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1、IDC机房UPS供电系统 存在的几个问题目录一、UPS供电系统的现状与存在的问题 二、IT行业用户关注的焦点- UPS供电系统优劣评价标准 三、UPS系统设计和应用中存在的若干问题一、UPS供电系统的现状 与存在的问题1、关注硬件关注数据关注可用性关注适应性 建造方法：在供电系统中，简单地加入UPS 设备运行状况：UPS系统故障多于电网停电故障；2、受厂商和媒体的误导，用户选用UPS的标准存在错误观念 追求高指标；以功率等级确定指标；以电路结构形式确定指标；忽视对电网的污染；忽视 对可靠性指标的考察；重设备忽视系统；稳压范围问题；变压器的功能、抗干扰和隔离问 题；输出功率因数问题；UPS的双输
2、入配置问题；长延时UPS备用电池和备用油机问题；市 电冗余配置；双总线UPS的配置；3、安全性和可靠性是当前UPS供电系统最主要的问题可靠性的衡量方法与可靠性量化指标：ACAC效率、输出电流峰值系数、输出电流浪涌 系数(启动)、输出过载能力、输出负载功率因数、三相负载不平衡能力；4、仅仅提高UPS设备的可靠性，是不能从根本上解决整个供电 系统的安全性和可靠性的系统故障总数中的5070%是由于配电系统中其它环节和设备的质量问题、安装问题、 人为操作和维护问题引起的，或者由于这些问题而诱发UPS产生误动作乃至发生故障；一、UPS供电系统的现状 与存在的问题5、用户感到困惑的事是，供电系统故障后，修
3、复时间长且困难 非标准化系统过于复杂；产品供应商反应速度慢；维修人员的技术水平和工作经验不高；备 件储备和提供不理想；各种设备供应厂商之间的互相推诿；6、UPS已经具备的智能管理和通讯功能没有得到充分的发挥在实际的运行维护中，对UPS的智能管理和通讯功能的应用率大概只有20-30%。7、UPS供电系统在设计上不规范，配置不尽合理，存在诸多隐患系统串连形成多个单路径故障点；各种设备输入输出阻抗不匹配；存在输入谐波电流大和 启动冲击电流大的设备；传输线过长和布局零乱；系统中零地电压差过大；零、地线系统设 计和线缆选用不符合标准等；8、提高使用维护水平与提高UPS技术水平同等重要维护水平不高；对UP
4、S监测监控信息和显示功能不熟悉；选用配置UPS时的选型不当； 对UPS运行时的常规维护要求执行不严格等。9、当前已建和正在设计建造的UPS供电系统中，普遍存在适应 性、可扩充性、资源浪费和生命周期成本问题二、IT行业用户关注的焦点- UPS供电系统优劣评价标准1、集成一体化系统2、高可靠性、高可用性4、对UPS设备性能指标评定的标准变化3、系统可维护性和可扩展性二、IT行业用户关注的焦点 UPS供电系统优劣评价标准1、集成一体化系统 解决设备多供应商带来的问题： 结构、连接、阻抗匹配、培训与维护、故障分析与修复等； 系统管理问题： 供电、空调、环境、安全等集中管理； 提高供电质量： 设备质量保
5、证、减少系统单路经故障点、便于维护、降低成 本；降低对系统的污染； 机房系统的集成一体化： 一体化UPS供电系统；空气调节及气流组织；供电、空调及 环境参数的集中管理；机柜微环境的配电和空调系统；线缆 铺设、管理和地线系统；机房建设与装修、机房安全等可靠度：可用性： tR (t ) = e1MTBF 当考察的时间工作时间t PF2 UPS输出能力由负载无功功率决定；PF1 PF2 UPS输出能力由负载有功功率决定； UPS可在与负载功率因数不匹配情况下工作，但逆变器脱 离最佳工作状态，可靠性降低； UPS带单台负载时，负载功率因数低，带多台负载时，负 载功率因数高；负载 功率因数 UPS额定功
