UPS交流不间断五篇

UPS交流不间断 篇1

UPS是不间断电源 (Uninterruptible Power System) 的英文名称的缩写, 它伴随着计算机的诞生而出现, 是计算机常用的外围设备之一。实际上, UPS是一种含有储能装置, 并以逆变器为主要组成部分的恒压不间断电源。UPS在其发展初期, 仅被视为一种备用电源, 后来, 由于电压浪涌、电压尖峰、电压瞬变、电压跌落、持续过压或者欠压甚至电压中断等电网质量问题, 使计算机等设备的电子系统受到干扰, 造成敏感元件受损、信息丢失、磁盘程序被冲掉等严重后果, 引起巨大的经济损失。因此, UPS日益受到重视, 并逐渐发展成一种具备稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰、防电压浪涌等功能的电力保护系统。

1 UPS不间断电源技术特点

随着UPS不间断电源地发展, UPS全面突破了模拟电路时代的技术瓶颈, 已发展为控制器件和最先进软件完美结合的全智能数字化结构, 具有32位DSP高速微处理器 (MCU) 、可编程逻辑器件 (CPLD) 、第六代低损耗大功率IGBT和静态开关, 演绎了数字时代的经典传奇, 容量之大、可靠性之高、性能之稳定的数字化控制技术与高精度SMD技术为一体的电源产品。

1.1 全数字化控制技术

1.1.1 先进的数字电路系统超稳定运行

UPS突破了行业的技术瓶颈, 以先进的数字电路系统替代了传统的模拟电路, 实现了非凡的创新。在数字电路模式下, 高速微控制器和可编程逻辑器件对电路控制、参数设定和运行管理更加完美, 自检和自侦测功能更加强大。全程采样技术不仅有利于对电路板上的所有独立电路连接进行自检和故障分析, 更能经数码变换为纯正和稳定的正弦波电压, 确保系统稳定运行。

1.1.2 电池智能化管理, 耐用省心

UPS导入了先进的智能化电池管理系统, 可根据用户的电池配置自动调整电池的充电电流参数, 并会根据供电环境对电池进行均充浮充转换、温度补偿充电和放电管理。此外, 还可通过监控界面对电池运行状态进行侦测管理, 确保电池高效运行。智能化电池管理系统不仅减少了管理员的负担, 更能延长电池的使用寿命达55%以上。

1.1.3 智能侦测系统全程守护

该系统的微处理器不间断地对所有的电源状态、断路器状态、熔断器状态和所有的电路工作状态进行在线侦测。出现故障时, 侦测系统会即时报警通知管理员, 同步启动UPS全面保护功能。

1.1.4 智能通讯工具远程监控

1) RS232和RS485通讯端口真正实现多用途通讯和远程监视;

2) 标配的SNMP卡, 100%实现远程监控和网络管理;

3) 采用无源接点有效实现了对UPS的状态监控。

1.2 高精度SMD技术

改变了传统的插入式电路处理工艺, 全部采用高精度SMD技术, 既省空间, 又彻底消除传统UPS电路中的脚刺, 便于提高集成电路的安全运行, 同时提高可靠性和运行精度。

采用多层电路板设计和高精度SMD元件完全清除了由芯片自身产生的各种高频信号对其他芯片的干扰, 从而让各个芯片模块能够不受干扰的正常工作, 抗干扰性大为改善。

全面采用SMD技术, 耐高温、准确度高、滤波性能极好, 整机性能更加稳定, 更牢固耐用, 使用寿命增加了80%。

1.3 第六代IGBT逆变技术

IGBT良好的高速开关特性;具有高电压和大电流的工作特性;采用电压型驱动, 只需要很小的控制功率。第六代IGBT具有更低的饱和压降, 逆变器的工作效率更高, 温升低, 可靠性更高。

1.4 超清晰界面信息处理技术

1) 人性化的触摸式大屏幕LCD中英文显示, 流程图运行状态直观显示, 智能图标的触摸按钮, 表格式的数据资料、事件记录显示, 中英文可选菜单操作。

2) 直观的LED状态指示:工作流程式状态指示, 一目了然。

1.5 环保节能关键性技术

经科学的生命周期评价, 采用了抗老化性能优异的触摸屏面板和经氟碳工艺处理的机箱外观, 环保耐用, 历久如新;采用先进的电路设计, 易维护并高度节约资源;采用新型涡流风扇, 散热性能优异, 高度节能;采用无环流控制电路, 节电性能良好;采用绿色整流和逆变技术, 为用户提供清洁的能源;采用先进的数字电路及高精度SMD技术, 整机寿命同比延长了80%。

1.6 其他性能优点

1.6.1 优越的负载特性

完全满足从0到100%负载的跃变, 而无需切换到旁路, 并保证输出稳定可靠。

1.6.2 完善的保护功能

具有优异的输入输出过欠压保护、输入浪涌保护、相序保护、电池过充过放保护、输出过载短路保护、温度过高保护等多种系统保护和报警功能。

1.6.3 高性能的动态特性

采用瞬时控制方式和有效值等多种反馈控制, 实现了高动态调节, 减小输出电压失真度。

1.6.4 三相分调, 平衡稳压

三相独立控制, 实现了以瞬时过载平衡度的控制, 可实现输出100%的负载不平衡。

1.6.5 可选的电池巡检模块

可对单个的参数进行测量, 并在显示板上显示出来。如有电池故障立即报警, 通知管理员。

1.6.6 个性化的设置

可根据用户设备用电要求对UPS进行工作状态设置, 用户可选UPS工作模式、ECO节能工作模式。每年可节省电费10%以上。

2 UPS不间断电源工作原理

UPS是一个多重保护的交流供电设备。当主电正常时, 主电输入经整流开关控制, 首先经谐波滤波器, 再经主电整流变换成纯净的直流电, 滤除主电中的干扰, 然后通过逆变器将直流电变换成纯净的正弦交流电输出, 同时给蓄电池充电;当UPS连接上电池组时对电池组的电压和电池进行测量, 整流器进入电流和电压双环控制, 当电池电压低时为恒流模式充电, 当电池电压达到浮充电电压时, 自动转为恒压充电模式。当主电异常时, 则将蓄电池储存的直流电逆变成交流输出, 保证用户负载长期处于不断电高质量电源下可靠运行;当逆变器关闭或故障时则自动转为旁路供电。手动维修旁路保证在不断电的情况下对UPS进行维护或检修。

