通信行業(yè)UPS選型方案參考

對(duì)于當(dāng)前市場(chǎng)UpS的種類繁多、工作模式的多樣性，應(yīng)如何選擇及配置理想的UpS提出了要求。在這里淺談一下通信行業(yè)通信交換局(站)中、大型UpS選型的細(xì)節(jié)。選用UpS時(shí)，首先要確定其將選擇的類型，然后在根據(jù)具體的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)來(lái)確定其產(chǎn)品。

一、UpS主要性能參數(shù)的選擇

UpS技術(shù)參數(shù)是UpS質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)，是選型的主要依據(jù)。針對(duì)于UpS能否正常安全地向負(fù)載設(shè)備進(jìn)行純凈的不間斷電源供電，這需要對(duì)它的性能參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的了解。其主要技術(shù)參數(shù)如下。

1.額定運(yùn)行參數(shù)

(1)額定輸出功率;額定最大輸出、輸入電流。

(2)額定輸出輸入頻率：我國(guó)均為50Hz。

(3)標(biāo)稱輸入、輸出電壓，根據(jù)進(jìn)、出線的方式來(lái)確定，主要有單進(jìn)單出、三進(jìn)單出、三進(jìn)三出方式，大、中型UpS采用三進(jìn)三出的進(jìn)出線方式。

2.輸入?yún)?shù)

(1)輸入電壓范圍，根據(jù)我國(guó)的電網(wǎng)質(zhì)量不高的情況，應(yīng)選擇較寬范圍的UpS。目前用可控硅設(shè)計(jì)的UpS范圍為-15%，+10%，用IGBT整流器設(shè)計(jì)的范圍為-25%，+23%。

(2)頻率范圍最好選擇范圍較寬的50±5Hz。

(3)交流旁路電壓范圍選擇±10%，如超過(guò)此值將增大UpS的故障率。

(4)UpS應(yīng)具有三相輸入相序錯(cuò)誤和三相缺相輸入的自動(dòng)保護(hù)功能。

3.輸出參數(shù)

(1)輸出電壓的靜態(tài)穩(wěn)定度，中、大型UpS為±1%。

(2)輸出電壓的瞬態(tài)電壓波動(dòng)值，中、大型UpS就小于±5%。

(3)輸出電壓的可調(diào)范圍，中、大型UpS從額定值起最小可調(diào)節(jié)±5%。

(4)輸出頻率，中、大型UpS為50Hz±0.1%。

(5)輸出過(guò)載能力，中、大型UpS在10min以上時(shí)滿足125%負(fù)載，在1min以上時(shí)滿足150%負(fù)載。

(6)具有帶三相100%不平衡負(fù)載能力，其三相相電壓差不應(yīng)超過(guò)±3%。

(7)輸出電壓的諧波失真度<2%帶100%線性負(fù)載。

4.其它參數(shù)

(1)平均無(wú)故障時(shí)間為20～40萬(wàn)小時(shí)(大型)，15～22萬(wàn)小時(shí)(中型)。

(2)并機(jī)能力，要求UpS具備直接并機(jī)輸出能力，各臺(tái)UpS輸出電流的均流不平衡度為2～5%，此值應(yīng)越小越好;具有故障跳脫功能，但不能影響負(fù)載的正常運(yùn)行。

(3)應(yīng)具備遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障報(bào)警、運(yùn)行狀況記錄功能。

(4)應(yīng)具備防雷擊抗浪涌抑制，抗靜電放電功能。

(5)具有ABM先進(jìn)型電池自動(dòng)化管理功能。由于蓄電池的好壞直接影響到UpS向負(fù)載不間斷的供電。現(xiàn)大多數(shù)UpS中，都將蓄電池長(zhǎng)期置于浮充狀態(tài)，在市電供電正常時(shí)只充電不放電，長(zhǎng)期以往會(huì)造成電池極板的鈍化，使電池容量下降，嚴(yán)重影響后備供電時(shí)間。而ABM先進(jìn)型電池自動(dòng)化管理系統(tǒng)是一種“短時(shí)的快速恒流、均充充電—恒壓浮充充電—長(zhǎng)時(shí)間的微小電流放電的電池管理+實(shí)時(shí)的電池性能老化檢測(cè)的綜合型電池充放電管理系統(tǒng)”，并且可定期充電，可極高的延長(zhǎng)了電池的使用壽命。

