通信机房UPS供电系统配置方案
浅谈通信机房UPS供电系统配置方案
[日期：2011-09-19] https://www.360docs.net/doc/7112572031.html, 千家网
不间断电源(UPS)在通信领域应用十分广泛。在通信机房中安装UPS(不间断电源)供电系统越来越普遍。一个设计良好的UPS供电系统能给负载提供优质电源。如何建立一个合理的、安全的UPS供电系统成为大家关注的问题。笔者从UPS供电系统配置各方面进行论述，以供同行参考。
1对UPS前级供电系统的要求
UPS可以向负载提供稳压精度高、稳频、波形失真度小的高质量电源，并且在与静态旁路切换时可以做到供电无间断。但要做到这点，它的前级供电质量不容忽视。我们在设计通信机房前级供电系统时，应考虑以下几个方面：
(1)前级供电系统电源质量不宜太差，电压及频率应稳定在正常范围。一般地讲，大容量UPS主机输入电压范围应为380V±15％。电压过低，将使UPS备用电池频繁放电，最终因长期处于欠压充电状态而大大缩短它的使用寿命；相反，电压过高，则易引起逆变器损坏。对于旁路输入，其电压和频率波动也有一定的范围，一般为额定电压±10％，额定频率±15％。如果前级电源变化范围过大，就会导致逆变器和旁路电源之间的切换被禁止或有间断。因此，如果通信机’房的前级电网在电压范围上达不到要求，应在UPS前级配置合适的抗干扰交流稳压电源，但不宜采用电子管型交流稳压器或磁饱和稳压器，因为这两类稳压器在开机时可产生瞬时高压，输出波形失真度也较大，易造成UPS故障。
(2)前级供电系统中不应当带有频繁启动负载，比如经常使用的电梯，频繁开启的空调等。原因是在这些负载开、关机时会出现瞬间高低压，使供电线路上电压波形失真度过大，造成UPS市电旁路供电与逆变器供电转换控制电路误动作，进而引起同步控制电路故障。所以在条件许可下，宜将UPS电源尽可置于电网输入的前端。
(3)前级供电系统中的交流发电机组容量应适当放大。大多数通信机房都备有发电机组，以解决较长时间停电难以供电问题。但在配置发电机组时，其容量应考虑不少于UPS电源额定输出功率的1.5~2倍，以保证发电机输出电压、频率正常，并改善其波形失真度。
2UPS容量的确定
根据负载容量及性质，选择适当的UPS，既可保证UPS的供电质量，降低故障率，又可节省投资，提高经济效益。一般来说，UPS容量的确定主要是要满足当前负载的需要，同时，也要考虑几个因素：
(1)负载性质对UPS输出功率的影响。当前大部分UPS生产厂家在产品说明书中所给的输出功率都是指负载功率因数为-0.8(滞后)时的值，而UPS电源实际可带
的负载量是与负载功率因数密切相关的。当负载为纯电阻性或电感性时，逆变器在额定功率下其有功功率将有所下降。所以在考虑UPS容量时，对不同的负载功率因数要进行功率折算。通常可作这样的估算：假设负载功率因数为-0.8(滞后)时UPS额定功率为1kVA，则当功率因数为-0.9和-1.0时，输出功率分别约为0.9～0.92kVA和0.74~0.77kVA。对于计算机类负载，只要负载的峰值系数在UPS允许的范围内，UPS基本上可以输出额定功率，对于电感性负载，则需酌情加大UPS容量。
(2)UPS容量较负载不宜过大，以免使其过度轻载运行。过度轻载运行虽有利于降低逆变器的损坏概率，但可能造成市电停电时，电池放电电流过小而放电时间偏长，在电池保护装置故障时，电池组被深度放电，而遭永久性损坏。
(3)UPS容量不宜过小，以免使其长期处于重载运行状态。这样虽可节省一部分投资，但由于逆变器处于重载运行，其输出波形将发生畸变，输出电压幅值抖动过大。这样既不能为负载提供优质电源，还极易造成UPS逆变器的损坏，所以，即使从经济角度讲也是得不偿失。根据目前一些UPS厂家推荐，UPS负载量不宜长期超过其额定容量的80％。
(4)对于通信机房面积较大，负载不断分期扩容的情况，在首期配置UPS容量时，应适当考虑中远期发展趋势，并在选型中挑选可并机或多机运行的机型，以使中远期负载容量增大时，通过UPS并机扩大其输出容量。相应地，配置UPS输入输出配电屏时，应预留多台UPS的输入开关和中远期的负荷分路开关，以便于今后扩容。
3正确配置UPS后备电池
