機(jī)房UPS供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案探討

　  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)量提出了越來越高的要求，由此在通信機(jī)房中安裝UPS(不間斷電源)供電系統(tǒng)變得越來越普遍。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，許多問題又往往是UPS供電系統(tǒng)本身引起的。因此，如何建立～個(gè)合理的、安全的UPS供電系統(tǒng)成為大家關(guān)注的問題。本文將從UPS供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度對(duì)這～問題進(jìn)行探討。

　　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)也有～定的范圍，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。因此，如果通信機(jī)房的前級(jí)電網(wǎng)在電壓范圍上達(dá)不到要求，應(yīng)在UPS前級(jí)配置合適的抗干擾交流穩(wěn)壓電源，但不宜采用電子管型交流穩(wěn)壓器或磁飽和穩(wěn)壓器，因?yàn)檫@兩類穩(wěn)壓器在開機(jī)時(shí)可產(chǎn)生瞬時(shí)高壓，輸出波形失真度也較大，易造成UPS故障。

　　(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，比如經(jīng)常使用的電梯，頻繁開啟的空調(diào)等。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。所以在條件許可下，宜將UPS電源盡可耀于電網(wǎng)輸入的前端。

　　(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。大多數(shù)通信機(jī)房都備有發(fā)電機(jī)組，以解決較長(zhǎng)時(shí)間停電難以供電問題。但在配置發(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。

　　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。一般來說，UPS容量的確定主要是要滿足當(dāng)前負(fù)載的需要，同時(shí)，也要考慮幾個(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，而UPS電源實(shí)際可帶的負(fù)載量是與負(fù)載功率因數(shù)密切相關(guān)的，當(dāng)負(fù)載為純電阻性或電感性時(shí)，逆變器在額定機(jī)在功率下其有功功率將有所下降。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，通常可作這樣的估算：假設(shè)負(fù)載功率因數(shù)為一0.8(滯后)時(shí)UPS額定功率為1KVA，則當(dāng)功率因數(shù)為一 0.9和-1.0時(shí)，輸出功率分別約為0.9-0.92 kVA和0.74-0.77kVA。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)載不宜過大，使其過度輕載運(yùn)行。過度輕載運(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)，電池放電電流過小而放電時(shí)間偏長(zhǎng)，在電池保護(hù)裝置故障時(shí)，電池組被深度放電，而遭永久性損壞。

　　(3)UPS容量不宜過小，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，輸出電壓幅值抖動(dòng)過大。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，所以，即使從經(jīng)濟(jì)角度講也是得不償失。根據(jù)目前一些UPS廠家推薦，UPS負(fù)載量不宜長(zhǎng)期超過其額定容量的80%。

　　(4)對(duì)于通信機(jī)房面積較大，負(fù)載不斷分期擴(kuò)容的情況，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，以使中遠(yuǎn)期負(fù)載容量增大時(shí)，通過UPS并機(jī)擴(kuò)大其輸出容量。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。

　　供電系統(tǒng)的電氣隔離及接地

　　一般來說，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通過內(nèi)部的工頻輸入及輸出變壓器來實(shí)現(xiàn)負(fù)載和電網(wǎng)間的電隔離和電壓匹配，抑制來自電網(wǎng)的共模及差模噪擾電壓，使其不致耦會(huì)到計(jì)算機(jī)電源。此類UPS的輸出零點(diǎn)是取自隔離變壓器次級(jí)Y型繞組的中性點(diǎn)。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)。

　　為了解決通信機(jī)房面積窄小及樓板荷載能力不足問題，近年來，出現(xiàn)了采用高頻鏈結(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^變換元件輸出，一定程度上存在直流高壓過人負(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)偏移問題。中性線與地線間的電壓可達(dá)十幾伏甚至更高，大大超出一些計(jì)算機(jī)廠家的要求。