(6)具有與發(fā)電機(jī)組匹配的能辦因當(dāng)需用發(fā)電機(jī)組來(lái)帶UpS時(shí)，發(fā)電機(jī)組所送出的電源本身不但電壓畸變大，而且它的內(nèi)阻遠(yuǎn)比市電電網(wǎng)大，另外非線性負(fù)載會(huì)向柴油發(fā)電機(jī)組反射大量的高次諧波電流，可能會(huì)造成后接負(fù)載被燒毀、UpS故障等;并且市電停電到發(fā)電機(jī)供電間隙，UpS配套蓄電池已經(jīng)對(duì)負(fù)載放電。因此應(yīng)用額定功率大于UpS的標(biāo)稱輸出功率的發(fā)電機(jī)組來(lái)向UpS負(fù)載供電，應(yīng)為UpS標(biāo)稱輸出功率的1.6倍以上。

(7)具有微處理器控制技術(shù)。可以增強(qiáng)UpS的故障診斷、自動(dòng)判斷處理、各種保護(hù)措施、處理能力強(qiáng)、可靠性強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

(8)大型UpS必須具有輸出隔離變壓器。隔離變壓器可以先對(duì)市電電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，給UpS提供寬松的工作環(huán)境以保證UpS故障率的減小;在UpS轉(zhuǎn)到旁路時(shí)，先對(duì)市電進(jìn)行了優(yōu)化，減小了市電電網(wǎng)各種污染源對(duì)負(fù)載的沖擊。

二、UpS配線的選擇

合理選擇配線是很重要的，線徑太細(xì)，電流太大，容易發(fā)熱而引起火災(zāi);線徑太粗，則造成浪費(fèi)。

1.交流電源線的選擇

銅纜線徑S=最大負(fù)載電流I/經(jīng)濟(jì)電流密度J(J為2～4A/mm2)

例如一通信局最大用電負(fù)載電流為100A，則：S=100/2.25=44.44所以使用50mm2的銅纜。

對(duì)于UpS電源系統(tǒng)中線的截面積應(yīng)選為相線電纜截面積的1.5～1.7倍;對(duì)于UpS電源系統(tǒng)中地線的截面積應(yīng)為相線截面積的0.5～1倍，但不小于6mm2。

2.直流電纜的選擇(蓄電池電纜)

導(dǎo)線上的電壓降U=流過(guò)導(dǎo)體電流×導(dǎo)線長(zhǎng)度/導(dǎo)體的電阻率×導(dǎo)體截面積

例如一通信局站最大負(fù)載電流為100A，電池線20m，固定壓降為0.2V，則電池線徑為：

S=100×10/47×0.2=106.5mm2應(yīng)使用120mm2的銅電纜。

三、正確選擇UpS的類型

當(dāng)前的UpS可分為以下幾種：在線式、在線互動(dòng)式、后備式、Delta變換型。

在線互動(dòng)式的單機(jī)輸出功率為0.7～20kVA，后備式單機(jī)輸出功率為0.25～2kVA，且兩種類型在市電供電正常時(shí)，逆變器均不投入工作，而是向用戶提供經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理的一般市電電源，供電質(zhì)量差，輸出功率小，只適用于要求不高的場(chǎng)合。此選型中不考慮。

1.Delta變換型UpS

也稱為雙逆變電壓補(bǔ)償在線式，其單機(jī)輸出功率為10～480kVA，它的原理是將交流穩(wěn)壓控制技術(shù)中的電壓補(bǔ)償原理運(yùn)用到UpS的主電路中，利用補(bǔ)償變壓器對(duì)不穩(wěn)定的市電電壓進(jìn)行電壓調(diào)整。

(1)市電電源供電正常時(shí)(即市電電壓波動(dòng)范圍小于380V±15%，市電頻率波動(dòng)范圍小于50±3Hz)，主供電通道上的STS1在導(dǎo)通狀態(tài)，STS2在斷開狀態(tài)。當(dāng)市電電壓等于UpS的標(biāo)稱輸出電壓時(shí)，市電電源經(jīng)補(bǔ)償變壓器(無(wú)需補(bǔ)償)直接送到負(fù)載上，此時(shí)的電源未經(jīng)過(guò)任何處理。當(dāng)市電電壓高于或低于UpS的標(biāo)稱輸出電壓時(shí)，補(bǔ)償變壓器在Delta變換器的調(diào)控下對(duì)市電電壓進(jìn)行降壓或升壓調(diào)節(jié)后送到負(fù)載上。