2.1 微处理器控制中心

微处理器 (MCU) 将输入、输出、电池、环境等数据经高速运算, 然后控制整流器、逆变器、静态开关的运行和保护并响应外部的操作指令。

2.2 整流和充电单元

主电输入检测电路将主电输入电压频率和相位信息送到MCU进行运算, 主电的电压、频率、相位在正常范围内时, MCU送出整流控制信号, 整流电压从0VDC缓慢的上升到额定电压, 减小对输入的浪涌电流冲击。由于电池组和直流总线并联运行, 整流器同时对电池进行充电, 当电池电压低于浮充电压时, 整流器工作在恒流模式, 此时MCU将电池的充电电流反馈和用户设置的电池容量信息进行计算控制;当电池充至浮充电压时, 转为恒压充电模式。同时MCU还根据电池的温度信息对电池进行温度补偿充电, 还根据电池的使用情况对电池进行定时维护管理 (当电池长时间没有充放电时, MCU自动转为均充模式来激活电池的活性) , 以延长电池的使用寿命和减少用户的管理负担。

2.3 IGBT逆变单元

在直流总线正常时, MCU发出逆变控制信号, 逆变电路通过SPWM驱动信号驱动IGBT逆变桥, 经变压器隔离变压、滤波后, 输出纯净的正弦交流电。逆变器通过调整驱动信号的脉冲宽度使输出电压从0VAC缓慢的上升到额定电压, 通过输出反馈控制使输出稳定;同时检测输出电压、电流对逆变器进行保护。

2.4 自动和手动旁路单元

旁路电路即是将输入通过开关电路直接转换到输出供电。当逆变器关闭或故障时, MCU高速控制静态开关自动切换到旁路供电 (<1mS) , 而不会间断负载的供电。手动维修旁路为在线维修设备时使用, 可在设备不断电的情况下对UPS进行检修。

2.5 显示通讯单元

显示单元是将整机的运行状态和数据通过LED和LCD显示出来, 同时还通过RS232、RS485、干接点信号、SNMP卡等, 配合后台软件实现远程监控。

3 结束语

UPS交流不间断 篇2

关键词：UPS,故障分析,处理

所谓的UPS, 即不间断电源, 是将蓄电池 (多为铅酸免维护蓄电池) 与主机相连接, 通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。本文就UPS不间断电源供电故障与处理进行了分析, 详细研究了故障产生的原因以及提出了一些有效的处理方案, 以期能为类似的供电故障与处理提供参考。

1 UPS工作原理介绍

某某IDC机房供电采用2套UPS设备并联共用1套蓄电池的结构, 正常情况下, 2套UPS互为备用, 其中1套正常工作即可满足使用工况。UPS供电模式分为以下3种。

(1) 主电源供电模式。主电源供电模式为UPS正常工作模式, 在此模式下, 负载由电源l经整流充电器和逆变器供电, 整流充电器同时给蓄电池组浮充充电。

(2) 静态旁路供电模式。电源2回路称为静态旁路, 作为电源1的后备。在UPSI和UPSZ的逆变器电压输出故障时, 静态开关自动导通, 负载不间断切换为电源2回路供电模式。

(3) 蓄电池供电模式。此种模式为应急工作模式, 当电源1和电源2供电中断时, 供电流程转换为蓄电池组经逆变器给负载输出电力;当2套UPS同时为蓄电池组供电模式时, 将触发安装在负载开关1上的时间继电器, 蓄电池组持续向外供电半小时后, 时间继电器发出信号断开负载开关1, 以保证负载开关2下的通信系统等设备的电力供应, 以此实现负载优先级的设置。

2 故障现象及原因分析

该机房发生过2次因UPS系统供电电源中断而导致的停产事件。事件发生时, 该机房电网工作正常, 2套UPS均为蓄电池供电模式, 负载开关处于分闸位置。

该机房的UPS为艾默生Liebert NX-120KVA型产品。在主电源正常的情况下, 2套UPS同时转换为蓄电池供电模式, 表明2套UPS充电器同时发生了故障, 但事后检查充电器无异常, 重新启动2台充电器, 均可正常运行。为了彻底查清原因并解决问题, 技术人员和UPS厂家工程师对产品的性能和使用工况进行了一次全面的数据收集和调研, 进而确定故障的具体原因。下面介绍排查工作的具体步骤。

(1) 参数设置和记录跟踪

运用TLS软件与UPS系统进行在线通信, 对机组PLC模块内的基本参数设定值和在线测量数据进行检查, 无异常发现。在报警记录的检查中, 发现“电源2相位超限”报警频繁出现, 出现频率约为每小时10次, 报警状态持续时间约4~8s, 在此报警产生的时间内UPS自动切换到电源2带载的功能将被禁止。又由于此报警为自动复位式报警, 因此UPS系统会在此报警自动复位消失后恢复电源2的正常工作状态。

(2) 波形采集及分析

用FLUKE43B电网分析仪对电源1和电源2的输入波形。电源2的输出波形以及逆变器的输出波形进行取样分析, 波形分析结果无异常。

(3) 局域电网结构分析

UPS电源1和电源2的供电电源均为平台电网, 单台发电机工作时的电网最大输出有功功率为4000k W, 日常带载量约为1600k W。平台电网具有网小但工况复杂的特点, 电网内设备种类 (包括变压器。马达。变频器和海缆等) 相对较多, 设备的突加突卸现象较频繁。对电网进行分析后, 结合上面两步的分析结果, 初步认定相对大功率设备的频繁启动可能是UPS“电源2相位超限”报警频繁产生的原因。

