UPS电源系统方案

1、六、 不间断电源系统6.1系统简述UPS（Uninterruptible Power System ），即不间断电源系统，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。 电气工程中配电系统是

2、信息系统基础设施中关键环节，一旦系统断电将产生不可估量的损失。由此可见，机房UPS在机房建设中显得尤为重要。方案中提及的UPS及不间断电源系统，它以蓄电池组为逆变电源，通过UPS内部的直流逆变器转换为交流电，通过电源双切换装置，在市电断电后数毫秒内迅速切换，达到不间断供电的目的。6.2需求分析南昌博兰泽国际大酒店共计楼层23层，其中地下1层地上22层。1-5层为裙楼，设置酒店各功能用房；塔楼为6-22层，均设置客房，其中，会议室共计4个，1个小型会议室，2个中型会议室，1个大型会议室。中小型会议室设置在酒店3层，大型会议室设置在酒店4层。6.3设计原则方案设计中充分考虑可能完善的整体规划，围绕

3、当前应用需求的特点,本着实用与发展相结合的总体原则，以满足目前的应用为出发点，合理优化设计方案；并兼顾未来的应用需求和发展，为系统在技术上提供有效的平滑过渡环境。先进性：采用国内外最先进数字信号技术、RF高频调制技术等，确保信号清晰、失真率低。科学性：采用高可靠性中频残留边带声表面波滤波器，多种锁相方式等，科学控制频道的抑制度、平坦度、调制度，使信号调制稳定、可靠，不出现交互调、互相干扰现象发生。稳定性：采用稳定可靠的视音频器件，保证高载噪比、高可靠性和操作简单。系统建成后，能长期稳定、可靠地运行。经济性：尽量利用现有资源，减少布线，节省酒店开支。在满足系统基本需求情况下，保证较优的性能价格比

4、。可扩展性：系统的所用设备均采用冗余性产品，便于今后的扩展，系统在完成后需要增加用户时，不需要对原系统进行更改，只需增加设备即可。兼容性：建成后存在良好的兼容性，系统具备传输交互信息的能力，可实现不同阶段系统兼容，满足用户多方面的需求。6.4设计依据本方案的实施严格按照最新国家公布的相关设计规范、验收规范进行，常用的部分国家规范及标准罗列如下：Ø GB/T50314-2000 智能建筑设计标准Ø JGJ/Tib-92 民用建筑电气设计规范Ø GB/T 22473-2008 储能用铅酸蓄电池国家标准Ø GB/T7261-1987 继电器及继电器保护装置基本

5、实验方法Ø GB/17478-1998 低压直流设备的特性及安全要求Ø GB2423-95 电工电子产品环境试验规程Ø GB4858-84 电气继电器的绝缘试验Ø GB6126 静态继电器及保护装置的电气干扰试验Ø GB7261 继电器和继电保护装置基本试验方法Ø GBJ16-82 高层民用建筑设计防火规划Ø GBJ16-37 建筑设计防火规范Ø GB/T17626.5 浪涌(冲击)抗扰度试验Ø GB/T17626.6 射频场感应的传导骚扰抗扰度Ø GB/T17626.8 工频磁场的抗扰度试验&

6、#216; GB50171-92 电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范Ø GB50062-92 电力装置的继电保护和自动装置设计规范Ø DL/T459-2000 电力系统直流电源柜订货技术条件Ø DL/T5120-2000 小型电力工程直流系统设计规程Ø DL/T856-2004 电力用直流电源监控装置Ø GB7450-87 电子设备雷击保护导则Ø GB4843-85 信息技术设备包括电气设备的安全6.5系统总体设计6.5.1设计思想采用2台200KVA的并机冗余的方案，采用市电和柴油发电机双线路输入,并配置专用的STS

7、互投柜,随时切换输入市电,同时为了保UPS电源不间断的工作,当其中一路市电掉电后,另一路发电机电瞬间切换过来继续为UPS电源供电.本方案采用山特电源的ARRY系列UPS电源设计。配电系统是信息系统基础设施中关键环节，一旦系统断电将产生不可估量的损失。正因如此，机房UPS在机房建设中显得尤为重要。所谓的UPS及不间断电源系统，它以蓄电池组为逆变电源，通过UPS内部的直流逆变器转换为交流电，通过电源双切换装置，在市电断电后数毫秒内迅速切换，达到不间断供电的目的。UPS电源、市电电源、UPS市电切换柜，构成了电子信息类产品机房建设不可或缺的基础设施。APC是动力系统设计与管理的经验集大成者，拥有业界

8、最宽、最完整的电气电子产品线，拥有业界领先的电气技术、研发、产品制造及服务平台。为用户关键业务提供高可靠性的的供电方案和先进的电源管理。本方案中，我们选用美国APC系列SY200160H 200kVA的UPS。本方案中，采用柴油机+UPS的方式构成UPS配电系统，其拓扑结构如下。6.5.2系统组成系统主要由UPS主机、蓄电池组、柴油发电机、互投柜及其周边配电柜（箱）等辅助设备组成。蓄电池组与UPS主机相连，逆变成电力系统所需的交流电；柴油机输出与UPS输出进入互投柜进行STS电气自动切换。6.5.3系统设计本系统采用2台200KVA的UPS主机构成并机冗余，采用市电和柴油发电机双线路输入,并配