6、率100kVAUPS最佳负载 功率因数0.60.70.80.91.0 0.6有功功率（kW）6053.354532.620无功功率 （kVAR） UPS输出功率 （kVA）80 10071.4 89.1360 7543.5 54.370 00.7有功功率（kW）607058.842.60无功功率 （kVAR61.271.46043.50UPS输出功率（kVA）85.71008460.90 0.8有功功率 （kW）607080580无功功率（kVAR）4552.56043.50UPS输出功率（kVA）7587.510072.50 0.9有功功率（kW）607080900有功功率（kW）60708
7、0900UPS输出功率（kVA）66.6777.7888.891000 1.0有功功率 （kW）60708090100无功功率（kVAR）00000UPS输出功率（kVA）60708090100在不同实际负载功率因数下UPS的输出计算容量表达形式为： P W输出电压与电流相移不明显，cos 1 接近1；Pw PsPF = cos P S=PF = cos 1 = r cos 1I 1 IRVI 1 cos 1 VI R对计算机类型的负载，输入为整流滤波电路，功率因数的 输出电流不是正弦波，而是脉冲波；输出电流波形严重失真，富含高次谐波成份； 在电压为正弦波的情况下，无功功率主要由高次电流谐波形
8、成； 电流峰值系数为3-5，而正弦波峰值系数为1.41； UPS输出能力主要由过载能力决定,高峰值系数可能造成逆变器过载； 所以输出100KVA,PF=0.8的UPS,不保证可带有功功率80KW, PF=0.8的 计算机负载 ；UPS的实际带载能力输出功率因数传统表达形式： 输出功率因数完全是由负载电压与电流的相移决定的； 对输出100KVA,PF=0.8的UPS,可带80KW 纯电组性负载；三、UPS系统设计和应用中存在的若干问题7、关于UPS输入电压变化范围输入电压范围小的缺点： 不能保证电池总是能够处在饱满的能量备用状态 解决办法一： 加大UPS允许的输入电压变化范围，例如2025%，这
9、样做会带来下面 三个问题： 在电网电压长时间偏高或偏低时，使UPS失去执行转旁路运行的功 能。UPS可靠性大幅度降低， 带静态旁路功能的UPS的MTBF为15万小时， 失去转旁路功能后，MTBF降到几（例如3）万小时。 当电网电压长期处于偏高或偏低状态时，UPS逆变器（AC/DC、 DC/AC）也就长期工作在边缘状态。会使逆变器负荷加重，工作状态 恶化，可靠性降低。 电网电压长期处于偏低状态时,电池处在放电状态.解决办法二：在UPS 前级加交流稳压器三、UPS系统设计和应用中存在的若干问题8、UPS输入电流谐波污染与抑制方法 谐波的问题:单相输入 整流器输入 电流市电 输入（a）单相输入整流电
10、流波形6脉冲 整流器输入 电流市电 输入（b）6脉冲输入整流电流波形12脉冲 整流器输入 电流市电 输入（c）12脉冲输入整流电流波形PFC校正输入 电流市电 输入（d）PFC（高频）输入整流电流波形PF = = cos 1 = r cos 1四、UPS系统设计和应用中存在的若干问题8、UPS输入电流谐波污染与抑制方法谐波的问题: (1),谐波形成无功功率p S = (V1rms I1rms cos 1 ) + (V2 rms I 2 RMS cos 2 ) + + (Vnrms I nrms cos n )nsin( n t + n ) I n sin( n t + n ) d t = 01
11、 22 V 0(2), 谐波电流是UPS输入功率因数低的主要原因 对计算机类型的负载，输入为整流滤波电路，功率因数的 表达形式为：P W P SI 1 I RVI 1 cos 1 VI R2PW PS cos 1PF =1 1 + THDI= r cos 1 =(输入电压为正弦波)基波三次谐波02 0/32 /34 /35/32 L1L2L3三相的三次谐波在零线中叠加(3), 三次谐波在零线中叠加四、UPS系统设计和应用中存在的若干问题8、UPS输入电流谐波污染与抑制方法P I R (4),输入功率因数低是降低电能利用率和系统工作效率低 的原因之一221 COS (5),电流峰值因数对供电设备