(4) 故障原因确定与验证

在假定了报警原因为大功率设备频繁启动的前提下, 决定在大功率设备旁进行蹲点测试, 选取1台l07k W的空调制冷压缩机 (星三角启动) 进行实测。实测发现在压缩机每次启动时, UPS便产生“电源2相位超限”报警, 报警持续4~8s, 与电机启动时间相符。从而确定。电源2相位超限。报警产生原因:当平台大功率设备启动时, 电源2的输人输出电压产生畸变, 导致相位超限并报警。由此进一步推论, 如果在短时间内有多台大功率设备先后启动, 那么电源1的输人波形和电源2的输人输出波形将产生畸变, 且畸变率逐渐增高, 畸变持续时间增长;电源2的畸变导致“电源2相位超限”报警的自动复位时间加长;电源1的高畸变率会使整流充电器误判为输人电压异常, 而使整流充电器保护性停止工作;电源1和电源2的同时故障, 使负载只能切换到蓄电池带载模式, 电池放电结束, DCS系统失电。这样就出现了UPS故障导致平台停产时电网工作正常的工况, 且一年约一次的出现频率也与推论中的极端工况相符。

3 系统故障分析及解决办法

实际工况决定了故障不大可能从根本上杜绝, 因此决定将UPS报警信号接人中控DCS系统, 以便设备产生故障报警后, 在状态可控前提下, 通过中断报警工况来阻止事态进一步扩大。具体处理思路如图1所示。

4 技术改造方案选择及实施

4.1 方案选择

要实现上面所描述的预防控制功能, 需将UPS的报警信号接人中控DCS系统, UPS机组能提供的接入方案有2种。

(1) 方案1:通过UPS通信卡件端口接入中控。UPS系统, 并在DCS电脑上安装UPS厂家工程师软件以实现远程在线监控。该方案优点在于能读取UPS设备的所有信息及数据;缺点在于中控DCS系统和UPS分属不同厂家, 不能认证加装在DCS电脑上的UPS厂家工程师软件, 这对DCS系统的稳定性有影响, DCS系统配合难度较大, 风险不可控。

(2) 方案2:串联UPS机组报警输出卡件上的开关触点, 将各类报警综合为1对公共故障报警信号接入DCS系统。该方案接入DCS系统的为无源开关信号, DCS系统在工程设计中预留有开关信号接人功能的卡件, 因此硬件接入条件满足;软件方面需在DCS系统内添加报警记录和报警输出界面, 对此仅利用DCS系统自身的软件就可实现。这种施工方案简单且接人的信号不影响DCS系统的稳定性, 缺点在于不能读取UPS系统详细的信息和数据。

从实际需求和改造难度综合考虑后, 认为方案2改动工作操作难度小、风险可控、功能满足既定目标, 更具可行性。

4.2 方案实施

方案的确定, 使检修工作进人了最后的图纸设计和现场施工阶段, 软硬件的配置是决定改造方案的基本条件, 主要涉及以下几方面。

(1) UPS报警输出卡件上均为无源常开和常闭触点, 触点电气参数为220VAC/5A, DCS系统卡件电压为24VDC, 触点电气参数满足接人条件。

(2) 串人的公共报警信号包括低电量关机警告、电池负载、维护配置、通用报警、逆变器负载等, 功能上最大限度地涵盖了各类输出报警工况。

(3) “电池负载”报警输出点已被占用, 故需加装中间继电器进行扩展。

根据以上实际条件和需要实现的功能, 在原图纸中进行了改动设计, 接线如图2所示。虚线为本次改动的接线, 除U11~U14, U21~U24外, 其余均为添加的新线, R1和R2为新添加的中间继电器。

在改动设计中, 将5类报警信号串联为1对开关信号接入DCS系统。在UPS正常工作时, DCS接收到的为常闭开关信号;一旦有故障报警信号产生, 串联回路就断开, DCS接收到的常闭开关信号消失, 触发DCS系统产生报警信号。为保证接线改动影响UPS系统的稳定性和功能, 利用UPS自身的输出电源作为中间继电器的驱动电源, 整个报警回路则遵循失电安全型规则。改动中, 新加中间继电器2个, 涉及到接线18根, 其中新加接线10根, 原有接线改向8根。

改造完成后, 对各种报警信号进行现场实际模拟测试, 每次均能将报警信号及时传人中控DCS系统, 动作及时可靠。

5 结束语

综上所述, UPS对许多行业的安全生产起到重要的作用。UPS在实际的运行中, 存在着各种各样的故障问题, 影响到UPS系统的稳定性和可靠性。所以, 为了及时处理UPS在日常运行中出现的故障, 就要提高理论知识, 结合实际采取相应有效的措施处理故障, 从而确保UPS的正常运行。

参考文献

[1]郭建军, 周松养.UPS故障诊断及处理[J].中国有限电视, 2012 (05) .

UPS交流不间断 篇3

关键词：UPS工作原理  维护  电源  使用

中图分类号：TN86    文献标识码：A  文章编号：1674-098X（2014）11（b）-0051-01

UPS（Uninterruptible Power System）是一种含有储能装置的恒压频电源，即不间断电源。UPS能提供不间断的电力输出，服务对象有电力电子设备、单台计算机、网络系统等。

UPS要长期安全、稳定、可靠工作，主要决定因素有：UPS本身质量、安装质量和用户使用质量。在用户使用质量方面，要注意使用环境、供电质量及日常维护质量。

1 UPS电源组成及工作原理

UPS从60年代的旋转发电机发展至具有智能化程度的静止式全电子化电路，一般均指静止式UPS，按其工作方式分类可分为后备式、在线互动式及在线式三大类。

UPS的组成包括整流充电器、储能机构、逆变器、旁路开关及测控电路。主要组成部分是逆变器。

进入市电输入正常时，UPS通过市电转化为负载供电，在这种情况下UPS相当是一台交流市电稳压器，与此同时，UPS也为可成为自身的内部充电电池;当市电中断发生停电事故时，UPS能将内部的电能转化成220 V的交流电供应给负载，确保负载能够正常的使用，并且受到保护。