9、置STS互投柜,随时切换输入市电,同时为了保UPS电源不间断的工作,当其中一路市电掉电后,另一路发电机电瞬间切换过来继续为UPS电源供电.本方案采用山特电源的ARRY系列UPS电源设计。本方案中，我公司为机房提供的方案为美国APC系列主机，该系列UPS电源主机可最大限度地满足可靠性的冗余。采用双机并联的UPS主机冗余系统具有最高的可靠性，理论上可达到单机MTBF的56倍。我们选用APC系列SY200k160H 200kVAUPS的单机MTBF为大于500,000小时，1+1并联UPS系统的MTBF至少可达到1,000,0001,200,000小时。并机有两种方式，一种是公用旁路式（俗称并机柜式

10、）；另一种为分散旁路式（俗称直接并联式）。由于公用旁路式（俗称并机柜式）并机存在旁路柜单点故障，现在的UPS并机系统基本被分散旁路式（俗称直接并联式）并机所替代。我们建议采用2台200kVA的APC系列UPS的1+1的直接并联UPS组成一套交流不间断集中供电系统为所有网络、存储设备负载供电。其工作原理如下：并机通讯板用于两台UPS逆变器的通讯，保证两台UPS的输出同频、同相、同幅，并机环流1A，输出幅值的不均匀度1%。正常工作时，两台UPS共同承担所有负载并自动将负载均分到每台UPS，即1+1并机系统的单机承担50%的总负载。当其中一台UPS出现故障时（如逆变器故障），该UPS自动退出并机系统

11、另一台UPS承担100%的总负载；若该台UPS逆变器出现故障或由于负载超载等原因时，UPS自动处于交流旁路工作状态（APC系列UPS采用双路静态开关，可确保该切换动作在4ms内完成），使负载处于市电供电状态。当系统需要维修或需要扩容时，先将UPS系转到自动交流旁路工作状态，再将UPS的总输出开关断开，合上外置维修旁路开关，此时UPS系统退出供电，负载由人工外置维修旁路供电。本系列UPS最多可由6个单机系统组成“1+N”系统，以达到提高系统容量或可靠性，或既提高系统容量又提高系统可靠性的目的。并联的各UPS单机均分负载消耗的功率，由此大大提高电气系统的容灾能力。并联UPS的软件和硬件与单机模式完

12、全一致，并机系统的配置可通过参数设置软件实现。并机控制电缆形成闭环连接，为系统提供可靠性和冗余。双母线控制电缆连接在两个母线的任两个UPS单机之间。智能并机逻辑为用户提供最大的灵活性。例如，可按任意顺序关闭或启动并机系统中的各单机。可实现逆变供电模式和旁路模式之间的无缝切换，并且可自动恢复；即过载消除后，系统会自动恢复至原来的运行模式。可通过各单机LCD查询并机系统的总负载量。后台监控软件选件可对各单机分别进行监控，也可将整个并机系统视为一个单机系统进行监控。两台及以上单机UPS并机运行组成的UPS系统相当于一个大的UPS系统，具有更高的系统可靠性。为了保证各单机使用度相同并符合相关配线规定，

13、应满足：所有单机必须容量相同并接至相同的旁路电源。旁路和整流输入电源必须接至相同的中线输入端子。如安装漏电流保护器件（RCD），必须正确设置并安装于共同的中线输入端子前或该器件必须监控系统的保护地电流。所有UPS单机的输出连接到共同的输出母线上。对于由3个或更多单机并联组成的系统，提供无源旁路均流电感选件。6.5.4电力负载分配设计在本方案中，经我公司技术工程师对酒店情况的了解，综合用户意见及整体性价比，为用户推荐美国APC三进三出200KVA UPS主机2台并机作为作为电源后备供电方案，根据系统后备2小时来配置电池。推荐配置方案如下：1、蓄电池配置电池容量计算及配置方法(40KVA单台后备3

14、.5小时)电池容量C=（P*T）/(U*K)=(40000VA*0.8*2H)/(360V*0.94*0.95)199AH其中，C- 电池容量P- 有功功率T-时间U- 电池组直流电压- UPS效率K- 功率因数(12V*120节*100mAh*0.85)/(0.8*40KW) = 3.85h由此，满足机房停电时候后备3.5小时的电源配电要求。由APC系列UPS 200机头性能参数表查得：机头直流电压为360V，采用12V电池单体为30只一组，机器功率因数为0.8，电池逆变效率为94%，电池放电系数为95%。根据以上公式原理得出后备两小时需配置199AH电池一组，但199AH电池为非标型号，那

