UPS电源系统在浙江广电集团的应用

【摘要】主要介绍了UPS应急电源系统及浙江广电集团某机房基建装修改造项目中的应用，并提出了维护保养的关键事项。

【关键词】UPS不间断电源系统;监测系统;蓄电池;维护

1、 UPS不间断电源系统

UPS意思为“不间断电源”，是英语“Uninterruptible Power Supply”的缩写，它可以保障计算机系统在停电之后继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘，使您不致因停电而影响工作或丢失数据。它在计算机系统和网络应用中，主要起到两个作用：一是应急使用，防止突然断电而影响正常工作，给计算机造成损害;二是消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”，改善电源质量，为计算机系统提供高质量的电源。按其工作原理分为动态式（又称旋转式ROTATORY TYPE）和静态式（STATIC TYPE）。动态式UPS由引擎与发电机组构成，它是靠交流市电驱动交流电动机旋转，从而带动同轴的交流发电机和惯性飞轮同速旋转运行，由发电机向负载供电。市电波动时由于惯性飞轮对短时间的电压突变干扰无反应，保证了输出电压的稳定;市电断电靠飞轮的惯性将额定电压供电再延长5秒钟，用于保存数据信息。后来发展到内燃机式UPS系统，但这类UPS体积、大噪音大、效率低，在目前应用不多。就目前用得最多的，最常用的UPS还是静态式UPS，现在一般讲的UPS也是指静态式UPS，但在概念上还是应分清楚。

静态式UPS根据供电方式可分为在线式（ON-LINE），后备式（或称离线式，OFF-LINE/BACK-UP）及在线互动式（LINE-INTERACTIVE）三类。

1）在线式（VFI），在市电正常时，它首先将交流变成直流电，然后进行脉宽调制、滤波，再将直流电重新变成交流电源向负载供电;一旦市电中断，立即改为蓄电池通过逆变器对负载供电;因此，在线式UPS电源输出的是与市电网完全隔离的纯净的正弦波电源，大大改善了供电的品质，保护了负载安全、有效的工作。典型厂家有伊顿、爱艾默生等。

2）后备式（VFD），电源在市电正常供电时，市电通过交流旁路通道直接向负载供电，此时主机上逆变器不工作，只是在市电停电时，才由蓄电池供电，经逆变器驱动负载。因此它对市电品质基本没有改变。

3）在线互动式（VI），在市电正常的情下，输入输出信号完全相同，当市电输入信号超过一个范围，对电压和电流进行调整后输出，但输出频率不变，没有市电时由电池直流变交流供给设备工作。典型厂家是APC等。

2、 UPS在项目中的应用

以浙江广电集团某机房基建装修改造项目为例，主要由世界著名的大功率UPS品牌：美国伊顿Eaton公司，美国德克电池公司HR系列原装进口电池组成的2套9395系列400KVA UPS和240只美国德克HR7500ET电池组成的UPS供电系统。

2.1 UPS电源容量及蓄电池的选择

2.2.1 UPS容量选择

配置UPS电源时，要根据设备要求和负载大小确定UPS电源的类型和容量;再根据后备延时时间计算电池的容量和数量。根据机房的负载功率算出UPS的容量，选一个相同或接近容量的UPS，看这个UPS型号就知道它的直流输入电压。确定要后备的时间就可以计算蓄电池的AH容量，根据蓄电池的寿命可以选用12V、6V或2V蓄电池，再根据后备电池的放电电流大小知道直流线缆的大小（每个品牌的蓄电池它的放电功率和放电电流可能有出入的）。

2.2.2 蓄电池的容量选择

电池容量的选择通常按照“恒功率计算法”计算获得：

W=S*0.8/μ*n

W------蓄电池的放电功率（w）

S-------为UPS设备额定容量（VA），即400000VA

μ------为投标产品逆变器满载输出时的逆变效率

n-------为投标产品配置的串联蓄电池数量，由投标产品自身逆变器的逆变电压决定，伊顿9395UPS为40节电池一组。

根据计算得到蓄电池放电功率数值（W）

以上数字由伊顿9395系列UPS产品特性决定的有

μ逆变器效率0.96，串联电池数量为40只

代入公式 W=S*0.8/μ*n=400000*0.8/（0.96*40）=8333w

我们选择的投标产品为美国东宾制造公司生产的DEKA电池HR系列产品，该产品设计浮充寿命10-12年，每格单体放电数据如下：

其中HR7500ET在终止电压为1.75V，30分钟放完时，每单体可放出电为467W，每12V电池单体为6个电池单体组成，即每个12V电池放电数据为2802W.。