(2)市電電源供電不正常時(shí)(即市電電壓波動(dòng)范圍超過(guò)380V±15%，市電頻率波動(dòng)范圍小于50±3Hz)，STS1與STS2在斷開狀態(tài)，蓄電池組放電，主變換器以逆變器的方式向負(fù)載提供純凈的正弦波逆變電源。

(3)當(dāng)輸出短路、輸出過(guò)載、溫升過(guò)高、主變換器或Delta變換器發(fā)出故障時(shí)，STS1關(guān)斷，STS2導(dǎo)通，市電電源經(jīng)過(guò)交流旁路通道給負(fù)載供電。

由此可以看出Delta變換型UpS在正常工作時(shí)市電電網(wǎng)的干擾非常容易地直接串入到用戶負(fù)載端，對(duì)于市電電壓過(guò)欠壓、電壓突變、頻率漂移、諧波干擾等市電電網(wǎng)的污染沒有實(shí)質(zhì)性的改善。

2.在線式UpS

單機(jī)輸出功率為0.7～1500kVA。采用以微處理器、數(shù)字信號(hào)處理的調(diào)控技術(shù)使逆變器連續(xù)不斷地向負(fù)載提供高質(zhì)量的純凈正弦波電源。

(1)市電電源供電正常時(shí)(即市電電壓波動(dòng)范圍小于380V±15%，市電頻率波動(dòng)范圍小于50±3Hz)，供電質(zhì)量較差的普通市電電源經(jīng)過(guò)濾波整流器變成直流穩(wěn)壓電源，然后再經(jīng)過(guò)逆變器重新將直流電源變成純正的高質(zhì)量正弦波電源，由于采用了雙變換型在線設(shè)計(jì)方案，可將市電電源中的干擾幾乎都屏蔽掉，保證了向負(fù)載提供毫無(wú)干擾的純潔正弦波電源。

(2)市電電源供電不正常時(shí)(即市電電壓波動(dòng)范圍超過(guò)380V±15%，市電頻率波動(dòng)范圍超過(guò)50±3Hz)、市電電源故障或市電供電中斷，蓄電池組繼續(xù)向逆變器提供直流電源，保證了逆變器不間斷地向負(fù)載提供高質(zhì)量的正弦波交流電源。

(3)當(dāng)輸出短路、輸出過(guò)載、逆變器故障、整流器或逆變器中散熱片溫度過(guò)高時(shí)，如圖3所示，市電電源將由交流旁路通道給負(fù)載提供普通市電電源。

由此可以看到無(wú)論是市電供電正常時(shí)，還是市電中斷由電池逆變供電期間，逆變器始終處于工作狀態(tài)，這就從根本上消除了來(lái)自電網(wǎng)的電壓波動(dòng)和干擾對(duì)負(fù)載的影響，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的無(wú)干擾、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻以及零轉(zhuǎn)換時(shí)間。

綜上所述，針對(duì)于通信局(站)中要求較高的通信設(shè)備、敏感先進(jìn)儀器設(shè)備、非線性負(fù)載建議使用在線式UpS。

四、通信局UpS供電方式的選擇

針對(duì)于通信局(站)所帶負(fù)載的重要性，要求UpS供電系統(tǒng)無(wú)故障率。由于中型UpS電源的平均無(wú)故障工作時(shí)間為5～16萬(wàn)小時(shí)，大型UpS電源的平均無(wú)故障工作時(shí)間為24～40萬(wàn)小時(shí)，為確保UpS供電系統(tǒng)向負(fù)載提供萬(wàn)無(wú)一失的高質(zhì)量的不間斷逆變電源，建議用多機(jī)UpS冗余供電配置方案。分為熱備份供電方式、直接并機(jī)冗余供電方式、雙總線冗余供電方式。

(1)熱備份供電方式：我們一般是選用兩臺(tái)具有相同容量的UpS，將UpS-2電源的逆變器輸出端連接到UpS-1的交流旁路靜態(tài)開關(guān)的輸入端上，從UpS-1的輸出端給負(fù)載供電。當(dāng)市電正常時(shí)，由UpS-1的逆變器電源輸送給負(fù)載，UpS-2處于空載運(yùn)行狀態(tài);當(dāng)UpS-1中的逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，負(fù)載才由UpS-2的逆變器電源輸送。

