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什么是UPS?为什么用UPS?

时间:2021-03-16 19:15  来源:未知   作者:admin   点击:

一、UPS种类、功能、原理
(1)什么是UPS
 
UPS-Uninterrupted Power System;利用电池化学能作为后备能量,在市电断电等电网故障时,不间断地为用户设备提供(交流)电能的一种能量转换装置。

(2)为什么用UPS
 
UPS的四大功能:
 
① 不停电功能,解决电网停电问题;
 
② 交流稳压功能,解决网压剧烈波动问题;
 
③ 净化功能,解决电网与电源污染问题;
 
④ 管理功能,解决交流动力维护问题;
 
UPS的主要功能:
 
① 实现电网与用电器之间的隔离;
 
② 实现两路电源的不间断切换;
 
③ 提供高质量电源;
 
④ 电压变换和频率变换功能;
 
⑤ 停电后提供后备时间。
 
(3)UPS种类
 
按工作原理不同,UPS分为:
 
离线式(后备式UPS、互动式UPS)
 
在线式UPS
 
按供电体系不同,UPS分为:单进单出UPS、三进单出UPS、三进三出UPS。
 
按输出功率不同,UPS分为:
 
微型<6kVA
 
小型6-20kVA
 
中型20-100kVA
 
大型>100kVA
 
按电池位置不同,UPS分为:
 
电池内置式UPS(标准机型)
 
电池外置式UPS(长延时机型)
 
按多机运行方式不同,UPS分为:
 
串联热备份UPS(用于中小功率机器)
 
交替串联热备份UPS(中小UPS)
 
直接并联UPS(用于中大功率)
 
按变压器特点不同,UPS分为:高频UPS(高频机)、工频UPS(工频机)
 
按输出波形不同,UPS分为:方波输出UPS、阶梯波(准正弦波)UPS、正弦波输出UPS。
 
(4)UPS系统结构及原理
 
监控平台也是UPS的最重要组成部分之一。
 
UPS的基本原理
 
后备式UPS运行原理
 
有市电时,市电通过开关后直接供给负载,逆变器不工作;另外,市电通过充电器给电池充电。
 
停电后,启动逆变器,把电池储存的能量通过逆变器和开关供给负载。
 
功率等级0.25-2KVA左右
 
互动式UPS运行原理
 
在线互动UPS与后备式比,主要区别在于:逆变器与充电器合二为一;输出通过变压器的抽头跳变,实现分段稳压。
 
功率等级0.7-20kVA左右
 
在线式UPS运行原理
 
不管电网电压是否正常,负载所用的交流电压都要经过逆变电路,即逆变电路始终处于工作状态。
 
功率等级0.7-1500kVA左右
 
Delta变换UPS运行原理
 
Delta变换器和补偿变压器实现稳压功能,主变换器是双向变换器。不能稳定频率。
 
功率等级10-480kVA左右
 
四种UPS的比较
 
(5)UPS供电系统
 
一个完备的UPS供电系统,是由前端配电(市电,发电机,配电柜),UPS主机、电池、后端配电组成,附加后台监控或网络监控软/硬件等单元。
 
(6)UPS监控系统组成 
 
UPS网络监控系统=智能UPS+网络+监控软件
 
网络监控软件含以下三部分:
 
SNMP卡
 
监控台软件
 
安全关机程序
 
UPS监控组网
 
二、UPS品质选择与配置选择
(1)UPS品质选择 
 
UPS-负载:输出/整机指标
 
输出电压标准及精度(220/380VAC±1%)
 
输出频率标准及精度(50HZ±0.01%)
 
输出功率因数(0.7-1)
 
输出过载/抗短路能力(125%额定电流,10min150%额定电流,60s)
 
三相不平衡能力(100%不平衡负载,电压不均衡<±5%)
 
动态响应(100%负载,瞬态电压波动<5%,恢复时间:≤20ms)
 
效率(90-94%)
 
噪音(50-75db)
 
环境指标(温度0~40℃),湿度,海拔<1000米)。
 
UPS整机指标-效率计算
 
UPS各部件效率:SCR整流器99%;IGBT整流器98%、IGBT逆变器效率96%、变压器效率98%,滤波器99%
 
传统UPS的效率:SCR整流(99%)×IGBT逆变(96%)×输出TX(98%)=93%
 
12脉冲传统UPS的效率:输入移相TX(98%)×双SCR整流(98%)×IGBT逆变(96%)×输出TX(98%)=90%
 
新型UPS效率计算:IGBT整流(98%)×IGBT逆变(96%)=94%
 
UPS-电池管理:充电保护(过压及过流充电保护,温度补偿)放电保护(关机截止电压设定及调整,自动脱扣)电池智能化管理(检测和报警)
 
后备时间计算和显示:额定负载后备时间T,75%额定负载1.6T;50%额定负载2.5T;33%额定负载4T
 
充电能力及充电时间:10%~25%额达容量充电能力
 
充电时间计算:T=AH/I充电×(充电效率80%)
 