当三组电池并联时，2802*3=8406W>400KVA UPS计算值8333W，满足项目需求。

因此每台400KVA伊顿UPS可以选择3组HR7500ET，合计120电池，满足30分钟后备时间需求。

2.2.3 配线选择

合理选择配线是很重要的，线径太细，电流太大，容易发热而引起火灾;线径太粗，则造成浪费。根据金属导线的电气特性，一般多股铜芯线容量为6A/mm ，铝线容量为4A/mm ，确定主机功率后，可以选择配线和空气开关。

3、 DET-BMS智能化蓄电池单体监测系统

DET-BMS智能化蓄电池单体监测系统旨在解决浙江广播电视集团某UPS电源后备蓄电池性能劣化、失效等故障的在线实时诊断和预警告警，建立实时在线网络化直流电源蓄电池安全预警系统。其意义在于：随时掌握电池的运行状况，及时处理电池问题，最大程度地消除因电池“猝死”故障而造成的重大事故隐患。避免盲目更换电池，减少电池更换费用。降低电池现场维护费用。降低电源系统的运行成本。DET-BMS智能化蓄电池单体监测系统涉及浙江广播电视集团某机房内“伊顿9395-400KVA” UPS主机两套，每套配置有12V后备蓄电池3组，每组40个蓄电池单体，共有蓄电池单体240个。DET-BMS智能化蓄电池单体监测系统使用浙江东冠电气科技有限公司自主研发和生产的DET-BMS系统和产品，建设浙江广播电视集团某机房后备蓄电池集中监测、预警系统。其中，采用256个多参数内阻传感器采集单节蓄电池的内阻、电压和温度，经过4个前置处理器（每两组蓄电池一个）将处理好的检测数据通过内部网络（TCP/IP）上传到集中监控中心服务器（数据库和管理平台），通过管理平台处理，将每节蓄电池的运行状态（正常、预警、告警）推送给管理终端。各管理终端通过局域网与集控中心的服务器连接，对所辖后备蓄电池进行监控。

4、 蓄电池的维护及注意事项

尽管使用的是阀控铅酸蓄电池，但从广义来说一定的维护还是必要的。首先它对环境温度要求较高，工作环境一般要求在20℃-25℃之间，低于15℃ 时，其放电容量下降，温度每降低1℃，其容量下降1%，而温度过高（大于30℃）其寿命就会缩短;其次，要防止电池短路或深度放电，深度放电会造成电池内阻增大或充电电压过低从而导致降低甚至失去充电能力，放电程度越深，循环寿命越短;第三，要避免大电流充放电，否则会造成电池极板膨胀变形，使得极板活性物质脱落，内阻增大，容量下降，寿命缩短;第四，由于组合电池电压很高，存在电击危险，因此装卸导电联接条、输出线时应有安全保障;第五，对于不经常停电的地区，建议用户每隔三个月～六个月进行一次人为的断电，让UPS电源或EPS电源在逆变状态下工作一段时间，防止电解液沉淀，以便让蓄电池维持良好的充放电特性，延长使用寿命;第六，搬运电池时不要触动极柱和安全排气阀;第七，不能用二氧化碳灭火器，一旦发生火灾，可用四氧化碳之类的灭火器;第八，不能把不同容量、不同厂家、不同性能的电池联在一起，否则会影响整组蓄电池的性能。

同时，要定期对电池进行检查、测量，并做好记录。检查项目包括：整组电池的浮充电压，单体电池浮充电压，测单体电池电压时，应在电池放电状态下进行，否则测得的结果会是假电压，经验做法是在测量时，万用表两端并联一个1-3欧母的电阻丝;检查电池是否损坏，壳、盖间有无泄漏，表面是否有灰尘等杂物，电池架、连接线、端子是否有松动或锈蚀等。单体电池电压不能低于标称值的70%，判断是漏液还是酸雾的标志是观察极柱是否有液体析出，有液体析出证明 是漏液现象，否则是酸雾，漏液主要集中在蓄电池正、负极接线端子处，酸雾溢出主要是排气阀附近。一旦当发现电池电压异常、物理损伤、电解液泄漏、温度异常 等现象，应找出原因并及时更换有故障的蓄电池。