2 UPS电源日常维护

2.1 UPS主机的维护

UPS电源主机属于重要的供电设备，对于UPS主机来说一般情况下维护量并不太多，技术参数是维护工作的重点，另外还要检查UPS各连接线有无松动和接触不牢的情况，定期进行防尘和除尘。

2.1.1 运行环境要求

（1）设备应当处在干净的环境，周围应预留50～80 cm的空间，以便设备的散热和维修。

（2）设备安装的位置不应被阳光直射，设备所处的环境不应过于潮湿，不应有可燃及腐蚀性气体。

（3）电池组最佳工作环境为15～25 ℃，如环境温度超出此范围，每生高或降低10℃，则电池组寿命将降低50%。

2.1.2 相关参数的监测、调整及功能实现

（1）每天观察 UPS显示控制操面板，确认液晶显示面板上的各项图形显示单元都处于正常运行状态，所有电源的运行参数都处于正常值范围内，在显示记录内没有出现任何故障和报警信息[1]。

（2）观察面板显示屏三相 UPS的负载分配，使其尽量平衡，可以减少输出零地电压升高和斜波电流。

（3）值班人员在巡视 UPS设备时要闻一闻主机有无异味。听一听主机风扇和变压器有无异常声音。

（4）感性负载如日光灯、激光打印机、电动机、空调等一定不要带。启动冲击大，启动电流大，如果UPS容量不足，容易造成瞬间超载。

2.2 蓄电池的维护

保证蓄电池处于良好的工作状态，尽早发现性能下降的电池，改善其使用状况，能够有效地延长蓄电池的工作使用时间，使UPS对系统供电的稳定性和安全性得到提高，大大提高系统的可靠程度。

2.2.1 运行环境要求

20～25 ℃是电池的最佳环境温度，电池的实际使用寿命会因温度每增加10℃而缩短一半，电池会因温度过低而内阻增大，其放电容量會降低[2]。

2.2.2 物理性检查项目

（1）若电池有连接线松动变形和漏液甚至破裂的现象，应马上更换电池组。

（2）检查电池及连接处升温有否异常;极柱是否有变形、损伤或腐蚀现象。

2.2.3 日常维护

检查电池外观是否完好，清洁电池，外壳是否有变形和渗漏情况，测量电池温度、电池两端电压;检查连接部分是否有松动，重新拧紧连接处的螺钉;检查连接触点有无“盐化”现象，检测连接条压降，用测温仪检查电池触点有没发热。

2.2.4 定期维护

浅放电的维护时间每月要进行一次，每次的时间为1个小时左右。主要是为了检测各个单体电池的容量，从中发现个别电池的容量是否下降，若出现容量下降，那么就会造成UPS在电池模式带载时由于放电的时间不够长，会直接影响到整个电池组的效率，从而也将导致UPS无法正常工作，易出现系统关机、负载断电等现象，从而产生巨大影响。

2.2.5 注意事项

（1）避免过电流充电和过电压充电，否则蓄电池寿命缩短甚至烧坏。

（2）避免用快速充电器充电，应使用有防过流和过压功能的充电器充电。

（3）禁止超负载使用，UPS电源的负载控制在30%～60%额定输出功率范围内较为合适。

（4）电池放电至保护关机后不要重新开机，否则会造成电池过放电。UPS的电池必须重新充电后才能投入正常使用。

2.3 操作规程

（1）按照开机、关机顺序操作，避免负载突然加上或突然减载时，UPS电源的电压输出波动大而无法正常工作。

（2）禁止频繁地关闭和开启UPS电源，一般要求在关闭UPS电源后至少等待6s钟后才能开启UPS电源。

2.4 运输及故障处理

（1）运输。

UPS是精密仪器设备，在运输途中请不要有大的倾斜及震动。在搬运是应使用插车。

（2）故障处理。

首先请检查设备的安装，布线，以及输入市电是否符合要求，确认是否是由于操作的失误引起的问题。

3 结语

如何确保UPS能正常的运行系统工作，那么维护是关键，只有对UPS电源的维护足够重视，采取科学的维护手段，才能将UPS发挥的淋漓尽致。

参考文献

[1] 周志敏.UPS应用与故障诊断[M].中国电力出版社，2008：305.

UPS交流不间断 篇4

编制：王雪辉 校对：刘洪钟 审核：曲耀君

目

录

1.适用范围 2.卖方的责任 3.规范 4.设计 5.附件 6.检查和试验 7.防腐 8.标记 9.卖方文件

10.不间断电源装置数据表

1.概述 1.1 用途

本技术规格书适用于CPE东北分公司负责的中海石油炼化山东有限责任公司东营港项目油库区工程设计中选用的交流不间断电源装置（UPS）。1.2 范围

本技术规格书包括低压开关柜电气设备的设计、安装和供货的技术要求。1.3 计量单位

除另有说明外，制造厂提供的图纸和文件应采用米、摄氏度、千克等国际单位。1.4 规格及数量

规格： 1x15kVA 数量： 1 套

1.5 中国石油集团工程设计有限责任公司东北分公司（简称CPE东北分公司）保留对本规格书增加、删除、修改的权利。2.卖方的责任

2.1.本规格书与相关法规、标准、数据表、图纸、询价书等之间的任何矛盾应由买方负责澄清。

2.2.不允许用假设来掩盖数据的不足。卖方有责任由买方或其它来源获取可靠数据。

2.3.为确保设备正确的安装、操作及维修，卖方应提供所有必须的或附加的设备，专用工具和附件的清单。即使这些设备在规格书或数据表中未列出。2.4.卖方应列出并全面描述本规格书与有关法规的不同点。3.规范

