UPS供电系统原理与

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1、 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 1 -UPS供电系统原理与维护长沙市电信分公司黄武能 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 2 -一、UPS的功能与分类1.1 UPS（Uninterruptible Power Supply）即不间断电源。是一种含有储能的装置（蓄电池），以逆变器为主要组成部分的恒压、恒频的电源设备。负载负载蓄电池蓄电池UPSUPS市电市电 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 3 -为什么使用UPS 电网中的干扰情况波形下限波形下限市电断电市电断电电压浪涌电压浪涌电线噪声电线噪声瞬态尖峰瞬态尖峰频率漂移频率漂移谐波失真谐波失真电网电网 中国电信中国电信湖南公司湖南公司

2、 - 4 -电网对设备的危害 电源中断、电压波动、瞬态尖峰、电源浪涌、高压脉冲电源中断、电压波动、瞬态尖峰、电源浪涌、高压脉冲 造成服务器、路由器、磁盘阵列等精密设备造成服务器、路由器、磁盘阵列等精密设备数据数据 丢失、设备损坏、死机、停止工作等。丢失、设备损坏、死机、停止工作等。谐波污染、线间噪声、频率漂移谐波污染、线间噪声、频率漂移 造成网络传输造成网络传输误码率大增，数据传输速度误码率大增，数据传输速度低下等。低下等。 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 5 -UPS的分类及特点后备式后备式在线互动式在线互动式在线式在线式逆变器状逆变器状态态后备后备热备热备工作工作输出输出电源质量电源

3、质量低低（供电差，仅（供电差，仅是不是不 停电功能）停电功能）中等中等（分段稳压，（分段稳压，滤除部分干扰）滤除部分干扰）最高最高（稳压，滤（稳压，滤除所有干扰）除所有干扰）切换时间切换时间5 512ms12ms4ms4ms0 0成本成本低低中等中等较高较高 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 6 -分类按按工作原理工作原理不同，不同，UPSUPS分为：分为： 后备式后备式UPSUPS 在线互动式在线互动式UPS UPS 在线式在线式UPS UPS 按按供电体系供电体系不同，不同，UPSUPS分为：分为： 单进单出单进单出UPS UPS 三进单出三进单出UPS UPS 三进三出三进三出UPS

4、UPS按按输出功率输出功率不同，不同，UPSUPS分为：分为： 小功率（小功率（10kVA30kVA30kVA） 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 7 -的四大功能1.1.高可靠性不间断供电高可靠性不间断供电2.2.电网稳压、净化功能电网稳压、净化功能3.3.电池管理功能电池管理功能4.4.智能监控功能智能监控功能保证动力的连续性保证动力的连续性高质量供电、绿色电源高质量供电、绿色电源延长电池使用寿命延长电池使用寿命解决解决UPSUPS维护问题维护问题 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 8 -二、UPS的工作原理在线式UPS工作原理互动式UPS工作原理后备式UPS工作原理 中国电信中国

5、电信湖南公司湖南公司 - 9 -在线UPS的工作原理 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 10 -互动式UPS工作原理市电 双向变换器 电池组 负载 市电正常市电正常/整流整流停电停电/逆变逆变264-276V150-175V150-264V功率等级左右功率等级左右264-276V 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 11 -后备式UPS工作原理充电器逆变器市电 负载 电池组功率等级左右功率等级左右 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 12 -UPS关键技术双变换技术数字控制技术冗余技术电池管理技术静态开关 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 13 -UPS双变换技术ACDC 整流整流

6、DCAC 逆变逆变 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 14 -传统三相SCR整流UPS 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 15 -12脉冲整流器移相变压器移相变压器负负载载电池和逆变器电池和逆变器两个两个6 6脉冲脉冲整流桥整流桥30 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 16 -三相全桥IGBT整流UPS 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 17 -数字控制技术数字信号处理器（DSP）控制技术 单片机控制技术 产生各驱动信号、控制整流器、逆变器、产生各驱动信号、控制整流器、逆变器、切换逻辑等切换逻辑等 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 18 -冗余技术主从串机热备份并机冗余供电