(2)UPS配置与选择 
 
UPS分类和选择:工作方式:后备式、互动式、在线式;
 
容量:小功率(1~10kVA);中功率(20~60kVA);大功率(80~1000kVA)
 
适用环境:商业级、工业级、电厂专用、车载或船用
 
输出变压器:高频机,工频机
 
配电部分:线缆及开关
 
容量及机型选择:用户负载量,冗余度
 
负载性质:IT类、电感性负载、使用环境-谐波、变压器
 
机房配电设计:进线方式,机型成本及竞争优势。用户负载量;UPS输出冗余度(70~80%)负载峰值因素(3:1)不能超过逆变器过载能力负载视在功率(KVA)不能超过UPS额定功率*功率因素折算系数三相负载不平衡度<30%。
 
恶劣的电气和物理环境:供电线路电压/频率波动、浪涌冲击、峰值下陷、高频干扰,环境温湿度不稳、粉尘、腐蚀等。
(3)电池计算和配置
 
精确计算:恒功率计算法
 
截止电压确定: 1.67V/cell<放电30分钟;1.75V/cell放电30~60分钟;
 
1.83V/cell>放电60分钟。计算每个Cell电池恒功率数据,根据厂家恒功率放电数据表选择满足计算结果的电池规格。
 
配电部分:线缆及开关
 
输入开关容量及线缆规格:
 
三相电工速算法:输入电流(A)=1.8XKVA,开关系数X1.2
 
单相电工速算法:输入电流(A)=5XKVA,开关系数X1.2
 
输出开关容量及线缆规格:
 
三相电工速算法:输出电流(A)=1.5XKVA,开关系数X1.2
 
单相电工速算法:输出电流(A)=4XKVA,开关系数X1.2
 
电池开关容量及线缆规格:放电电流(A)=kVACos/U电池电压开关系数(X1.2)
 
电缆长度与压降:如70mm线阻0.26Ώ/km
 
零线及地线规格:零线=1~1.5倍相线,地线=相线
三、UPS基础维护
(1)UPS维护的一般要求 
 
UPS主机现场应放置操作指南,指导现场操作。
 
UPS的各项参数设置信息应全面记录、妥善归档保存并及时更新。
 
检查各种自动、告警和保护功能是否正常。
 
定期进行UPS各项功能测试。
 
定期检查主机、电池及配电部分引线及端子的接触情况,检查馈电母线、电缆及软连接头等各连接部位的连接是否可靠,并测量压降和温升。
 
经常检查设备的工作和故障指示是否正常。
 
定期查看UPS内部的元器件的外观,发现异常及时处理。
 
定期检查UPS各主要模块和风扇电机的运行温度有无异常。
 
保持机器清洁,定期清洁散热风口、风扇及滤网。
 
定期进行UPS电池组带载测试。
 
各地应根据当地市电频率的变化情况,选择合适的跟踪速率。当输入频率波动频繁且速率较高,超出UPS跟踪范围时,严禁进行逆变/旁路切换操作。在油机供电时,尤其应注意避免该情况的发生。
 
UPS应使用开放式电池架,以利于蓄电池的运行及维护。
 
(2)UPS维护项目及周期表
 
UPS日检项目:
 
主要内容有:检查控制面板,确认所有指示正常,所有指示参数正常,面板上没有报警;检查有无明显的高温、有无异常噪声;确信通风栅无阻塞;调出测量的参数,观察有无与正常值不符等。
 
UPS周检项目:
 
周检的主要内容有:测量并记录电池充电电压、电池充电电流、UPS三相输出电压、UPS输出线电流。如果测量值与以前明显不同,应记录下新增负荷的大小、种类和位置等。
 
UPS月、季、年维护项目:
 
UPS电源的电池管理
 
电池是UPS的重要组成部分,在UPS的诸多故障中,有很大比例是由于电池问题引起的,电池性能的好坏直接影响到系统的可靠性。为了保证电池的服务寿命,除了维持正常温度和日常的维护外,电池的自动管理是至关重要的因素。
 
UPS电源对电池自动管理包括自动均浮充转换控制、电池预告警关机、定期自动维护、手动电池自检等多项可提高电池使用寿命的先进功能,同时还具备电池故障检测、电池放电后备时间预测及电池特征曲线管理。
 
(3)自动均、浮充转换
 
电池充电过程能自动根据电池电流实现均充、浮充自动转换,设定的均充转浮充判据为:I≤0.01C。
 
电池浮充电压温度补偿:(以2V电池为例)
 
电池在浮充状态下,浮充电压可以根据温度进行补偿,温度补偿以20℃为中心点,在10℃-40℃内全补偿,计算公式:
 