15、么我们在常规配置中采取最接近用户要求后备时间的配置方法，在此次方案中我公司选用12V100AH电池二组，每组30只。2、电气连接导线配置20kVA30kVA40kVA60kVA电流(A)电缆(mm2)电流(A)电缆(mm2)电流(A)电缆(mm2)电流(A)电缆(mm2)电池562584351123516850旁路37165625742511235输出37165625742511235输入44166625882513235中线25353550地线16162525lAPC系列UPS的功率电缆按照3-5A/mm2的电流密度进行配置，同时电缆上的最大电压降不大于3V。UPS电源系统的中线有旁路电源输

16、入中线、UPS电源输出中线，其截面积应当为相线电缆截面积的1.5-1.7倍。UPS电源系统中有安全保护地线和防雷地线，其截面积应当为相线电缆截面积的0.5-1.0倍。但截面积不小于6mm2。6.6系统硬件选型6.6.1UPS主机选型方案中我们选用200KVA UPS主机，从市电和柴油发电机两路提供的电源到UPS主机并机运行。UPS采用优质钢板制成，附带液晶可触摸显示屏，中英文操作界面。该机器外观见下图，主要技术参数如下：Ø UPS电源类型：在线式UPSØ 额定功率：200KVAØ 功率因数：0.9Ø 转换时间：0msØ 电池类型：外接电池

17、16; 标称后备时间：视外接电池容量而定Ø 输出电压：220V（1±1%）VØ 输出电压频率范围：50（1±0.1%）HzØ 输入电压：176-276VØ 输入电压频率范围：46-54HzØ 电源输出插座：无Ø 工作噪声：55dB6.6.2蓄电池选型蓄电池选用中达电通生产的端电压为12V免维护蓄电池，在实际工程应用中，常常将多个独立的蓄电池用导线正负极首尾依次连接构成电池组来使用。如图所示，通过UPS主机标称值的直流电输入电压来串联合适数量的蓄电池个数，串联的总电压与UPS主机一致后接入主机，使设备可正常运行。上图

18、是我公司过往UPS系统施工案例的图片，其主要技术参数如下：Ø 端电压：12VØ 电池容量：100mAhØ 电量效率：80%Ø 自由放电率：1.7-2.2%Ø 使用寿命：约2.5年Ø 放电终止电压：约1.8V6.6.3柴油发电机选型柴油发电机组的界限尺寸、安装尺寸及连接尺寸均符合规定程序批准的厂品图样。机组的焊接应牢固，焊缝应均匀，无焊穿、咬边、夹渣及气孔等缺陷，焊渣焊药应清除干净；漆膜应均匀，无明显裂缝和脱落；镀层应光滑，无漏镀斑点、锈蚀等现象；机组紧固件应不松动。柴油发电机的电气安装应符合电路图，机组的各导线连接处应有不易脱落的明显

19、标志，应有接地良好的端子，绝缘电阻和绝缘强度。绝缘电阻：各独立电气回路对地及回路间的绝缘电阻应大于2M。绝缘强度：机组各独立电气回路对地及回路间应能承受交流试验电压1min，应无击穿或闪烁现象。回路电压100V，试验电压750V；回路电压100V，试验电压1440V 。柴油发电机组的相序要求，其控制屏接线端子的相序从控制屏正面看应自左到右或自上到下排序。柴油发电机维持准备运行状态要求。机组应具有加热装置，保证其应急启动和快速加载时的机油温度、冷却介质温度不低于15。自动启动供电和自动停机的可靠性检查。接自控或遥控的启动指令后，柴油发电应能自动启动。机组自动启动后第3次失败时，应发出启动失败信号

20、；设有备用机组时，程序启动系统应能自动地将启动指令传递给另一台备用机组。从自动启动指令发出至向负载供电的时间应不超过3min。柴油发电机自动启动成功后，首次加载量应不低于50%标定负载。接自控或遥控的停机指令后，机组应能自动停机；对于与市电电网并用的备用机组，当电网恢复正常后，柴油发电机应能自动切换或自动停机，其停机方式停机延迟时间应符合产品技术条件规定。自动启动成功率不小于99%。空载电压整定范围要求不小于95%-105%标定电压。自动补给功能要求应能自动向启动电池充电。自动保护功能要求机组应有缺相，短路（不大于250KW），过电流（不大于250KW），过速，水温缸温高，油压低保护。线电压波

21、形正弦畸变，在空载标定电压，标定频率下，线电压波形正弦畸变率<5%。电压稳态调整率 250KW 为3%；250KW 为2%6.6.4电源切换柜选型电源采用IKWS-I智能型手动操作器。具有远程和本地控制方式，实现无扰动切换；标准通讯接口（4-20mA），上下位机通讯方便可靠。具有手动（就地盘面调节），自动（DCS远程调节）调节功能。整定参数全部可由本机或上位机实现，以及实现相互之间控制的切换和封锁；数字式多参数显示，操作简便、直观，方便操作工人的操作。具有过电流保护功能,全数字化操作；自动完成正常调功方式和动态分步调压方式的无扰动转换；操作采用仪表结构，而控制采用模块结构。因此结构简单，便于检修和维护。具有软启动和软关断的功能。在缺相时，不影响其它两相