该系统应满足本规格书及下列最新版法规、刊物、标准、规范的要求。3.1.国家标准

GB3859.1-3-93 半导体变流器 GB6995.1-5-86 电线电缆识别标志

GB4026-92 电器设备接线端子和特定导线线端的识别及应用字母数字系统的通则 GB4942.2-93 低压电器外壳防护等级 3.2.国际标准

IEC73 用颜色和辅助手段标记指示设备和调节器 IEC146 半导体变流器 IEC391 绝缘导线的标记

IEC445 电器端子和用相应符号标志的接线端子的识别方法(包括字母数字标志识别通则)IEC446 根据颜色和数字鉴别导线 IEC478 直流输出稳压电源 IEC529 外壳防护等级

IEC623 可再充电的开启式柱型镍—镉电池

IEC686 交流输出稳压电源

IEC801 工业过程测量和控制设备的电磁兼容性 IEC896 固定式铅酸蓄电池

IEC971 半导体变流器.变流器连接用识别码 4.设计

4.1.使用条件

4.1.1.UPS应安装在划为非爆炸危险环境的封闭的建筑物内,正常的使用条件见IEC146-1-1。4.1.2.电气使用条件

4.1.2.1.正常工作条件下的线电压应为满足IEC-146-2,第3.1h条要求的正弦波。4.1.2.2.UPS的等级应根据IEC146-4,第5.1条定义的电气使用条件来划分。4.2.防护等级

4.2.1.可以接受卖方标准的外壳,但其防护等级应满足IEC-529的如下要求: IP31 IP20 带开启门(带电部件屏蔽)为识别被遮护的元件，隔板应为透明的绝缘材料。4.2.2.冷却方式为在数据表中规定的，并应符合IEC146-1-1的要求。冷却空气孔应仅位于盘的前部或顶部。最好为自然通风，若要求强制通风时,则必须成套提供必要的空气过滤器，风扇和风道。

4.2.3.柜体应有足够的机械强度以用于墙上或地面上安装，并有足够的提升设施。落地安装盘的总高度不应超过2300mm。4.3.运行要求

4.3.1.UPS应将主电源转换成稳定的不间断的电源供给DCS,PLC及其它自动设备。

4.3.2.在买方规定的输入输出电压和频率变化范围内，UPS应能正常地工作并提供连续的额定功率。

4.3.3.异常情况下,如主电源故障或整流器故障等,在买方规定的自激时间内,UPS应能输出电压和频率在规定变化范围内的额定功率。

4.3.4.当输入电压瞬时降至80%额定电压时，系统的特性应不受影响。4.3.5.一路输入，一路输出。4.4.排列

4.4.1.UPS应包括下列主要元件: 电源开关（中性线也应用此开关隔离）整流器 电池 逆变器

静态转换及维护旁路开关 控制，保护及自检系统

配电盘(在询价文件中要求时)电涌保护器

4.4.2.模块化的系统元件应以下列方法安装在盘内，即：为降低内部短路的危险并限制内部故障时伤害的扩大，其主要元件应采用物理隔离。4.4.3.询价文件中附有接线简图（单线图），此图应连同数据表一起阅读。4.5.结构

4.5.1.所有的设备，材料和元件应为标准产品并适用于无人值班的情况。4.5.2.UPS系统为独立系统,除主电源外不需另外提供其它辅助电源。

4.5.3.UPS系统应带所有必须的保护,控制和报警装置。若有特殊要求，应在询价书中规定。4.5.4.为减少备品备件，简化维护和修理，相同的元件，分组件和模块应尽可能地可互换。4.5.5.直流电压与交流输出电压应设有电气隔离措施。

4.5.6.不应使用对环境持续有毒的或国际上认为致癌的材料。

4.5.7.所有元件应为盘面安装,当UPS安装于多个柜内时,柜与柜应为并排安装.4.6.整流器

4.6.1.在所有充电状态下,整流器应有符合IEC478-1规定的恒压及恒流特性。

4.6.2.整流器应有足够的容量在规定的时间内给完全放电的蓄电池再充电并给逆变器负荷瞬时供电。

4.6.3.除逆变器和蓄电池外,整流器不得接其它负荷.4.6.4.快速充电和浮充电间的切换应为自动充电控制。手动操作亦可。4.6.5.整流器故障时应能与负荷隔离。

4.6.6.整流器应有防止冲击电流的慢速起动装置.4.7.蓄电池

4.7.1.蓄电池为符合有关IEC标准的免维护密闭型铅酸蓄电池。

4.7.2.在厂家保证的使用期限内和在最低环境温度(对电池而言)下，蓄电池的容量应能在自放电时间内给逆变器所带负荷供电,同时维持逆变器的输出电压和频率在规定的偏差范围内。

4.7.3.提供的蓄电池应带电解液且完全充电,并配备整套的电池间连接片,连接片应能通过故障电流并绝缘。

4.7.4 蓄电池应安装在柜体内。4.8.逆变器

4.8.1.在接有完全放电的蓄电池和在蓄电池端子上加有快速充电电压时,逆变器应能满足其性能要求。

4.8.2.在温度过高或输出直流电压过高或过低时,逆变器应停止工作。当条件恢复正常后应手动复归。

4.8.3.逆变器应能在5个电气度内与备用电源的频率同步。当逆变器的频率变化超出备用电源频率范围时应自动断开。

4.8.4.当失去逆变器和备用电源间的同步控制时，不应闭锁已经启动的变换过程，而应闭锁自动（固态）切换开关的手动操作。

4.8.5.逆变器应有防止过负荷和短路的限流功能。交流配电线路的保护装置，在其由备用电源自动切回到正常电源时，通过静态开关来启动。

4.8.6.所有主电源切换和控制半导体元件应用熔断器或其它保护装置保护以防其内部故障。4.9.负荷切换和维护旁路开关

4.9.1.所有属于UPS系统的开关应满足IEC146,第5部分的要求.4.9.2.不间断静态负荷切换开关应作为UPS系统的一部分提供，并为进口设备。当逆变器故障或系统过负荷时,应自动切换至备用电源。切换系统应有一个内部防跳装置以防在下游发生不明确的故障时电源间的振动。