此種冗余供電方式的優(yōu)點(diǎn)為對(duì)UpS單機(jī)的鎖相同步跟蹤控制技術(shù)要求不高(僅在兩臺(tái)UpS進(jìn)行切換瞬間有所要求)，熱備份冗余供電系統(tǒng)構(gòu)成容易、簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)為長(zhǎng)期空載運(yùn)行的其中一臺(tái)UpS的配套蓄電池壽命縮短;由于一臺(tái)帶全載，另一臺(tái)空載，造成平均無(wú)故障時(shí)間下降;并要求單機(jī)具有帶“階躍性負(fù)載”的能力來(lái)保障主機(jī)出故障后能將全部負(fù)載立即加到空載運(yùn)行的從機(jī)上。由于從機(jī)長(zhǎng)期處于空載運(yùn)行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)切換過(guò)程，負(fù)載量將由0突變至全部負(fù)載，內(nèi)部電路及元器件由于大電流的沖擊，易造成損壞，使UpS的不安全運(yùn)行穩(wěn)定性增高。

(2)直接并機(jī)冗余供電方式：即N+1型冗余并機(jī)系統(tǒng)。要求N臺(tái)UpS的逆變電源必須具有同相位、同頻率、同輸出電壓幅值。技術(shù)要求高，但多臺(tái)UpS共同均衡的給負(fù)載供電，如一臺(tái)發(fā)生故障，會(huì)自動(dòng)將有故障的UpS自動(dòng)脫機(jī)，負(fù)載由其它的UpS共同均衡供電，提高了此種并機(jī)方式的性能，使平均無(wú)故障時(shí)間得到了提高，設(shè)備的運(yùn)行更加的穩(wěn)定。可靠性最高的就為1+1型直接并機(jī)供電系統(tǒng)。

(3)雙總線冗余供電方式：是在N+1式直接并機(jī)系統(tǒng)上進(jìn)行更加安全供電的方式，是由兩套UpS供電系統(tǒng)組成，在一套供電系統(tǒng)全部壞掉時(shí)，負(fù)載由另一套供電系統(tǒng)來(lái)保障，大大加強(qiáng)了供電的安全性。但所需經(jīng)濟(jì)條件較高。

對(duì)于以上3種冗余供電方式，由于熱備份方式安全性能不太高，雙總線方式雖然安全穩(wěn)定性最好，但經(jīng)濟(jì)因素較高，建議一般采用N+1型冗余供電方式，首選1+1型直接并聯(lián)冗余供電系統(tǒng)。

五、UpS系統(tǒng)容量的選擇

UpS既不宜長(zhǎng)期處于滿載運(yùn)行，也不宜長(zhǎng)期處于輕載運(yùn)行。前者易造成UpS電源的逆變器和整流器損壞，后者易造成UpS的蓄電池?fù)p壞。因此UpS單機(jī)按帶載量60%～80%來(lái)配置，并機(jī)按每臺(tái)帶載35%～40%來(lái)配置為佳。另外還要考慮負(fù)載系統(tǒng)的擴(kuò)容問題，其預(yù)增加帶載量為20%左右。

例如UpS的實(shí)際負(fù)載量為60kVA，則UpS的最小選擇容量為：

60kVA/60%=100kVA;

考慮負(fù)載擴(kuò)容，則UpS的最小選擇容量為：

100kVA+12kVA/60%=120kVA

六、UpS電池容量配置的選擇

合理的選擇蓄電池的容量是UpS對(duì)負(fù)載設(shè)備正常供電的重要保證。雖然現(xiàn)通信局(站)大多都采用一路市電加油機(jī)或兩路市電加油機(jī)的多重供電保障方式，但由于當(dāng)前電網(wǎng)的不穩(wěn)定性，更應(yīng)重點(diǎn)加以重視。現(xiàn)在通信局(站)要求油機(jī)在停電后的啟動(dòng)時(shí)間為15min，并且對(duì)于UpS運(yùn)行中以并機(jī)冗余供電方式及它的實(shí)際帶載為60%左右，因此建議每臺(tái)中、大型UpS的后備電池延遲時(shí)間(按UpS帶滿負(fù)載計(jì)算)一般選擇1h為宜。

對(duì)于UpS電池容量的配置計(jì)算為：

蓄電池組容量×電池組端電壓/主機(jī)額定功率=滿載時(shí)蓄電池工作時(shí)間

隨著科技水平的不斷提高，各種技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代UpS也將越來(lái)更智能化、實(shí)用化、安全穩(wěn)定性更好、技術(shù)含量更高，提供的純凈的不間斷電源更加穩(wěn)定。大家在選型中也應(yīng)更多的了解其功能特點(diǎn)以此來(lái)保證UpS在我們各個(gè)行業(yè)更加安全的運(yùn)行，為我們各自領(lǐng)域的飛速發(fā)展做好堅(jiān)強(qiáng)的后盾。