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变电站UPS的选择及使用过程中的注意事项

发布日期:2017-11-28 点击次数:23

   变电站UPS的选择及使用过程中的注意事项

引言

   UPS主要分为两大类三种形式:一类是后备式,另一类是在线式,还有一种介于两者之间的在线互动式。三种形式输出的交流电源都是经过逆变器重新产生,其电压、波形频率由UPS本身控制,具有稳压、稳频、净化和不间断等功能。

 

一、UPS的详细分类

   UPS一般均指静止式UPS,按其工作方式分类可分为后备式、在线互动式及在线式三大类。UPS按照输出容量大小划分为小容量3kVA以下,中小容量3kVA-10kVA,中大容量10kVA以上。

   UPS按输入/输出方式可分为三类:单相输入/单相输出、三相输入/单相输出、三相输入/三相输出。单相电是指由一根火线、一根零线和一根地线组成的供电系统;三相电是由三根火线、一根零线和一根地线组成的供电系统,其中两根火线之间的电压(即线电压)为380V,而火线与零线之间的电压(即相电压)为220V。对于用户来说,三相供电其市电配电和负载配电容易,每一相都承当一部分负载电流,因而中、大功率UPS多采用三相输入/单相输出或三相输入/三相输出的供电方式。

后备式UPS在市电正常时直接由市电向负载供电, 当市电超出其工作范围或停电时通过转换开关转为电池逆变供电。其特点是:结构简单,体积小,成本低,但输入电压范围窄,输出电压稳定精度差,有切换时间,且输出波形一般为方波。

   在线式UPS在市电正常时,由市电进行整流提供直流电压给逆变器工作,由逆变器向负载提供交流电,在市电异常时,逆变器由电池提供能量,逆变器始终处于工作状态,保证无间断输出。其特点是,有极宽的输入电压范围,无切换时间且输出电压稳定精度高,特别适合对电源要求较高的场合,但是成本较高。目前,35kV变电站广泛使用在线式UPS电源作为事故电源,以保证变电站全站停电或交流停电时可以快速切换到电池供电,保证保护装置、遥信和遥测信息不间断。由于UPS电源电池组始终处于浮充状态,这时因为在线式UPS电源系统具有对各类供电的零时间切换。

在线互动式UPS在市电正常时直接由市电向负载供电,当市电偏低或偏高时,通过UPS内部稳压线路稳压后输出,当市电异常或停电时,通过转换开关转为电池逆变供电。其特点是:有较宽的输入电压范围,噪音低,体积小等特点,但同样存在切换时间。

 

二、UPS的工作方式

1.正常运行方式

不断电系统的供电原理是当市电正常时,机器会将市电的交流电转换为直流电,而后对电池充电,以备电力中断时使用;这里跟各位强调的是不断电系统并不是停电时才会动作,像是遇到电压过低或过高、瞬间突波等,足以影响设备正常运转的电力品质时,不断电系统均会动作,提供设备稳定且干净的电力。

当市电正常供电时,市电经滤波回路后,分为两个回路同时动作,其一是经由充电回路对电池组充电,另一个则是经整流回路,作为逆变器的输入,再经过逆变器的转换提供电力给负载使用;由此可知,在线式不断电系统的输出完全由逆变器来供应,因此不论市电电力品质如何,其输出均是稳定而不受任何影响。

2.电池工作方式

一旦市电发生异常时,将储存于电池中的直流电转换为交流电,此时逆变器的输入改由电池组来供应,逆变器持续提供电力,供给负载继续使用,达到不断电的功能。不断电系统的电力来源是电池,而电池的容量是有限的,因此不断电系统不会像市电一般无限制的供应,所以不论多大容量的不断电系统,在其满载的的状态下,其所供电的时间必定有限,若要延长放电时间,须购买长时间型不断电系统。

3.旁路运行方式

当在线式UPS超载、旁路命令(手动或自动)、逆变器过热或机器故障,UPS一般将逆变输出转为旁路输出,即由市电直接供电。由于旁路时,UPS输出频率相位需与市电频率相位相同,因而采用锁相同步技术确保UPS输出与市电同步。旁路开关双向可控硅并联工作方式,解决了旁路切换时间问题,真正做到了不间断切换,控制电路复杂,一般应用在中大功率UPS上。如果在过载时,必须人为减少负载,否则旁路短路器会自动切断输出。