4.9.3.当故障清除或负荷已恢复至正常状态,静态开关应自动切回至逆变器输出位置。4.9.4.负荷切换开关的手动操作应有防止误操作的设施。

4.9.5.手动维护旁路开关应作为静态开关的备用电源提供在负荷侧。其布置应如此：当负荷由备用电源供电时,为试验和维修目的，UPS应能隔离。4.10.配电盘

4.10.1.当需要时,应提供符合单线图要求的交流配电盘，其应配备按4.11.7.条款定义的保护。

4.11.控制，保护和自检系统

4.11.1.当对任何主要元件进行维护时,控制电源不应断电。4.11.2.UPS应能就地控制并有状态指示和整定值的读出单元。其最低功能要求应满足数据表及单线图中的要求。

4.11.3.信号和控制装置应平装在柜门上。信号灯和按钮的色标应符合IEC73。4.11.4.控制回路应有专门的短路保护。过负荷装置应有手动复位。4.11.5.整流器和蓄电池的直流线路应设接地故障检测器。4.11.6.保护半导体元件的熔断器应带熔断指示。

4.11.7.交流配电盘的输出回路应有过电流和短路保护，其保护应带有指示保护装置动作的辅助接点。所有接点应串联并接至指示和自检系统。

4.11.8.信号回路应安全可靠。保护线路应根据工作电流原理工作。4.11.9.所有mA信号和其它的调节或控制线路应与其它系统电气屏蔽。4.11.10.UPS应完全自保。故障自检系统应易于发现故障。

4.11.11.自检,保护和报警系统应监视和保护整个UPS系统。此系统应独立于静态控制功能.4.11.12.柜体正面应设一表示UPS系统主要元件和工作状态的模拟显示。4.11.13.应预留数据表中要求的用于遥控信号的接点。若无特殊规定，则输出接点为无压切换接点。

4.12.配线和端子联接

4.12.1.所有的电线和导体应有单独的端子,除非端子是专用于多根导体的。端子间的配线应连续并且不允许有接头。

4.12.2.承受不同电压的端子应分组并用隔板分开。

4.12.3.内部配线应成束或安装在塑料槽盒内或穿缠挠性管保护。

4.12.4.所有的内部连接电缆应从底部进入UPS。密封板，电缆入口，线夹，接地，支撑装置及端子应成套提供。它们应适于在询价书中规定的电缆的型号，规格和数量。电缆密封件为塑料的。设计时应事先考虑在电缆密封件和端子之间留有足够的连接空间。

4.12.5.应配备长度为电缆连接小室宽度的接地母线。连接点的规格和数量应与规定的电缆规格和数量相匹配。不同的接地线应互连。

4.12.6.UPS元件外露导电部分和外壳之间以及外壳和接地母线/接地螺栓之间的电导率应充分维持接地保护线路的连续性。必要时应使用接地跨接线。4.13.电磁兼容性

4.13.1.UPS系统应满足IEC801的要求。

4.13.2.控制系统应不受由于操作，系统内部故障及线路上高频信号所引起的尖峰脉冲和电压波动等的影响。4.14.噪音

4.14.1.在任何负载条件下,UPS系统的声压水平不得超过50dB（A）。4.15 谐波控制

产品设计应尽量减少谐波量的输出，其值不应超过询价书规定。5.附件

5.1.应随UPS系统提供全部用于安装,日常操作和维护用的附件。6.检查和试验

6.1.应在制造厂的车间中根据IEC146-4，第7.3.1条中给定的试验程序对UPS系统进行例行试验。

6.2.应进行功能试验以确保买方规定的所有控制和信号功能。

6.3.应根据IEC146-4的有关条款进行规定的试验。6.4.试验和最终补充检查项目的证明应由买方认可。7.防腐

7.1.所有金属零件应进行防腐处理。

7.2.盘的面层颜色应按制造厂的标准,除非买方规定了特殊的颜色。8.标记

8.1.配线的标记

8.1.1.配线应根据IEC391,3.4.1.a.2.段定义的远端标记方法进行标记。8.2.设备端子的标志

8.2.1.设备端子的标志应符合IEC445的要求。8.3.铭牌

8.3.1.铭牌至少应含有IEC146-1-1.3.11条款要求的所有内容。8.3.2.铭牌应由不锈钢材料或“Resopal”（白-黑-白）制成并固定在设备不动部件上的明显处。

8.3.3.如果其它的铭牌必须安装在可移动部件上时，在这些铭牌中应重现制造厂的系列号和参考数据。

8.3.4.铭牌应安装于易更换处。

8.3.5.当系统被分成几个单独的盘或架运输时，每一部分应分别按卖方提供的方框图或连接图清楚地标记内部连接电缆和端子。

8.3.6.应提供指示设备号和/或说明的其它铭牌。9.卖方文件

9.1.卖方应至少提供买方要求的所有文件。

UPS交流不间断 篇5

关键词：不间断电源,老化机制,阿伦纽斯曲线,介电强度,机械强度,电晕效应,负载状态

随着经济的飞速发展和跨入世贸的巨大推动力,我国已进入信息化社会,金融、电信、能源等所有企事业单位及国家政府机关几乎无一例外地转入电子化办公和信息化管理。整个社会乃至全世界已形成了一个无所不在的国际网络。同时,工业化程度的提高和经济的飞速发展也形成并日益加重了电力消耗的负担,即便三峡供电对此有一定程度的缓和,但东南沿海,包括内地部分大中城市还是要不同程度地面对“电荒”时代。频繁的限电和紧急断电使信息网络遭受巨额损失。在这种潜在的巨大危机下,用于数据中心、大型设备、金融、电信等信息系统的大型UPS近几年风头压过原来的家用小型UPS,创造了电源管理行业的一块巨大市场。

据赛迪中国调查,2006年中国UPS市场总销售127.9万台,销售额26.1亿元,销量比2005年增长12.1%,销售额增长8.3%。主要销售对象为金融、电信等行业。2007到2008年,中国机房一体化总体市场为257.07亿元。

