通信機(jī)房對(duì)UPS供電系統(tǒng)的要求

    UPS不間斷電源供電解決方案直接決定了通信機(jī)房?jī)?nèi)重要負(fù)載是否能正常運(yùn)行。在設(shè)計(jì)通信機(jī)房UPS供電系統(tǒng)時(shí)，我們既要節(jié)省投資，又要考慮系統(tǒng)的可靠性、靈活性，為通信設(shè)備及計(jì)算機(jī)負(fù)載提供有效的保障。 

    1、引言

    計(jì)算機(jī)在通信系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，對(duì)供電質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的UPS供電系統(tǒng)能給負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電源，然而在實(shí)際應(yīng)用中，許多問(wèn)題又往往是UPS供電系統(tǒng)本身引起的。因此，如何正確設(shè)計(jì)一個(gè)合理的、安全的UPS供電系統(tǒng)成為大家關(guān)注的問(wèn)題。

    2、對(duì)UPS前級(jí)供電系統(tǒng)的要求

    UPS可以向負(fù)載提供穩(wěn)壓精度高、穩(wěn)頻、波形失真度小的高質(zhì)量電源，并且在與靜態(tài)旁路切換時(shí)可以做到供電無(wú)間斷。但要做到這點(diǎn)，它的前級(jí)供電質(zhì)量不容忽視。我們?cè)谠O(shè)計(jì)通信機(jī)房前級(jí)供電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：

    (1)前級(jí)供電系統(tǒng)電源質(zhì)量不宜太差，電壓及頻率應(yīng)穩(wěn)定在正常范圍。一般地講，大容量UPS主機(jī)輸人電壓范圍應(yīng)為380V±15%。電壓過(guò)低，將使UPS備電池頻繁放電，最終因長(zhǎng)期處于欠壓充電狀態(tài)而大大縮短它的使用壽命，相反，電壓過(guò)高，則易引起逆變器損壞。對(duì)于旁路輸入，其電壓和頻率波動(dòng)范圍，一般為額定電壓±10%，額定頻率±15%，如果前級(jí)電源變化范圍過(guò)大，就會(huì)導(dǎo)致逆變器和旁路電源之間的切換被禁止或有間斷。

    (2)前級(jí)供電系統(tǒng)中不應(yīng)當(dāng)帶有別的頻繁啟動(dòng)負(fù)載，原因是在這些負(fù)載開、關(guān)機(jī)時(shí)會(huì)出現(xiàn)瞬間高低壓，使供電線路上電壓波形失真度過(guò)大，造成UPS市電旁路供電與逆變器供電轉(zhuǎn)換控制電路誤動(dòng)作，進(jìn)而引起同步控制電路故障。

    (3)前級(jí)供電系統(tǒng)中的交流發(fā)電機(jī)組容量應(yīng)適當(dāng)放大。為解決較長(zhǎng)時(shí)間停電問(wèn)題，在配置通信機(jī)房發(fā)電機(jī)組時(shí)，其容量應(yīng)考慮不少于UPS電源額定輸出功率的1.5-2倍，以保證發(fā)電機(jī)輸出電壓、頻率正常，并改善其波形失真度。

    3、 UPS容量的確定

    根據(jù)負(fù)載容量及性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)腢PS，既可保證UPS的供電質(zhì)量，降低故障率，又可節(jié)省投資，提高經(jīng)濟(jì)效益。一般來(lái)說(shuō)，UPS容量在滿足當(dāng)前負(fù)載的需要的同時(shí)，也要考慮以下幾個(gè)因素：

    (1)負(fù)載性質(zhì)對(duì)UPS輸出功率的影響。當(dāng)前大部分UPS生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品說(shuō)明書中所給的輸出功率都是指負(fù)載功率因數(shù)為一0.8(滯后)時(shí)的值。所以在考慮UPS容量時(shí)，對(duì)不同的負(fù)載功率因數(shù)要進(jìn)行功率折算。對(duì)于計(jì)算機(jī)類負(fù)載，只要負(fù)載的峰值系數(shù)在UPS允許的范圍內(nèi)，UPS基本上可以輸出額定功率，對(duì)于電阻性或電感性負(fù)載，則需酌情加大UPS容量。

