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1、柴油发电机与 UPS 配合 完善机房供配电系统张 瑞 明 吴 红 霞 江 西 泰 和 县 广 播 电 视 台2005 年 ， 泰 和 县 广 电 大 楼 竣 工 ， 中 心 机 房 也 随之迁 入 新 大 楼 。 新 大 楼 位 于 县 城 新 区 ， 地 处 县 工 业 园 区 旁 边 ， 由 于 还 处 在 开 发 时 期 ， 基 础 设 施 不 完 善 ， 电 力负 荷 重 ， 不 太 稳 定 ， 大 楼 的 供 电 质 量 无 法 得 到 有 效 保障 。 而 随 着 广 电 事 业 发 展 以 及 安 全 播 出 要 求 提 高 ， 不允 许 机 房 出 现 停 播 事 件 。 机
2、房 配 有 一 台 长 延 时 UPS， 供 电 时 长 最 多 为 8 小 时 ， 但 据 我 们 了 解 ， 新 区停 电 检 修 或 安 装 的 时 间 一 般 较 长 ， 有 时 会 超 过 8 小时 ， 最 长 可 达12 小 时 。 在 这 种 情 况 下 工 作 ， UPS 的 蓄 电 池 性 能 将很 快 变 坏 ， 甚 至 完 全 失 效 ， 这 使 安 全 播 出 存 在 着 严重 隐 患 ， 稍 有 不 慎 就 可 能 造 成 停 播 事 故 。 因 此 ， 必 须完 善 大 楼 尤 其 是 机 房 的 供 配 电 系 统 ， 保 障 节 目 的 安全 优 质 播 出 。
3、图 2就 构 成 了 两 台 UPS 的 热 备 份 冗 余 系 统 。 但 这 种 连 接 方 式 一 般 不 能 超 过 两 台 ， 也 不 能 增 加 系 统 的 输 出 容 量 。 并 联 连 接 不 但 可 以 提 高 可 靠 性 ， 而 且 过 载 、 动 态性 能 比 串 联 方 式 好 得 多 ， 且 便 于 增 容 。 但 这 种 连 接方 式 对 UPS 要 求 很 高 ： （ 1） 相 位 和 幅 值 相 同 ， 以保 证 两 个 UPS 之 间 无 破 坏 性 的 环 流 产 生 ； （ 2） 两 台 UPS 并 联 后 ， 每 台 UPS 输 出 电 流 均 为 总
4、负 载 电流 的 一 半 ， 若 N 台 UPS 并 联 ， 则 每 台 UPS 的 输 出 电流 必 须 为 总 负 载 的 1 N； （3 ） 当 并 联 UPS 系 统 中任 何 一 台 出 现 故 障 时 ， 均 不 能 将 本 身 的 负 载 单 独 转 到 Bypass， 而 是 将 负 载 分 配 到 与 其 并 联 的 其 他 UPS 上 。只 有 并 联 系 统 中 所 有 UPS 的 逆 变 器 都 停 止 工 作 时 ，才 能 集 体 转 到 旁 路 上 。 这 两 种 方 式 都 要 增 加 UPS 主机 和 蓄 电 池 ， 虽 可 提 高 供 电 系 统 可 靠 性
5、， 但 代 价 很高 ， 也 没 有 从 根 本 上 解 决 问 题 ， 从 长 远 来 看 ， 由 于停 电 时 间 过 长 造 成 蓄 电 池 失 效 所 引 起 的 隐 患 并 没 有得 到 消 除 。1 2 双 路 市 电 UPS 方 案如 图 3 所 示 ， 此 方 案 为 大 楼 接 入 两 路 市 电 ， 当一 路 市 电 停 电 时 ， 由 UPS 不 间 断 向 负 载 供 电 ， 同 时切 换 开 关 将 UPS 的 输 入 切 换 到 另 一 路 市 电 ， 由 此来 保 证 供 电 的 稳 定 及 连 续 性 。 老 机 房 采 取 的 就 是 这种 方 式 ， 但 在