而UPS产品的质量要求已不再停留在原来低端消费产品的等级,而需进行工业等级的可靠性设计,寿命则从原来的5年左右提升到15~30年的普遍要求(原小型UPS寿命以电池及电容等电子部件寿命终结为止,而目前大型UPS则是提供了终身维护,短寿命电子部件及电池将由厂家实时更换)。而INVERTER变压器作为大型UPS中成本较大的一个终身使用部件,无疑决定了UPS的产品寿命。目前铜、铁等变压器原材料飞涨,合理地设计产品寿命,使其控制在足够但不过份浪费的尺度是技术工作者的责任。

1 NOMEX绝缘系统应用在变压器中的优点

NOMEX做为绝缘材料具有如下一系列优点[1],故而几乎垄断高温度等级的变压器市场,所有H级以上的干式变压器都是以NOMEX为主要绝缘材料[2]。

(1)耐热,长期耐温220℃,短期工作耐温350℃;

(2)阻燃,具有自熄性、防伪等级UL94V-0;

(3)耐湿,受潮后介电性能和机械强度无显著下降;

(4)介电性能好,耐压和电阻高,介电系数接近空气,介质损耗低;

(5)机械强度好,柔韧、抗撕、耐压、耐磨;

(6)环保,无毒,无污染,不释放有害物质。

2 UPS中变压器的使用特点

2.1 小型家用UPS(300 W~500 W)的使用特点

(1)家用及SOHO族的PC应用,利用率相对较低,且负载通常较小,一般为间歇性短时使用状态。

(2)针对以上特征,多数小型UPS做为BACK-UP设计,只针对突发断电异常而设计,提供5 min以内后备电力,以便做数据存贮和备份,平时仅在电池电量不足时充电,消耗功率不足20%。

(3)应用环境良好,通常是在环境优雅的家庭及OFFICE中,环境温度不高(20℃~30℃),湿度不大(40%~65%),而且无灰尘、雨水及化学污染的侵蚀。

(4)寿命要求不高,同一般家庭消费和办公产品,5年以下寿命即满足需要。目前以广东省夏季限电作业标准,约每隔2天市电调休1天(此处暂将UPS加载前后升降温的温度变化细节等效为工作时间,即对应为相应温度持续时间)。假设家庭未留意通知导致停电时需启用后备电源机率为1/5;同时估算家用小型UPS在使用中与停电相撞机率为1/3;则实际UPS长期带载形态如图1所示,每3×5×3=45天有5 min是满载工作,其余时间做为BACK-UP UPS只是偶而启动20%以下的功率为电池补充电量而已。

2.2 数据中心大型UPS(3 k VA~500 kVA)使用特点

(1)用电连续性高。因多用于银行、电信、税务、钢厂等重要场所,绝大多数是除年检、维护时才短时间停用,基本上是24h全天候不间断运行。

(2)因以上原因,故而均采用ON-CINE设计,紧急状况下做后备电源,只是其中的一项功能在平时市电正常供应时,一直都在负载工作,对电力质量及下游电力调配做管理。据专业厂家称:负载率为40%左右,并且由于网络系统庞大,数据处理和备份较慢,要求断电时能持续运行至少45 min,一般是1~2h,军工、冶金等甚至需要满载效率能持续工作数小时。

(3)工业应用中,使用环境恶劣,经常面临高温、高湿、化学污染和露天作业的状况,这都对产品的防护和寿命造成严重的冲击和挑战。

(4)做为工业产品和基础设备,大型UPS的寿命要求达到10~30年,其中的一些主要部件,包括INVERTER TRANSFORMER是UPS的终身配件,寿命同样要达到30年,理论上要长于UPS保障寿命。

仍以约每隔2天,市电调休1天来计算,对数据中心UPS而言,依停电通知进行发电机供电转换,约需45 min完成繁杂的系统切换,如果准备不及时则需90 min完成大型系统的切换;又估算突发机率为1/10;则预估负载曲线如图2所示。40天中有(45×9+90)/60=8.25 h的满载工作机率。

3 UPS中变压器的寿命影响因素

3.1 综合因素

如前所述,目前行业中基本都应用CLASS H、NOMEX绝缘变压器[2]做UPS INVERTER部件。针对此类产品的结构,影响其寿命的关键因素如下:

(1)事故发生机率及严重度(短路,过载,过压等);

(2)变压器的设计水平和制造水平;

(3)变压器运行中受到的冷热温度冲击情况;

(4)变压器本身绝缘系统的老化规律。

3.2 内在因素

此处着重分析NOMEX变压器产品的绝缘系统老化,即NOMEX做为绝缘主体应用在变压器中,在特定的温度、湿度、电场条件下的老化趋势。

3.2.1 机械性能

(1)温度对机械性能的影响,如图3所示[1]。

(2)湿度对机械性能的影响,如图4所示[1]。

3.2.2 电气性能

(1)温度对电气性能的影响,如图5所示[1]。

(2)湿度对电气性能的影响,如表1所示[1]。

(3)不同温度时的电气寿命,如图6所示[1]。

3.3 电晕作用(Corona Effect)的影响

以往,各国的安规判定均是以耐压测试标准作为基准。如今新的研究证明耐压测试和感应电压测试因为瞬时测试,在产品寿命的考虑上是不完整的。产品长期工作中,局部薄弱点会发生微弱电晕效应,如图7所示。这种轻微放电会轰击绝缘材料,加速其分解和老化,使其寿命以指数级加速下降,但电晕强度与绝缘材料及寿命间的量化关系尚未有权威性公式,故而业界只能在设计上增加绝缘强度让电晕不发生或控制在极弱放电量(2PC)的限度以下。

4 Class H(180°)Nomex绝缘Inverter变压器的寿命的试算

针对前述关键因素,即一定温度条件下的电气寿命如何衰减、机械寿命如何衰减做机制性运算。限于篇幅,仅计算对寿命要求较严的数据中心大型UPS中的变压器的寿命情况。

例如以下规格的三相干式变压器:输入电压为交流380 V,50 Hz;Class H绝缘系统;耐压(Dielectric)要求3 000 V/1 min[3]。

依IEC标准[4]温升条件如下:最高环境温度40℃,热点温差20℃,则最高允许温升180℃-40℃(最高环境温度)-20℃(热点温差)=120℃。现以温升与绝缘等级恰好相当条件设计,即变压器热点温度180℃。