12、和传输导线容量的影响对UPS容量的影响 对传输线和开关触点的影响I=20AI=10A100R200R四、UPS系统设计和应用中存在的若干问题8、UPS输入电流谐波污染与抑制方法(6),系统自污染非线性负 载谐波源谐 波 失 真 感 性 分 量主低压开关柜第2级分 开关柜 末级开 关柜系统 输入设备电缆电缆、 开关电缆、 开关 电缆、 开关谐波电流通过传输阻抗形成谐波电压电源谐波失真阻性分量变压器、发电机类三、UPS系统设计和应用中存在的若干问题8、UPS输入电流谐波污染与抑制方法(7),系统污染谐波电流通过传输阻抗形成谐波电压同（异）部电机：转子局部过热、定子零件过热、输出功率降低、震动与躁声
13、； 变压器：引起硅钢片、金属紧固件及外壳发热、输出功率降低、震动与躁声；电容器：介质局部放电和热老化、机械震动；电缆：绝缘局部放电和温升、缩短寿命；消弧线圈：延时或阻碍消弧作用；短路器：降低遮断能力，延缓甚至阻碍吸弧，有时损坏短路器；避雷器：涌流延缓其放电时间，可能导制损坏；换流装置：使燃弧间隔不匀，个别不能运行；电压互感器：可能引发参数谐频谐震而损坏；电力系统：损耗增大，降低安全；计算机谣控、数据传输等：引起数据丢失、误显示、误动、误传、元件损坏；电能表：增加误差，增大供电线损率；自动装置、集成线路板：导制误判断、误动、误控制等；继电保护：引起误启动、误跳闸、拒动、损坏，引起事故或扩大事故；
14、通信系统：引起电话杂音，有时出现过电压；其他常规表计：增加误差，造成基波值大于实际值的错觉。三、UPS系统设计和应用中存在的若干问题8、UPS输入电流谐波污染与抑制方法三、UPS系统设计和应用中存在的若干问题8、UPS输入电流谐波污染与抑制方法对UPS输入高次电流谐波抑制方法：（1）、被动式 加无源滤波器 加有源滤波器（2）、输入高频整流（PFC）典型的无源滤波器设置输入滤波器是为整流器添加一个谐波陷阱，使UPS输入 电流中的谐波成分在这里分流。调节电感L2和电容C使该分 路的谐振频率与待取消的谐波频率相同。L1用于换向目的， 并确保市电基波电流不被分流，以防止由于陷阱设计而引发 其他电路设计
15、问题。一个被调至6次谐波频率的陷阱电路可 用于削弱6脉冲整流器电路中的5次和7 次谐波成分，从而可使THD从34%降至10%。四、UPS系统设计和应用中存在的若干问题8、UPS输入电流谐波污染与抑制方法混合型并联有源滤波器标配 UPS并联有源 滤波器 Sineware市电输入无源滤 波器四、UPS系统设计和应用中存在的若干问题8、UPS输入电流谐波污染与抑制方法一般高频整流有源滤波电路 功率因数校正电路-PFC四、UPS系统设计和应用中存在的若干问题8、UPS输入电流谐波污染与抑制方法9、长延时系统中的电池与油机UPS供电系配置长延时蓄电池组时，存在以下几个问题：1, 外配长延时蓄电池的后备时
16、间不确定,最终不能确保不出停电供电；2, 市电中断现象很少（RS1=99.9%),对蓄电池维护工作量大且困难；3, 长延时蓄电池配置的成本高： 一次性购置成本 维护附加成本 蓄电池更换成本二、UPS系统设计和应用中存在的若干问题三、UPS系统设计和应用中存在的若干问题10、机房接地问题机房接地原则：（1）一点接地（2）等电位接地供电 系统1供电 系统2IT 系统1IT 系统2电源地信号地屏蔽地TN-C接地系统 (适用三相平衡负载)TN-S接地系统TN-C-S接地系统IT接地系统(浮空)进户前进户后TT接地系统 (保证PE 不带电)接地原则及类型电源火线电源零线电源接地线数字电路数字地线模拟电路模拟地线继电器电路电源电路 功率地线机箱外壳机箱地线信
