柴油发电机与UPS配合完善机房供配电系统

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播送电视台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，根底设施不完善，电力负 荷重，不太稳定，大楼的供电质量无法得到有效保障。 而随着广电事业开展以及平安播出要求提高，不允许 机房出现停播事件。 机房配有一台长延时 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，这使平安播出存在着严重隐 患，稍有不慎就

2、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，保障节目的平安优质播 出。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 输出电流均为总负载电流的一半，假设 N 台 UPS 并联， 那么每台 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，

3、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，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。12 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， 但在新区，根底设施还不完

4、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。13 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。11 UPS 冗余连接方案此方案又分为两种，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

5、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 一般为 UPS 最大输出功 率的 1015，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

6、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，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。14 双路市电柴油发电机UPS 方案这种方案综合了第 2、3 种方案的优点

7、，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永磁发电机鼓励式两种。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

8、比较明显；后者 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52021 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 25， 采用 PMG 励磁方式的发电机时， 功率比取 112125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， 但这种发电机一般功率都很大， 到达数百 kVA 以上，机房容量远小于此。 假设选用这种发电机势 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

9、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 TH4105ZD，额定功率56kW；发电机为

10、三相交流同步发电机，型号 STC50， 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。 因发电机启动后主要负载为机房设施，只要机房负载 平衡了，发电机就根本可保持平衡；而机房 UPS、稳压 器本来就为三相供电，只需将机房空调全部采用三相 供电，再把各楼层用电负荷均分在三相电上，就可做 到发电机的三相负载平衡。自动切换开关采用智能双电源自动切换系统 DTSQ1RG， 它适用额定电压 1000V 以下， 额定电流2000A 以下，能实现常用电源和备用电源之间的自动 切换也可设置为手动切换。 它

11、的控制器可同时对两 路供电进行检测，对过电压或欠、失电压进行判断，微 处理器通过延时电路驱动电动装置实现合闸或分闸， 过、欠电压参数都可调节，检测结果可在 LCD 显示屏 上显示，并可通过串口与计算机相连，用软件进行控 制。据本地气象资料统计， 新大楼所在地属强雷区， 因此把好防雷关对构建一个完备的供电系统意义重 大。 为了最大限度地减低雷电对供电系统的危害，在 新大楼自身所建避雷铁塔及避雷带的根底上，我们在 供电端采取了以下措施：首先进入变压器的高压电缆 及从变压器进入配电房的低压电缆都通过地埋方式 处理，以减少雷电感应；在变压器高、低压侧分别安装 避雷器， 然后在配电房内 ATS 切换器前

12、后各装有一 套三相电源防雷箱， 分别为 JDA61 标称雷电通流100kA， 残 压 小 于 13kV 及 JD A60 标 称 雷 电 通 流60kA， 残压小于 12kV； 最后在供电线路进入机房 后， 于稳压器前再安装一套三相电源防雷箱 JDA22标称雷电通流 40kA，残压小于 12kV。 再加上自动 切换器、配电柜自身所配避雷器及稳压器、UPS 所具下转第 128 页方案实施3整个机房的配电系统由以下几项构成：市电变压器、发电机组、ATS 自动切换开关、配电设施、稳压器、UPS、避雷设施。机房 UPS 型号为 310S，三相输入， 单相输出， 标 准负荷 10kVA，输入电压在 30

13、4478VAC 之间， 输入频率 46555Hz， 输入功率因数095，输出电压为2203，输出频率误差05，满载时 THD失真度5，总体性能参数不错，能较好地适应发电机所输 送电力。当 UPS 进入由发电机供电时会遇到一个特殊问 题： 柴油发电机所送出的交流电电压电流不够稳定， 频率也会出现漂移，假设这些不稳定因素万一超出 UPS 调控范围，很可能出现两种情况：一是 UPS 进入旁路 状态，将不稳定的电力直接供给给机房设备，这种情 况对设备来说很有可能是灾难性的，缺乏了有效的保 护，设备损坏的可能性相当大；另一种情况是 UPS 禁 止旁路，转为电池供电，这样就会造成电池放电过度， 大大缩短寿