7、双母线供电 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 19 -主从串联热备份用于中小功率，易于安装调试，没有扩容能力，从机电池寿命用于中小功率，易于安装调试，没有扩容能力，从机电池寿命缩短。缩短。 市电负载 UPS1 UPS2主机从机主机旁路从机输出 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 20 -并机冗余供电 用于大功率，多台用于大功率，多台UPSUPS平均分摊负载，可靠性高，控制电路复杂。平均分摊负载，可靠性高，控制电路复杂。市电负载UPS1并机逻辑控制UPS2 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 21 -双母线供电电池电池UPS1AC PPCSTS电池电池UPSAC PPC双电源双电源 负载

8、负载单电源单电源 负载负载LBSUPS2母线母线1母线母线2 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 22 -电池管理技术电池均浮充管理电池充放电管理 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 23 -电池均浮充管理1、均充限流：2、浮充转均充： 均充转浮充： 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 24 -电池充放电管理T1为恒压均充阶段，T2为浮充阶段，T3为电池逆变供电阶段，T4为限流均充阶段 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 25 -静态开关 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 26 -三、UPS电源维护UPS的合理配置及安装蓄电池特性与容量选择UPS的维护注意事项 中国电信中国电信湖南

9、公司湖南公司 - 27 -3.1 UPS的合理配置及安装UPS电源电源系统设计UPS设备功率的计算UPS设备安装要点 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 28 -UPS电源系统设计根据用户设备性质类型根据投入的建设资金根据UPS设备的性能 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 29 -UPS设备功率的计算1、统计负载总功率、统计负载总功率 计算机、服务器等设备由于内置开关电源，属于整流计算机、服务器等设备由于内置开关电源，属于整流（电容）性负载，一般功率因数：。（电容）性负载，一般功率因数：。UPS设备的功率因数：设备的功率因数：2、考虑功率裕量、考虑功率裕量 使使UPS负载在负载在80%左

10、右即可左右即可 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 30 -举例（1）机房中有服务器机房中有服务器6台，终端台，终端40台，其他路由器若干。台，其他路由器若干。服务器功率服务器功率1KW/台，终端台，终端300W/台，路由器总功台，路由器总功率率500W，所需，所需UPS容量：容量：负载总功率（负载总功率（1000W6300W40500W）功功率因数率因数0.8功率裕量功率裕量8029KVA兼顾将来需要兼顾将来需要选择选择40KVA UPS，为避免单相电流过大，应选，为避免单相电流过大，应选用三进三出型用三进三出型UPS 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 31 -合理配置隔离变压器合理配

11、置隔离变压器1、每只隔离变压器成本占、每只隔离变压器成本占UPS成本约成本约8-10%2、 大功率大功率UPS必须配置输出隔离变压器必须配置输出隔离变压器 20KVA以上以上UPS无隔离变压器存在危险：近无隔离变压器存在危险：近500V的电的电池组直流高压在故障时可能严重损坏用户设备。池组直流高压在故障时可能严重损坏用户设备。 输出配置隔离变压器，可以保证只通交流电，不通直流输出配置隔离变压器，可以保证只通交流电，不通直流电。因此，万一电。因此，万一UPS电子器件发生故障，近电子器件发生故障，近500V的电池直的电池直流高压由于输出配置隔离变压器也就绝对不会损坏通信设流高压由于输出配置隔离变压

12、器也就绝对不会损坏通信设备。备。3、UPS输出隔离变压器可避免输出隔离变压器可避免UPS内部零线电流产生的零内部零线电流产生的零地电压地电压,有效降低零地电压。有效降低零地电压。 4、输入隔离变压器、旁路隔离变压器通常不需要配置、输入隔离变压器、旁路隔离变压器通常不需要配置 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 32 -兼顾将来扩容兼顾将来扩容1、事先预留输入、输出配电的容量和开关、事先预留输入、输出配电的容量和开关2、 UPS必须能够多机并联必须能够多机并联例如，用户正常的最大负载为例如，用户正常的最大负载为52KVA，已经采用，已经采用1+1冗冗余并联配置余并联配置2台台60KVA UPS