为保证电网停电时，也能利用UPS电源继续向计算机提供高质量供电，后备电池的配置尤为重要。当负载不允许被中供电时，通信机房内UPS电池后备时间应大于从市电中断到恢复的时间或到发电机组正常供电所需时间(前级供电系统配有发电机组)。若此段时间较长，则应配置外接的长延时的电池组，但此时应确认UPS内部整流器有能力对外接大容量电池组进行充电，否则应配置外接充电器。电池容量选择应遵循以下原则：即电池必须在后备时间内供电给逆变器，且在额定负载下，电池组电压不应下降到逆变器所允许的最低电压以下。在布置机房设备排列时，应尽量使电池组靠近UPS主机，缩短两者连线长度，增大连线截面积，以降低连线自感量和线路压降。电池组可安装在电池柜内，也可安装在敞开的电池架中，前者美观、整洁，但对楼板承重要求较高，后者可分散承重，且散热性好，但占地面积多，易积尘，给维护带来不便。
4通过冗余方式增加供电可靠性
为了提高UPS供电的可靠性，可采用多种UPS冗余连接方式。各种方式都有优缺点，考虑方案时要根据实际负载情况，选择合适的模式。冗余连接方式大致有以下三种：
(1)双机主从式热备份。将作为从机的UPSl输出接到另一台作为主机的UPS2的旁路输入，正常运行时由UPS2供电，UPSl处于备份。当UPS2故障时，负载切换至UPS2旁路，由UPSl承担负载供给任务。此系统结构及控制简单，但存在以下缺点：主机长时间工作，而从机处于长期待机状态，两机的元件老化程度不均匀；在从机供电的状态下，主机静态旁路故障时将导致系统供电失败；系统负载不能超过单机容量且以后无法扩容。
(2)功率均分并联备份。该系统将两台或多台UPS逆变单元并联运行，正常时两台(或多台)逆变器同时向负载均分供电。当其中一台故障时，该UPS从系统中脱离，用户所需负载电流，由剩余逆变器按新的份额重新分配供电。此种方式目前有两种结构，一种是UPS通过外加并机柜方式并联，并机柜提供同步及多机均流控制，同时提供并联系统的总静态旁路；另一种是在每台UPS内安装一套逻辑控制板，控制各台机器的同步及均流输出。此方案的优点是易于扩容(采用并机柜方式时应将并机柜按终期考虑)，通过冗余备份提高供电可靠性，但也存在缺点：(a)采用并机柜方式的，并机柜成为系统的公共瓶颈点，一旦它内部失控或故障，会导致整个系统供电失败。(b)由于各台UPS输出量参数难以保持完全一致，导致各UPS在向负载供电同时，还在UPS内部的逆变器间形成环流。当环流过大，将直接危及逆变器安全。此外，如果各UPS向负载供电的电流差异过大，将使逆变器的功率放大元件老化速度失衡，也会引发故障。一般来说，供电系统中并机数量越多，UPS电源系统发生故障的概率也越大。
(3)并联热备份。该系统将两台UPS的电池组输入、整流器输出及逆变器输出并联，共用旁路。正常时两台整流器同时向两逆变器供电，并向两组电池充电，通过逆变器输出静态开关选择其中一台逆变器向负载电，两台整流器和逆变器分别互为备用。只有当两台逆变器同时故障时，系统将负载切至共同静态旁路，由市电继续向负载供电。该方案没有瓶颈故障点，任何一台UPS局部或整体故障，系统仍能继续向负载供电，由于真正输出只有一台逆变器，故也不存在逆变器间的环流，但由于此模式类似单机运行模式，带载能力相对差且不易扩容。
5供电系统应具备智能性
为了保证供电系统能长期不间断运行，UPS必须具有智能性，对运行中的UPS状态自动检测，对UPS故障及时发现。诊断和
处理，并减少因故障或检修而造成的间断，同时，作为通信机房动力系统的一部分，应提供通信协议，以便纳入动力集中监控网络内。因此，在系统设计时，我们应考虑到这些因素。一般来说，作为智能性的UPS应具备下列功能：
(1)实时监测功能。监视电路中各部分状态，随时获取主机工作时的有关参数。
(2)人机交互功能。可按实际运行情况，通过程序修改，重新设置UPS内部的各种临界工作点阀值，也可读取UPS电源各种工作参数。
(3)故障诊断功能。对监测到的不正常参数及时分析，及早发现故障苗头，显示其性质、部位，给出处理方法，并自动记录有关信息。
(4)远程监控功能。提供一个远程计算机接口，能通过RS232或RS485接口经调制解调器实现与异地计算机终端通讯，达到遥测和遥信的目的。
6结束语
在设计通信机房UPS供电系统时，我们既要节省投资，又要考虑系统的可靠性、灵活性，为通信设备及计算机负载提供有效的动力保障。
开关，以便于今后扩容。
（1）概述
机房系统是由计算机设备、场地设备、辅助设备等几部分组成，因此机房的供配电系统就是为满足各部分的要求，以保证获得稳定、可靠的电源服务。机房的建设必须要建立一个良好的综合性强的供配电系统，在这个系统中不仅要解决计算机设备的用电问题，还要解决保障计算机设备正常运行的其它附属设备的供配电问题。
（2）总体设计
本工程机房动力照明配电已搞好，因此在本设计中只考虑UPS供配电系统，我们建议从大楼高低配电间引一路三相五线制电源到机房UPS配电柜，总容量为20KVA。总体要求如下：