4.旁路维护方式

UPS进行检修时,通过手动旁路保证负载设备的正常供电,当维修操作完成后,重新启动UPS UPS 转为正常运行。极低的维护率,极大地提高UPS可用性。

三、UPS的性能指标

1.输入电压范围

即保证UPS不转入电池逆变供电的市电电压范围.在此电压范围内,逆变器(负载)电流由市电提供,而不是电池提供。输入电压范围越宽,UPS电池放电的可能性越小,故电池的寿命就相对延长.

2.输入频率范围

UPS能自动跟踪市电、保持同步的频率范围。当切换旁路时,UPS能自动跟踪市电、保持同步可避免因输入输出相位差开甚至反相,引起逆变器模块电源和交流旁路电源间出现大的环流电源而损害UPS

3.输入功率因数

UPS输入端的功率因数。输入功率因数越高,UPS所吸收的无功功率越小,因而对市电电网的干扰就越小。

4.切换时间

由于计算机开关电源,在10ms的间隔时间能保证计算机的输出,因此一般要求UPS切换时间小于10ms,对于在线UPS切换时间为0

5.输出电压稳定度

UPS输出电压的稳定程度。输出电压稳定程度越高,UPS输出电压的波动范围越小,也就是电压精度越高。大部分UPS的电压稳定度大于5%

6.输出电压失真度

UPS输出波形中所含的谐波分量所占的比率.常见的波形失真有:削顶、毛刺、畸变等。失真度越小,对负载可能造成的干扰或破坏就越小。

7.负载峰值因数

UPS输出所能达到的峰值电流与平均电流之比.一般峰值因数越高,UPS所能承受的负载冲击电流越大。

8.三相不平衡能力

对于三进三出的UPS来说,若出现三相的每一相电流不一致,就会造成输出电压的不平衡。具有100%负载不平衡能力的UPS,表示该UPS允许一相输出带满载,而其他两相空载。

9.冷启动功能

在无市电或不接市电的情况下,直接用电池组所提供的直流电压启动UPS的功能。

四、UPS 容量的确定

查阅手册中规定,作为工作电源,UPS的容量应按各类仪表耗电总和的1.2倍计算,考虑备用电源时,可以按1.5倍计算。UPS实际供电容量应是所选择容量的80%,也就是选取1.25的系数。因此,电气专业人员应对仪表用电负荷情况进行校核,系数可按1.15-1.25选取,这样可以保证容量的选择。安时数代表电池容量的大小。电池的额定容量指25℃,以恒定电流放电20小时至终止电压(1.75V/单格),该电流的20倍即为电池的容量。一般用Ah数代表电池的额定容量,用Cn表示。n指几小时放电率,这里为20。有些电池是以10小时放电率计算的,用C10表示。 例:100Ah/12V的电池指该电池以5A0.05C)的电流恒定放电直至终止电压10.5V,可连续放电20小时。 电池放电时间与放电电流不是线性关系,如100Ah电池以100A的电流放电,则支持不了1个小时,只有数十分钟。如以1A的电流放电,则会超出100小时。

 

五、使用UPS应注意的事项

1.UPS的使用环境应注意通风良好,利于散热。并保持环境的清洁。

2.UPS输出插座应明确标识,勿使加入无关负载或短路。

3.切勿带感性负载。如日光灯、空调,以免造成损坏。

4.若用户在市电停电期间使用发电机供电,应保证发电机功率大于两倍UPS额定功率。必须在发电机启动稳定后才能接入UPS

5.开启UPS负载时,一般遵循先大后小的原则。

6.UPS输出负载控制在60%左右为最佳,可靠性最好。

 

六、延长不间断电源系统的供电时间的方法

1.加挂电池箱:优点是可依所需供电时间加挂数组电池箱,但须注意是此种方法会造成电池充电时间相对增加,另外也会增加维护设备、产品体积与成本。

2.选购容量较大的不间断电源系统:此方法不仅可减少维修成本,若遇到负载设备扩充,较大容量的不断电系统仍可立即运作。

 