温度T>40,T=40;若T<10,T=10
 
电池平均单体电压应调节为:V=V0+(20-T)×0.003
 
  其中,V0为电池厂家给定的在20℃下的单体浮充电压,可以根据不同电池在初次上电时进行设置,默认为2.23V。对均充电压不补偿,默认的单体均充电压为2.35V。
 
均充限时:
 
  如果连续12小时处于均充状态,控制系统将强制转浮充状态,此设置的条件是均充时间达到设定值时,自动转为转浮充状态。
 
放电管理:
 
  设置电池放电的截止电压为每单体电池1.8V,实际截止电压会随电池老化程度不同而在此值附近向下浮动,截止电压为每单体电池1.8V的选取,已经考虑到了大功率放电情况下电池容量的衰减。
 
UPS电池自动测试:
 
UPS蓄电池的容量测试可人工测试或利用UPS的电池自动测试功能实现。人工测试的方法可参考直流供电系统中蓄电池的容量测试方法进行。下面对UPS的自动测试功能进行介绍。
 
  该测试只有在以下情况下才能进行:
 
  逆变器在运行;
 
  逆变器不超载;
 
  备用电源(旁路供电)存在并且符合要求;
 
  逆变器与旁路电源同步;
 
  电池必须充足电。
 
  UPS电池自动测试功能根据以下三点设置:
 
  时间间距(测试周期可设定为10天―150天)
 
  电池自动测试的日期和时间
 
  电池有问题时默认的报警方式
 
  启动电池测试时,整流器电压将下降到电池组额定电压以下,而在逆变器关机电压以上,如果电池在规定负载和规定时间内可以按要求放电,UPS就给出一个肯定的信号,表明电池是好的;如果电池在规定负载和规定时间内不能按要求放电,UPS就给出一个否定的信号,表明电池需要更换。但这时由于整流/充电器电压大于逆变器关机电压值,故整流/充电器电压仍然向逆变器供电,使输出电压并不间断。
 
(4)UPS常见故障处理
 
1、市电有电时,UPS出现市电断电告警。可能原因:
 
1)市电输入空开跳闸。
 
2)输入交流线接触不良。
 
3)市电输入电压过高、过低或频率异常。
 
4)UPS输入空开或开关损坏或保险丝熔断。
 
5)UPS内部市电检测电路故障。
 
处理方法:
 
1)检查输入空开。
 
2)检查输入线路。
 
3)如市电异常可不处理或启动发电机供电。
 
4)更换损坏的空开、开关或保险丝。
 
5)检查UPS市电检测回路。
 
2、市电正常时,UPS输出正常;市电断电后,负载也跟着断电。
 
可能原因:
 
1)由于市电经常低压,电池处于欠压状态。
 
2)UPS充电器损坏,电池无法充电。
 
3)电池老化、损坏。
 
4)负载过载,UPS旁路输出。
 
5)负载未接到UPS输出。
 
6)长延时机型的电池组未连接或接触不良。
 
7)UPS逆变器未启动(UPS面板控制开关未打开),负载由市电旁路供电。
 
8)逆变器损坏,UPS旁路输出。
 
处理方法:
 
1)在市电电压正常时对电池充足电,启动发电机对电池充电,在UPS输入端加稳压器。
 
2)检查充电器。
 
3)更换电池。
 
4)减少负载。
 
5)将负载接到UPS的输出。
 
6)检查电池组是否接对、接好。
 
7)启动逆变器对负载供电(打开面板控制开关)。
 
8)检查逆变器。
 
3、UPS无法启动。
 
可能原因:
 
1)电池长期放置不用,电压低。
 
2)输入交流、直流电源线未连接好。
 
3)UPS内部开机电路故障。
 
4)UPS内部电源电路故障或电源短路。
 
5)UPS内部功率器件损坏。
 
处理方法:
 
1)将电池充足电。
 
2)检查输入交流、直流线是否接触良好。
 
3)检查UPS开机电路。
 
4)检查UPS电源电路。
 
5)检查UPS内部整流、升压、逆变等部分的器件是否损坏。
 
6)UPS在正常使用时突然出现蜂鸣器长鸣告警。
 
可能原因:
 
1)用户有大负载或大冲击负载启动。
 
2)输出端突然短路。
 
3)UPS内部逆变回路故障。
 
4)UPS保护、检测电路误动作。
 
处理方法:
 
1)负载投入时按先大后小的顺序,增大UPS的功率容量。
 
2)检查UPS的输出是否短路。
 
3)检查UPS逆变器。
 
4)检查UPS内部控制电路。
 
5)UPS工作正常但负载设备异常。
 
可能原因:
 
1)UPS输出零地电压过高。
 
2)UPS地线与负载设备地线没接在同一点上。
 
3)负载设备受到异常干扰。
 
处理方法:
 
1)检查UPS接地,必要时可在UPS的输出端零地间并一个1-3kΩ电阻。
 
2)将UPS地与负载地接到同一个点上。
 
3)重新启动负载设备。

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