    (2)UPS容量較負(fù)載不宜過(guò)大，避免使其過(guò)度輕載運(yùn)行。過(guò)度輕載運(yùn)行雖有利于降低逆變器的損壞概率，但可能造成市電停電時(shí)，電池放電電流過(guò)小而放電時(shí)間偏長(zhǎng)，當(dāng)電池保護(hù)裝置故障時(shí)，電池組被深度放電，而遭永久性損壞。

    (3)UPS容量不宜過(guò)小，避免使其長(zhǎng)期處于重載運(yùn)行狀態(tài)。這樣雖可節(jié)省一部分投資，但由于逆變器處于重載運(yùn)行，其輸出波形將發(fā)生畸變，這樣既不能為負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電源，還極易造成UPS逆變器的本級(jí)驅(qū)動(dòng)元件損壞。建議UPS負(fù)載量不宜長(zhǎng)期超過(guò)其額定容量的80%。

    (4)對(duì)于面積較大，負(fù)載不斷分期擴(kuò)容的通信機(jī)房。在首期配置UPS容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮中遠(yuǎn)期發(fā)展趨勢(shì)，并在選型中挑選可并機(jī)或多機(jī)運(yùn)行的機(jī)型。相應(yīng)地，配置UPS輸入輸出配電屏?xí)r，應(yīng)預(yù)留多臺(tái)UPS的輸入開關(guān)和中遠(yuǎn)期的負(fù)荷分路開關(guān)，以便于今后擴(kuò)容。

    4、供電系統(tǒng)的電氣隔離及接地

    一般來(lái)說(shuō)，電網(wǎng)中經(jīng)常存在差模噪擾和共模噪擾，這些噪擾對(duì)計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行存在著不同程度干擾。另外，零線電位的偏移也會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行造成影響。所以在考慮UPS供電方案時(shí)應(yīng)采取措施把這些影響減少到最小。

    傳統(tǒng)的UPS通過(guò)內(nèi)部的工頻輸入及輸出變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載和電網(wǎng)間的電隔離和電壓匹配，抑制來(lái)自電網(wǎng)的共模及差模噪擾電壓。為保證輸出零點(diǎn)電壓不偏移，應(yīng)從通信機(jī)房的交流工作接地排上單獨(dú)引線至該輸出點(diǎn)。

    近年來(lái)出現(xiàn)的采用高頻鏈結(jié)構(gòu)的不含輸出隔離變壓器的UPS。由于采用了高頻變壓器代替工頻變壓器，其體積重量明顯減小，但因?yàn)槠漭敵鋈鹬苯油ㄟ^(guò)變換元件輸出，一定程度上存在直流高壓過(guò)人負(fù)載的危險(xiǎn)，而且在三相負(fù)載不平衡情況下，還存在電壓零點(diǎn)偏移問(wèn)題。所以對(duì)于大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等比較重要的負(fù)載，供電系統(tǒng)應(yīng)盡量采用帶工頻隔離變壓器的UPS。

    5、正確配置UPS后備電池

    為保證電網(wǎng)停電時(shí)，也能利用UPS電源繼續(xù)向計(jì)算機(jī)提供高質(zhì)量供電，后備電池的配置尤為重要。當(dāng)負(fù)載不允許被中斷供電時(shí)，通信機(jī)房?jī)?nèi)UPS電池后備時(shí)間應(yīng)大于從市電中斷到恢復(fù)的時(shí)間或到發(fā)電機(jī)組正常供電所需時(shí)間(前級(jí)供電系統(tǒng)配有發(fā)電機(jī)組)，若此段時(shí)間較長(zhǎng)，則應(yīng)配置外接的長(zhǎng)延時(shí)的電池組。

    電池容量選擇應(yīng)遵循以下原則：

    (1)電池必須在后備時(shí)間內(nèi)供電給逆變器，且在額定負(fù)載下，電池組電壓不應(yīng)下降到逆變器所允許的最低電壓以下。

    (2)在布置機(jī)房設(shè)備排列時(shí)，應(yīng)盡量使電池組靠近UPS主機(jī)，縮短兩者連線長(zhǎng)度，增大連線截面積，以降低連線自感量和線路壓降。

    (3)電池組可安裝在電池柜內(nèi)，也可安裝在敞開的電池架中，前者美觀、整潔，但對(duì)樓板承重要求較高;后者可分散承重，且散熱性好，但占地面積多，易積塵，給維護(hù)帶來(lái)不便。