13、。如果用电负荷将来增加到。如果用电负荷将来增加到100KVA，则只需要另增加，则只需要另增加1台台60KVA UPS就能提高到满足就能提高到满足120KVA负载需求。负载需求。 3、 优选不需并机柜不需旁路柜的直接并机系统优选不需并机柜不需旁路柜的直接并机系统有的有的UPS不得不额外配置并机柜和旁路柜，既浪费客不得不额外配置并机柜和旁路柜，既浪费客户机房空间，又增加并机系统成本户机房空间，又增加并机系统成本 ，而且将来扩容时，旧，而且将来扩容时，旧的并机柜和旁路柜通常不得不废弃重做。的并机柜和旁路柜通常不得不废弃重做。 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 33 -电源设备的安装考虑地面承重考

14、虑通风散热考虑电池线路的布放考虑维护方便 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 34 -蓄电池特性与容量选择蓄电池出现的故障高于UPS设备蓄电池的使用寿命与品牌有关蓄电池的使用寿命与配置有关蓄电池的使用寿命与维护有关蓄电池的使用寿命与环境有关 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 35 -蓄电池曲线 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 36 -故障出现的几率故障出现的几率根据美国根据美国IDCIDC的统计资料的统计资料: :在在UPSUPS输出供电系统的故障中输出供电系统的故障中, ,各种故障出现的几率各种故障出现的几率: : 79% 79%来源于来源于UPSUPS输出与负载之间的供电线路上

15、的故障输出与负载之间的供电线路上的故障（保险（保险“烧毁烧毁”，断路器，断路器“跳闸跳闸”，负载，负载“短路短路”，由，由施工施工/ /老鼠咬所造成的老鼠咬所造成的“开路开路”故障故障等）等） 11%11%来源于来源于UPSUPS和电池组和电池组 其它故障占其它故障占10%10% 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 37 -电池工作原理化学能电能 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 38 -电池结构 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 39 -放电特性 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 40 -UPS电池与通信用电池比较通信用UPS用设计取向长时间、小电流、深放电短时间、大电流放电、

16、浅放电设计寿命10年以上35年铅膏配方长寿命配方，循环寿命长大功率配方，循环寿命短隔板长寿命隔板，较厚大孔径隔板，较薄，小电流深放电易造成枝晶短路，寿命终止。过放电恢复能力板栅合金高锡含量，良好一般密封方式高可靠密封一般容量10小时率20小时率 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 41 -电池容量配置（1）、计算电池放电电流）、计算电池放电电流 UPS容量容量VAUPS输出功率因数输出功率因数放电电流放电电流 = 电池组电压电池组电压V电池逆变效率电池逆变效率（2）根据放电时间要求查表确认容量系数（单位：小时）根据放电时间要求查表确认容量系数（单位：小时）（3）电池容量Q=放电电流I 容量系

17、数C 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 42 -举例（2）现有现有6kVA UPS，100%载，延时载，延时4小时，配多大电池小时，配多大电池？ 6000VA0.7 100%放电电流放电电流= =20. 59A查表：查表：4小时对应系数时间小时小时对应系数时间小时电池容量，故选电池容量，故选100AH电池。电池。 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 43 -UPS电池的计算与选择当当后后备备时时间间小小于于1 1小小时时时时, ,采采用用恒恒功功率率模模式式计计算结果较为准确算结果较为准确(W/cell=(PL2)/(Ve)(W/cell=(PL2)/(Ve)PLPL/(N6)(N6)C

18、-C-蓄电池容量，AhPL-PL-负载功率，WVeVe蓄电池组额定电压，VTT-备用时间，h（小时）-UPS电池逆变效率N N12v12v电池节数。取决于不同电池节数。取决于不同UPSUPS系列的电池电压等级。系列的电池电压等级。6 6每个每个12V12V电池内部有电池内部有6 6个个2V2V单格。单格。-然后通过查表获得最佳电池型号以及并联组数然后通过查表获得最佳电池型号以及并联组数! 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 44 -UPS维护内容1、备板、备件要求UPS的整流PFC板，逆变板、控制板、功率模块，维护开关，易损件（防雷器，风扇等）2、维护形式主要有日常维护、定期例行维护、应急维