6、 新 区 ， 基 础 设 施 还 不 完 善 ， 无 法 在 较 近范 围 内 提 供 两 路 不 同 市 电 ， 必 须 远 距 离 架 设 专 线 ，代 价 也 很 高 ， 且 供 电 线 路 的 架 设 也 是 一 个 很 大 的 问 题 。1 3 市 电 柴 油 发 电 机 UPS 方 案选 择 方 案1可 供 我 们 选 择 的 供 电 方 案 有 这 么 几 种 ： UPS 冗 余连 接 方 案 、 双 路 市 电 UPS 方 案 、 市 电 柴 油 发 电 机 UPS 方 案 、 双 路 市 电 柴 油 机 UPS 方 案 。1 1 UPS 冗 余 连 接 方 案此 方 案 又
7、分 为 两 种 ， 串 联 连 接 （ 图 1） 和 并 联 连接（ 图 2） 。 串 联 连 接 更 灵 活 方 便 ， 任 何 具 有 Bypass 的 UPS 都 可 以 进 行 连 接 ， 只 需 将 一 台 UPS 的 Bypass 的 输 入 端 与 市 电 断 开 ， 并 连 接 到 另 一 台 UPS 的 输 出端 ，图 1的 ， 解 决 这 些 问 题 要 从 两 个 方 面 进 行 ： 一 是 正 确 选择发 电 机 的 励 磁 工 作 方 式 和 机 组 功 率 ， 二 是 选 择 更 能 适 合 发 电 机 组 特 性 的 UPS， 如 具 有 旁 路 锁 相 频 率
8、范 围 和 逆 变 器 同 步 速 率 现 场 可 调 功 能 的 UPS， 而 12 脉 冲 整 流 器 UPS 比 6 脉 冲 整 流 器 UPS 更 能 适 合 发 电 机 组 配 合 供 电 ， 中 、 小 型 UPS 可 选 用 IGBT 脉 宽 调 制 整 流器 型 UPS。由 于 机 房 已 配 备 好 UPS， 我 们 就 从 发 电 机 这 方 面 进 行 考 虑 。 首 先 要 考 虑 的 是 发 电 机 的 功 率 ， 发 电 机 的 功 率 与 UPS 的 功 率 并 不 是 简 单 的 一 对 一 关 系 ， 还 必 须 考 虑 电 池 充 电 所 需 功 率 （ 一
9、 般 为 UPS 最 大 输 出功 率 的 10 15 ） ， UPS 的 整 机 效 率 、 UPS 整 流 器引 起 的 输 入 电 流 失 真 等 都 要 增 加 发 电 机 的 容 量 ， UPS 的 整 流 器 对 于 频 率 漂 移 更 为 敏 感 ， 这 也 需 要 增 大 发电 机 功 率 。 另 外 ， 发 电 机 励 磁 工 作 方 式 的 不 同 对 负载 的 影 响 也 不 同 ， 现 代 柴 油 发 电 机 分 为 自 激 式 同 步交 流 发 电 机图 3图 4如 图 4 所 示 ， 由 柴 油 发 电 机 作 为 市 电 的 备 用 电源 ， 市 电 停 电 时
10、， 因 发 电 机 启 动 需 要 一 定 时 间 ， 不 能瞬时 供 电 ， 就 由 UPS 用 蓄 电 池 进 行 供 电 ， 待 发 电 机 稳定 运 行 后 ， 将 UPS 的 输 入 由 市 电 切 换 到 发 电 机 供 电 ，防 止 电 池 耗 尽 引 起 系 统 供 电 中 断 。 这 种 方 案 可 有 效地 解 决 瞬 时 停 电 以 及 长 时 停 电 的 问 题 ， 保 证 设 备 工作 的 连 续 性 ， 但 因 发 电 机 与 UPS 配 合 使 用 ， 存 在一 些 问 题 ， 需 要 在 使 用 中 加 以 解 决 。1 4 双 路 市 电 柴 油 发 电 机
11、UPS 方 案这 种 方 案 综 合 了 第 2、 3 种 方 案 的 优 点 ， 但 同 第二 种 方 案 一 样 存 在 不 易 实 现 的 因 素 。综 合 上 述 各 方 案 特 点 及 参 照 实 际 情 况 ， 我 们 最 后 选 取 了 方 案 三 ： 市 电 柴 油 机 UPS 供 电 方 案 。和 PMG（ 永 磁 发 电 机 ） 激 励 式 两种 。这 两 种 方 式 的 区别 是 ： 自 激 式 的 发 电 机 从 发 电 机 的 电 枢 绕 组 给 调 压器AVR 同 时 提 供 功 率 和 信 号 源 ； 而 PMG（ 永 磁 发 电机 ） 式 AVR 功 率 源 由