从电力局变电所到大楼高低配电间的电源进线应满足一级负荷供电。
工程设置弱电专用接地系统与其他强电设备不得共用同一回路，接地电阻不得大于1欧姆。
各分路开关使用空气断路器。
分支电路之终端尽可能靠近所供应设备3米内。UPS电源插座采用美标插头。
（3）UPS系统设计
对于机房内的设备而言，干净、不间断的电源供应是极端重要的。因为公用电网常会遭受自
发的电压变化或甚至是严重的供电中断。可靠的解决办法是采用不间断电源，UPS不仅保证可靠
的连续供电，而且UPS输出比较稳定，没有瞬变和谐波。
本设计中UPS电源的主要供电对象如下：
服务器
收费和财务处终端设备和微机
网络设备和通信设备
闭路电视监控电视墙等
UPS配电柜采用模块式配电柜，空开采用C65N型产品，浪涌保护
器采用原装进口德国OBO产品，最大放电电流规格为40KA；整个配电柜具有过负荷、短路、缺相保护、防雷击功能。
（4）UPS设备选型及说明
设计选用美国DELTA-20KVA智能型在线式UPS二台，100%的盈余，计算负载率为75%。备电池按4小时考虑。
UPS系统工作于下列模式：
a.正常供电模式：市电经整流器转换成平稳的直流电向逆变器和电池供电，通过逆变器将直流电转换成纯净的交流电并与市电输入锁相同步供给负载。
b.电池供电模式：当市电故障，停电或市电电压、频率超出UPS允许范围时，逆变器继续向关键负载供电，没有任何切换，只是由电池提供直流电力。由于电池“挂”在系统直流母线上，因而市电中断或恢复时UPS的输出，对负载没有任何影响。
c.自动旁路模式：如果由于过载、使用环境过温、负载故障或UPS内部故障，使UPS不能正常工作时，UPS静态旁路开关将自动地把负载切换到市电旁路，当故障消失后，UPS自动转回正常逆变供电方式，无论从逆变供电转至自动旁路或逆向过程，都是自动无间断进行，应而UPS输出对负载没有影响。
d.手动旁路模式：在维修、维护或其它特殊情况下，可通过旋钮操作，将转为旁路供电模式，由于转换过程采用先通后断方式，因而转换过程也无间断。
二、系统主要技术指标及参数
1、市电输入指标
输入电压范围：290V-478V
输入频率范围：50HZ或60HZ±5HZ
输入浪涌保护：符合ANSIC62.41，A及B类
EN50091-2及EN50082-2标准
输入功率因数：0.96
输入电流失真：带输入滤波器小于10%
2、UPS输出指标
输出电压谐波失真：<5%100%非线性负载，峰值因数3：1
<2%线性负载
输出电压瞬态响应特性：<±5%（带100%阶跃性负载时），在1毫秒内完全恢复到输出电压的标称值
输出频率（本振频率）：±0.005HZ
输出频率同步跟踪范围：±0.5HZ—±2.0HZ可调
输出频率的同步跟踪速率：1HZ/秒-3HZ/秒（可选）
输出电压的调节范围：±1%（由工程师调整）
3、电池
UPS主机柜相配，可与UPS主机并列安装或放在
5小时内，可充到90%额定电池容量。
4、环境指标
工作环境温度：零度至零上40℃推荐使用温度25℃相对湿度：5—95%（无冷凝）电磁兼容性：符合EN50091-2（1EC801）
5、安全标准
UPS产品应符合以下标准
符合IEC950---------------国际电工协会电磁兼容性标准
符合EN50091-1-------------国际电工协会电磁兼容性标准
（5）机房防雷系统
计算机设备的低
压电源的质量至关重要，它关系到设备运行的整体可靠性和安全性。低压电源系统最易受到雷电和工业操作的干扰，产生瞬间过电压现象，因而影响设备的正常运行甚至损坏设备。因此，为了保护设备的安全，首先应该对设备的电源系统施以保护，采取措施将可能产生的各种电源扰动限制在设备能够承受的范围之内，并将浪涌电流引入接地网络，为此，在设计时在机房电源进线处加设电源避雷器，选用德国浪涌保护器。
（6）接地系统设计
为了能保证计算机系统安全、稳定、可靠的运行，保证设备、人身的安全，针对不同类型计算机的不同要求，应设计出合适的接地系统。
机房接地类型一般分为以下几种：
1、直流工作地；
2、交流工作地
3、安全保护地；
本工程采用共同接地系统，接地电阻应不大于1欧姆；在接地系统设计时，强电地和弱电地分别形成二个独立的接地系统。弱电接地干线采用TMY-4X40，楼层支线采用TMY-25X4。
计算机房建议采用网格地线做为直流地，也称为网格地。网格地就是把一定截面积的铜线或铜带在高架地板下交叉排成600X600mm的方格，交点处压接在一起。直流网格地通过TMY-25X4接地母线引至机房外面与接地干线相连，其他弱电机房采用不小于35平方毫米的铜线作接地环。