     6、通過(guò)冗余方式增加供電可靠性

    為了提高UPS供電的可靠性，可采用多種UPS冗余連接方式，各種方式都有優(yōu)缺點(diǎn)，考慮方案時(shí)要根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況，選擇合適的模式。當(dāng)前冗余連接方式大致有以下三種：

    (1)雙機(jī)主從式熱備份。將作為從機(jī)的UPS1輸出接到另一臺(tái)作為主機(jī)的UPS2的旁路輸入，正常運(yùn)行時(shí)由UPS2供電，UPS1處于備份。當(dāng)UPS2故障時(shí)，負(fù)載切換至UPS2旁路，由UPS1承擔(dān)負(fù)載供給任務(wù)。

    (2)功率均分并聯(lián)備份。該系統(tǒng)將兩臺(tái)或多臺(tái)UPS逆變單元并聯(lián)運(yùn)行，正常時(shí)兩臺(tái)(或多臺(tái))逆變器同時(shí)向負(fù)載均分供電，當(dāng)其中一臺(tái)故障時(shí)，該UPS從系統(tǒng)中脫離，用戶所需負(fù)載電流，由剩余逆變器按新的份額重新供電。此種方式目前有兩種結(jié)構(gòu)，一種是UPS通過(guò)外加并機(jī)柜方式并聯(lián)，并機(jī)柜提供同步及多機(jī)均流控制，同時(shí)提供并聯(lián)系統(tǒng)的總靜態(tài)旁路;另一種是在每臺(tái)UPS內(nèi)安裝一套邏輯控制板，控制各臺(tái)機(jī)器的同步及均流輸出。

    (3)并聯(lián)熱備份。該系統(tǒng)將兩臺(tái)UPS的電池組輸入，整流器輸出及逆變器輸出并聯(lián)，并共用旁路，正常時(shí)兩臺(tái)整流器同時(shí)向兩逆變器供電，并向兩組電池充電，通過(guò)逆變器輸出靜態(tài)開關(guān)選擇其中一臺(tái)逆變器向負(fù)載供電，兩臺(tái)整流器和逆變器分別互為備用，只有當(dāng)兩臺(tái)逆變器同時(shí)故障時(shí)，系統(tǒng)將負(fù)載切至共同靜態(tài)旁路，由市電繼續(xù)向負(fù)載供電。

    7、供電系統(tǒng)應(yīng)具備智能性

    為了保證供電系統(tǒng)能長(zhǎng)期不間斷運(yùn)行，UPS必須具對(duì)運(yùn)行中的UPS狀態(tài)自動(dòng)進(jìn)行智能檢測(cè)，對(duì)UPS故障及時(shí)發(fā)現(xiàn)、診斷和處理。一般來(lái)說(shuō)，作為智能性的UPS應(yīng)具備下列功能：

    (1)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。監(jiān)視電路中各部分狀態(tài)，隨時(shí)獲取主機(jī)工作時(shí)的有關(guān)參數(shù)。

    (2)人機(jī)交互功能。可按實(shí)際運(yùn)行情況，通過(guò)程序修改，重新設(shè)置UPS內(nèi)部的各種臨界工作點(diǎn)閥值，也可讀取UPS電源各種工作參數(shù)。

    (3)故障診斷功能。對(duì)監(jiān)測(cè)到的不正常參數(shù)及時(shí)分析，及早發(fā)現(xiàn)故障苗頭，顯示其性質(zhì)、部位，給出處理方法，并自動(dòng)記錄有關(guān)信息。

    (4)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。提供一個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)接口，能通過(guò)RS232或RS485接口經(jīng)調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)與異地計(jì)算機(jī)終端通訊，達(dá)到遙測(cè)和遙信的目的。

    8、結(jié)束語(yǔ)

    一個(gè)UPS供電方案的好壞，直接決定了通信機(jī)房?jī)?nèi)重要負(fù)載是否能正常運(yùn)行。在設(shè)計(jì)通信機(jī)房UPS供電系統(tǒng)時(shí)，我們既要節(jié)省投資，又要考慮系統(tǒng)的可靠性、靈活性，為通信設(shè)備及計(jì)算機(jī)負(fù)載提供有效的保障。■