14、命，而且最终造成电力供给中断，设备中 止运行，而对于现在的广电中心机房来说，这是决不允许的。 因此，在电力进入 UPS 前，又添置了一台15kVA 的 广 电专用数字式稳压器 SBW S GD 15kVA，这样有助于使 UPS 正常工作，即使出现旁路 情况，设备也受到保护。 因为 UPS 这类非线性负载会 向发电机反射大量的高次谐波，这些谐波对发电机的会议室配置高性能 PC、视频采集卡、会议摄像头和会议终端软件。 在召开视频会议时，采用基于 Windows的操作界面进行会议的各项设置和管理。软件的视频会议系统产品大局部是按自己的体 系结构 即自己私有的协议标准 基于 IP 网络开发终端的房间才

15、可以召开视频会议。在功能方面：软件视频会议系统具有硬件视频会 议系统无法比较的数据操作功能，如电子白板、文档 共享、Web 共享、协同浏览、桌面共享、遥控共享、协同 遥控、快照共享，文字讨论、私聊功能等操作。 而硬件 视频会议系统，几乎没有数据操作功能。在维护费用方面： 基于硬件的视频会议系统，主 要是依赖于硬件产品的质量好坏，如果硬件的某个部 件出现问题， 可能导致整个视频会议系统的崩溃，用 户又必须重新购置一次价格昂贵的硬件产品。 而软件 平台的崩溃，无须任何费用，重新安装一下软件平台的 。这 种 软 件 系 统 按 C S 或 B S 模 式 ，基 本 上 由Client Browser

16、 端、Server 端和网络传输三局部组成。硬件视频会议系统和软件视频会议系统比较4在音视频效果方面：软件视频会议系统采用了先进的 MPEG4 软件编解码，即使在非常小的带宽下也 可以获得连续的高质量的图像和声音效果。 目前硬件 视频会议系统正在研发基于 H323 的、H264 的视频 编码就是采用 MPEG4 的标准和标准。在网络要求方面：软件视频会议系统可以使用用 户现有的网络环境。 适合于从 56kb s 的拨号、ADSL， 专线，或者其他方式接入的网络环境，适应所有的代 理效劳器和防火墙，可以满足不同网络环境需求。 而 硬件视频会议系统一般需要 384kb s 以上的独立线 路或者专网

17、，解决防火墙问题复杂，本钱高。在灵活性方面：软件视频会议系统与会者可以使 用联网的任何一台 PC 机， 甚至与会者可以在火车上 采用笔记本电脑无线接入参加远程视频会议。 而硬件 解决方案不够灵活，视频会议终端一般部署在固定的 会议室，与会者开会必须到这个安装有硬件视频会议和会议软件即可。这是硬件产品望尘莫及的。结论5虽然软件系统在音、视频的稳定性上与硬件系统还有一定的差距，但是软件的视频会议系统随着网络 的开展其性能的提高具有很大的潜力，并且因为其使 用灵活方便，容易升级、维护，价格低廉等优势，软件 视频会议系统在未来具有很宽广的开展平台。 就目前 而言，大型的企业公司、高校科研机构、政府部门

18、为了 追求完美的视频会议效果，可以选用基于硬件实现的 视频会议系统。 对于中小型企业公司为了满足企业内 部会议沟通和培训的需求，本身对视频会议的效果要 求又不是很高， 使用价格相对廉价的软件解决方式， 也可以很好地满足其需求。 蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉蒉上接第 126 页有的抗冲击功能，雷电对设备已无法造成危害。 所有 这些措施都离不开良好的接地，大楼在建设初期就建 了一个很大的钢筋网作为接地体深埋在地下，整栋大 楼的框架那么与这个接地体连为一体，接地良好，通过 屡次实测，接地电阻都小于 1。 因此我们利用大楼框 架作为接地点，使所有设施都有了良好的接地，并将 变压器在大楼院内的接地体与大楼连在一块，电力 电缆的金属护套两端均做到良好接地。 通过这些措 施，整个供电系统就得到了有效的保护。我们将所有设施按图 5 所示连接组合起来，市电 接 ATS 常用电源，发电机接 ATS 备用电源，输出电力 接入配电柜， 再分配给各楼层及机房 单独专线供 电。 ATS 平时输出市电，一旦停电，机房先由 UPS 给 设备供电，同时启动发电机，待发电机运行稳定后，将其电