12、 副 励 磁 机 （ 永 磁 发 电 机 ） 电 枢绕 组 取 得 ， 交 流 同 步 发 电 机 电 枢 绕 组 只 提 供 信 号 源 。 AVR 功 率 输 出 至 励 磁 机 磁 场 绕 组 ， 并 控 制 其 电 流 ，通 过 励 磁 机 电 枢 绕 组 、 旋 转 整 流 器 、 磁 场 绕 组 ， 使 发电 机 输 出 电发 电 机 设 备 选 择2 压 保 持 稳 定 。 前 者 AVR 的 功 率 输 出 受 电 枢 绕 组 电 势波 形 的 影 响 ， 而 负 载 性 质 特 别 是 非 线 性 负 载 对 电 枢 绕组 电 势 波 形 的 影 响 比 较 明 显 ； 后
13、者 AVR 的 功 率 源 取发 电 机 与 UPS 组 合 所 带 来 的 问 题 是 客 观 存 在图 52009 年 第 2 期 （ 总 第 230 期 ） 125发 电 机 更 能 使 UPS 工 作 良 好 。 采 用 自 激 式 发 电 机 ，UPS 功 率 与 柴 油 发 电 机 功 率 之 比 至 少 应 为 1 （ 2 2 5） ， 采 用 PMG 励 磁 方 式 的 发 电 机 时 ， 功 率 比 取 1（ 1 2 1 25） 就 可 保 证 发 电 机 组 正 常 工 作 。由 上 可 知 ， 采 用 PMG 励 磁 方 式 发 电 机 应 是 较 好 的 选 择 ， 但
14、 这 种 发 电 机 一 般 功 率 都 很 大 ， 达 到 数 百 kVA 以 上 ， 机 房 容 量 远 小 于 此 。 若 选 用 这 种 发 电 机势 必 造 成 很 大 的 浪 费 ， 而 且 发 电 机 组 更 容 易 产 生 故障 ， 这 是 因 为 柴 油 发 动 机 在 小 负 荷 长 期 工 作 ， 气 缸 内温 度 较 低 ， 正 常 进 入 气 缸 内 的 燃 油 不 能 充 分 燃 烧 ，造 成 活 塞 环 处 、 喷 油 嘴 处 积 炭 严 重 ， 气 缸 磨 损 加 剧 ，因 而 使 上 述 部 位 故 障 率 大 大 增 加 ， 使 柴 油 机 工 作 性能 下
15、 降 。 因 此 综 合 经 济 、 实 用 性 等 各 方 面 因 素 ， 我们 还 是 选 取 了 自 激 式 发 电 机 。发 电 机 的 危 害 ； 要 解 决 这 些 问 题 ， 就 必 须 相 应 增 加发电 机 的 功 率 。根 据 机 房 UPS 的 10kVA 的 功 率 ， 发 电 机 的 功 率至 少 应 在 20kVA 以 上 ， 因 机 房 设 备 的 良 好 运 行 对 温度 的 要 求 较 高 ， 发 电 机 应 能 承 载 机 房 空 调 运 行 所 需 功率 （ 三 台 3P、 一 台 5P） ， 再 考 虑 到 稳 压 器 的 影 响 及大 楼 必 要 的 照 明 及 办 公 用 电 ， 最 后 我 们 选 择 了 一 台 50kVA 的 柴 油 发 电 机 ， 其 柴 油 机 型 号 TH4105 ZD，额 定 功 率56kW； 发 电 机 为 三 相 交 流 同 步 发 电 机 ， 型 号 STC 50， 额 定 功 率 50kW。 与 市 电 相 比 ， 由 于 功 率 所限 ， 发 电 机 对 三 相 电 的 平 衡 要 求 较 高 ， 且 严 禁 缺 相运 行 ， 因 此 我 们 须 对 配 电 进 行 一 些 调 整 ， 尽 量 做 到三 相 负 荷 平 衡 。 因 发 电 机 启
