿足項目需求。

因此每臺400KVA伊頓UPS可以選擇3組HR7500ET，合計120電池，滿足30分鐘后備時間需求。

2.2.3?配線選擇

合理選擇配線是很重要的，線徑太細，電流太大，容易發(fā)熱而引起火災;線徑太粗，則造成浪費。根據(jù)金屬導線的電氣特性，一般多股銅芯線容量為6A/mm?，鋁線容量為4A/mm?，確定主機功率后，可以選擇配線和空氣開關(guān)。

3、?DET-BMS智能化蓄電池單體監(jiān)測系統(tǒng)

DET-BMS智能化蓄電池單體監(jiān)測系統(tǒng)旨在解決浙江廣播電視集團某UPS電源后備蓄電池性能劣化、失效等故障的在線實時診斷和預警告警，建立實時在線網(wǎng)絡化直流電源蓄電池安全預警系統(tǒng)。其意義在于：隨時掌握電池的運行狀況，及時處理電池問題，最大程度地消除因電池“猝死”故障而造成的重大事故隱患。避免盲目更換電池，減少電池更換費用。降低電池現(xiàn)場維護費用。降低電源系統(tǒng)的運行成本。DET-BMS智能化蓄電池單體監(jiān)測系統(tǒng)涉及浙江廣播電視集團某機房內(nèi)“伊頓9395-400KVA”?UPS主機兩套，每套配置有12V后備蓄電池3組，每組40個蓄電池單體，共有蓄電池單體240個。DET-BMS智能化蓄電池單體監(jiān)測系統(tǒng)使用浙江東冠電氣科技有限公司自主研發(fā)和生產(chǎn)的DET-BMS系統(tǒng)和產(chǎn)品，建設浙江廣播電視集團某機房后備蓄電池集中監(jiān)測、預警系統(tǒng)。其中，采用256個多參數(shù)內(nèi)阻傳感器采集單節(jié)蓄電池的內(nèi)阻、電壓和溫度，經(jīng)過4個前置處理器（每兩組蓄電池一個）將處理好的檢測數(shù)據(jù)通過內(nèi)部網(wǎng)絡（TCP/IP）上傳到集中監(jiān)控中心服務器（數(shù)據(jù)庫和管理平臺），通過管理平臺處理，將每節(jié)蓄電池的運行狀態(tài)（正常、預警、告警）推送給管理終端。各管理終端通過局域網(wǎng)與集控中心的服務器連接，對所轄后備蓄電池進行監(jiān)控。

4、?蓄電池的維護及注意事項

盡管使用的是閥控鉛酸蓄電池，但從廣義來說一定的維護還是必要的。首先它對環(huán)境溫度要求較高，工作環(huán)境一般要求在20℃-25℃之間，低于15℃?時，其放電容量下降，溫度每降低1℃，其容量下降1%，而溫度過高（大于30℃）其壽命就會縮短;其次，要防止電池短路或深度放電，深度放電會造成電池內(nèi)阻增大或充電電壓過低從而導致降低甚至失去充電能力，放電程度越深，循環(huán)壽命越短;第三，要避免大電流充放電，否則會造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質(zhì)脫落，內(nèi)阻增大，容量下降，壽命縮短;第四，由于組合電池電壓很高，存在電擊危險，因此裝卸導電聯(lián)接條、輸出線時應有安全保障;第五，對于不經(jīng)常停電的地區(qū)，建議用戶每隔三個月～六個月進行一次人為的斷電，讓UPS電源或EPS電源在逆變狀態(tài)下工作一段時間，防止電解液沉淀，以便讓蓄電池維持良好的充放電特性，延長使用壽命;第六，搬運電池時不要觸動極柱和安全排氣閥;第七，不能用二氧化碳滅火器，一旦發(fā)生火災，可用四氧化碳之類的滅火器;第八，不能把不同容量、不同廠家、不同性能的電池聯(lián)在一起，否則會影響整組蓄電池的性能。

同時，要定期對電池進行檢查、測量，并做好記錄。檢查項目包括：整組電池的浮充電壓，單體電池浮充電壓，測單體電池電壓時，應在電池放電狀態(tài)下進行，否則測得的結(jié)果會是假電壓，經(jīng)驗做法是在測量時，萬用表兩端并聯(lián)一個1-3歐母的電阻絲;檢查電池是否損壞，殼、蓋間有無泄漏，表面是否有灰塵等雜物，電池架、連接線、端子是否有松動或銹蝕等。單體電池電壓不能低于標稱值的70%，判斷是漏液還是酸霧的標志是觀察極柱是否有液體析出，有液體析出證明?是漏液現(xiàn)象，否則是酸霧，漏液主要集中在蓄電池正、負極接線端子處，酸霧溢出主要是排氣閥附近。一旦當發(fā)現(xiàn)電池電壓異常、物理損傷、電解液泄漏、溫度異常?等現(xiàn)象，應找出原因并及時更換有故障的蓄電池。