七、UPS使用中的维护和保养

维护和保养,可以极大地延长UPS的使用寿命。蓄电池是UPS系统中的一个重要组成部分,它的优劣直接关系到整个UPS系统的可靠程度,然而蓄电池却又是整个UPS系统中平均无故障时间(MTBF)最短的一种器件。所以说,对UPS的维护和保养,实际上主要就是对UPS内部的蓄电池的维护和保养。蓄电池的种类一般可分为铅酸电池、铅酸免维护电池及镍镉电池等,它们各自的特点如下:

1.铅酸电池/一般型电池,也称为汽车用电池/需加水维护,期望寿命13年,充放电时会产生氢气,安置地点须设置排风管以免造成危险;电解液呈酸性,会腐蚀金属;价格低廉。

2.铅酸免维护电池/新型电池/无需加水,期望寿命一般为57年,密封式充电不会产生任何有害气体;摆设容易,不需考虑安置地点通风问题,免保养,免维护;放电率高,特性稳定,价格较高。

3.镍镉电池/高级电池用于特殊场合及特殊设备上/需加水,期望寿命2040年,水为介质,充放电不会产生有害气体;失水率低,但需要固定时间加水及保养;放电特性最佳;可放置于任何恶劣环境;价格极高。

影响电池使用寿命的因素有:UPS的使用环境、环境温度、充放电电流、充电电压、放电深度

在这些方面需要注意的是:

UPS的使用环境

UPS应尽可能安装在清洁、阴凉、通风、干燥的地方,这样可以减少有害灰尘对UPS内部线路的腐蚀;还要避免受到阳光、加热器(如冬天用的取暖器)或其他辐射热源的影响。UPS应正立放置不可倾斜角度。

②环境温度

环境温度对UPS电池的影响较大,环境温度过高,会使电池过充电产生气体,环境温度过低,则会使电池充电不足,这都会响电池的使用寿命。环境温度在25℃左右是比较理想的,这样的环境温度对保护装置及电脑主机和显示器也是非常适宜的。

③充放电电流

UPS电池充放电电流一般以C来表示,C的实际值与电池容量有关。举例来讲,如果是100AH的电池,则C100A。充电电流过大或过小都会影响电池的使用寿命。放电电流一般要求在0.053C,UPS在正常使用中都能满足此要求,但也要防止意外情况的发生,如电池短路。

④充电电压

由于UPS电池属于备用工作方式,市电正常情况下处于充电状态,只有停电时才会放电。如果充电电压过高就会使电池过充电,反之会使电池充电不足。

⑤放电深度

放电深度对UPS电池使用寿命的影响也非常大,电池放电深度越深,其循环使用次数就越少,因此在使用时应避免深度放电。虽然UPS都有电池低电位保护功能,一般单节电池放电至10.5V左右时,UPS就会自动关机。但是,如果UPS处于轻负载放电(即UPS在无市电输入的情况下,接入的负载容量远小于它的最大输出负载容量而处于开启状态)或空负载放电(即UPS在无市电输入的情况下,没有接任何负载而处于开启状态)的情况下,也会造成电池的深度放电。

 

八、结束语

  UPS电源在计算机及变电站综合自动化系统中,它的作用有其必然性。所以UPS电源系统在使用一定时间后应进行定期检查,如观察其外观是否异常、有没有比较难闻的气体的味道等,一旦发现异常,应立即停止使用,并联系UPS生产商指定的维修站进行修理,切莫擅自拆开或交给非专业人员维修,以免发生意外;如果长期不停电,UPS电池会一直处于充电状态,这样会使电池的活性变差,因此即使不停电,UPS也需要定期进行放电试验以便电池保持活性。放电试验一般可三个月进行一次,做法是UPS带负载最好在50% 以上,然后断开市电,使UPS处于电池放电状态,放电持续时间视电池容量而言,一般为几分钟至十几分钟,放电后恢复市电供电,继续对电池冲电。

 

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