19、护3、维护主要内容易损件日常维护进行安全维护、功能/性能维护故障时应急维护 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 45 -日常维护状态检查状态检查 检查检查UPS面板指示灯和蜂鸣器，看是否有告警，确面板指示灯和蜂鸣器，看是否有告警，确认认UPS工作在市电逆变状态；检查工作在市电逆变状态；检查UPS当前和历史当前和历史告警。告警。2.主要易损件检查主要易损件检查 检查风扇运转情况，风扇风速和风向，尤其是高温检查风扇运转情况，风扇风速和风向，尤其是高温处。处。3.环境检查环境检查 1）空调运行是否正常，超过）空调运行是否正常，超过40度应立即解决。度应立即解决。2）机房是否潮湿，超过机房是否潮湿，

20、超过90%应及时排除。应及时排除。3）检查交）检查交流供电是否有超压超频迹象。流供电是否有超压超频迹象。 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 46 -周检维护1.测量并记录输入电压、电流；2.测量并记录充电电压、电流；3测量并记录UPS输出电压、各相电流，并同以前值进行比较，看是否有超载等情况。 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 47 -动环监控截屏 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 48 -年检1）关断UPS，将负载转到维修旁路供电；2）断开UPS的市电输入和电池开关；3）确认UPS整流器输入端、电池连接端、输出端和旁路输入端没有电压；4）打开UPS门盖和保护板；5）检查UPS功率

21、器件和辅助件；特别注意以下部件：电容漏液、变形；电缆和连接头老化、过温痕迹、连接是否牢固；印刷电路板等清洁。6）检查电池后备时间。 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 49 -UPS设备的基本操作1、爱克赛、爱克赛9305的操作的操作2、爱克赛、爱克赛9315的操作的操作3、Best 4000的操作的操作4、SICON系列的操作系列的操作5、爱克赛、爱克赛9355的操作的操作 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 50 -爱克赛爱克赛9305的操作的操作 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 51 -设备开关设备开关 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 52 -菜单操作菜单操作UPS st

22、atus Meters Battery statusAlarm logUPS parametersUPS identificationReset buttonDate/time setDisplay data 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 53 -爱克赛爱克赛9315的操作的操作 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 54 -菜单操作菜单操作Meters EventsStatisticsGraphicsSetup 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 55 -Best 4000的操作的操作 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 56 -Best 4000的操作的操作 中国电信中国电信湖

23、南公司湖南公司 - 57 -菜单操作菜单操作VOLTAGESCURRENTSFREQUENCYALARMSSYSTEM START-UPMODULE START-UPSYSTEM SHUTDOWNMODULE SHUTDOWNTEST 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 58 -SICON系列的操作系列的操作 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 59 -爱克赛爱克赛9355的操作的操作 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 60 -菜单操作菜单操作UPS STATUSEVENT LOGMEASUEMENTSCONTROLSETTINGSIDENTIFICATIONTURN SYSTEMON

24、 ONTURN UPS OFFTUEN SYSTEM OFF 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 61 -蓄电池的容量测试并机冗余系统的测试单机系统的测试小型UPS的测试配置两组以上蓄电池的测试 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 62 -并机冗余系统的测试采用设备的电池测试功能断开其中一台UPS的输入开关断开其中一台UPS的整流器开关 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 63 -单机系统的测试用12V放电电阻逐节检查电池，确保无坏电池。断开UPS的输入开关断开UPS的整流器开关采用在线蓄电池容量放电仪。采用设备的电池测试功能 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 64 -小型UPS的测

25、试 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 65 -配置两组以上蓄电池的测试用直流钳型表测量每组蓄电池电流选择放电电流较小的一组进行容量测试对其他组蓄电池进行评估和测试 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 66 -维护中的注意事项旁路与旁路维修开关的操作蓄电池的更换要点维护工作中防止触电 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 67 -旁路与旁路维修开关的操作非维护需要不要进行此操作要满足旁路操作的技术要求要作好必要的数据备份 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 68 -蓄电池的更换要点采用同一品牌同一型号蓄电池出厂批号接近在市电可靠时进行在无充放电流的情况下进行 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 69 -维护工作中防止触电UPS蓄电池组的电压比较高电池组安装密集维护空间小 中国电信中国电信湖南公司湖南公司 - 70 -完毕！