从长期绝缘强度考虑,Dupont公司对Nomex 410无电晕设计建议为绝缘承受的长期耐压应小于1.6 kV mm,即0.25 mm厚的Nomex 410长期电压不应高于交流400 V;又IEC有定义当绝缘为双层时,每层独立耐压应达到可能承受的强度;故对于交流380 V的应用中两层0.25 mm的NX410恰可符合设计要求,可作为主绝缘。

4.1 绝缘耐压寿命计算

从介电强度(Dielectric)要求,此产品依安全规范要求耐压3 000 V,即每层0.25 NX失效前需满足耐压3 kV(换算后即为12 kV/mm);当低于此值时即告知此产品使用寿命终止。

参考Nomex 410 12 kV/mm条件的温度老化曲线如图8所示,可知此时的Ahrrenius公式为:

4.1.1 目前设计温升的耐压寿命计算满载时热点温度180℃。

轻载时变压器带载约40%,如图2。依图9[1]所示曲线,此时温升为满载温升的25%,热点温度则为:

将180℃&90℃分别代入公式(1),计算得出:

考虑到负载状态(图2),每30天中,寿命消耗为:

30天合计寿命消耗:

产品寿命:

4.1.2 调整设计温升后的耐压寿命对比

如果产品耐温等级和绝缘材料不变的前提下,把热点温度设计分别减少和增加20℃,即设计在140℃和220℃。此时:

额定负载温升分别为:

它们在40%负载时温升分别为:

它们在40%负载时热点温度分别为:

将80℃和100℃分别代入Arrhenius公式(1),再以式(2)~(6)算法计算垒加损耗和寿命,得出:

4.1.3 超负荷工作试算

假设此UPS长期超负荷工作达到绝缘材料的认定耐温极限即220℃。代入公式(1)则其寿命:

4.2 机械强度老化计算

因变压器内部绝缘所承受应力非常复杂,还无法定量对其进行描述。故此处参考Dupont公司的建议方案,以机械强度衰减至一半时认定为失效和寿命终结。如图10所示,0.25 mm厚的Nomex 410的纵剪力老化曲线。

此时的Arrhenius公式为:

4.2.1 目前设计温升的机械寿命计算

满载时热点温度180℃。将最初设计状态的热点温升之满载温升180℃、40%负载温升90℃代入公式(18),再以算式(2)~(6)算法计算累加损耗和寿命,计算得到:热点温度180℃时,寿命Life=11 872年。

4.2.2 调整设计温升后的耐压寿命对比

同样产品耐温等级和绝缘材料不变的前提下,再把热点温度分别减少和增加20℃,即设计在140℃和220℃。与4.1.2中算式(7)~(10)方法相同,此处不再赘述,最终将得到:热点温度180℃时,寿命Life=4.671×10-5年;热点温度220℃时,寿命Life=547年。

4.2.3 超负荷工作仿真

假设此UPS长期超负荷工作达到绝缘材料的认定耐温极限即220℃。代入公式(18)则其寿命:

变压器的内在寿命取决于绝缘材料的寿命。绝缘的寿命是一种在热效应、电场效应、应力效应等共同作用下,随着绝缘强度、机械强度等物理特性老化失效,而逐渐走向终结的过程。

无论从电气绝缘耐压寿命还是机械强度寿命的对比,都可以看出,变压器的工作状态(负载强度),即产品温升相对于绝缘材料耐温等级的高低关系,是决定变压器内在寿命的决定因素,而且影响甚巨。

同时必须注意到,整个绝缘中的绝缘薄弱点和温度最热点在很大程度上制约了整体寿命。这就要求一方面考虑到不同部位的电压等级和散热特点,尽可能在电磁学结构设计上做到电场和热量分布相对均匀,避免奇异点的出现;另一方面要依据各部位的不同耐压级别和不同温度分布,选取适当的不同绝缘材料和方案,也就是所谓的混合绝缘设计(HYBRID INSULATION)。

考虑到电晕效应,严格的设计(例如前面引用的Dupon提供的参考数据)与一般耐压性能相比有相当大的裕量。设计中应考虑电晕的要求做到完美绝缘,还是依据耐压的要求节约成本,主要是看应用的电压等级。笔者以为,在220 V电压以下时,电晕效应的机率较低,无特别状况的话,可以依据耐压要求的基准做设计;而在380 V以上时,Corona效应机率较高,则应该依据电晕的要求判定做更高强度的绝缘设计。

前述计算结果中发现,同样的工作条件下,机械强度寿命要比绝缘强度寿命低很多,约3~8倍的关系。笔者认为主要原因是,Dupont的Nomex更大量地应用于中高压大型电力变压器市场。这些电力变压器都需要有很高的短路力承受能力,而短路力目前的研究还不太能量化得很准确,Nomex做为变压器内部主要绝缘材料,必然要能承受此短路力的冲击而不能损坏,故而机械强度评估基准相对保守,是一种明智的选择。

虽然以上试算只是计算了产品内在寿命的极限,实际运行中,其他工艺因素和外在因素对寿命的冲击没有考虑在内。但还是明显可看出,在使用中对UPS的合理选配,尽可能避免过载工作或连续工作,也是延长变压器及UPS寿命的重要方面。

参考文献

[1]NomexTechnical Information[P].Dupont.

[2]UL1446-2007,Standard for Systems of Insulating Materi-als-General[S].USA:Underwriter Laboratories INC,2007.

[3]UL1778-2005,Uninterruptible Power Systems[S].USA:Underwriter Laboratories INC,2005.

[4]IEC60076-3-2000.Power transformers-Part3:Insulation levels,dielectric tests and external clearances in air[S].[IEC]国际电工委员会标准,2000.