UPS电源工作原理及UPS并机应用

UPS 电源工作原理及 UPS 并机应用来源 :民航重庆空管站 重 庆 袁 煦 401120 作者 :祝 厕 上网时间： 2008-03-06 点击： 1 本栏由山特电子赞助 ,山特 UPS 是中国驰名商标摘 要 本文主要介绍了 UPS 系统基本组成和各模块功能、设备故障时的工作情况，主从热备份并机应用及预防故障和发生故障的操作规程，以此提高 UPS 应用水平，减少事故的发生。关键词 UPS 蓄电池 主从热备份为配合雷达管制的需要，重庆空管站先后引进了 THALES~ 次雷达和 Telephonics 航管 自动化 系统， 提升了硬件设备设施的保障力量。 在此情 况下，为设备正常运行提供动力支持的供电系统 也凸显重要地位，因为供 电系统的正常与否不仅 关系到设备的运行安全，更关系到管制工作的 利展开。在供电系统中， UPS( 不问断电源 ) 是 至关重要的一个环节，它是负载和供电干线之间 的连接，解决了市电中断或瞬时变化对负载产生 的不 良影响，保证连续地和稳定地向负载供电，是预防突发事件的一个缓冲点。一 UPS 系统基本组成和各模块的功能 UPS 是在市电断电或电压波动出现时，能够不间断地为负荷提供电源，同时它还具有电源净 化功能，能够将诸如：电压浪涌、电压尖峰、电 压瞬变以及噪声电压等过滤掉，保护所带负荷正 常工作。我站采用的是 BEST S4000 型 UPS ，其基 本供电单元是交流／直流／交流变流器，主要由整 流器、蓄电池、逆变器、静态开关、静态旁路、 维修旁路功能模块组成，其功能如下：l 、整流器整流器采用了三相／六脉冲方式整流，将不 稳定的三相交流市电电源整成直流的器件。市电 经整流后主要作为逆变器电源，同时提供给电池 组作为浮充或均充电源。整流器是恒流恒压设 计，当充电电流达到指标极限时将 自动调节充电电压，防止对电池造成过充。2 、蓄电池蓄电池组是 UPS 系统的关键 ，平时由整流器整流的直流浮充工作。当交流输入失电或电网电 源质量超标，将 自动由蓄电池组提供直流电源经 逆变后不间断送向负载。因此，蓄电池组性能的 好坏直接影响UPS 发挥作用。3 、逆变器逆变器将整流的直流电由 IGBT( 绝缘栅双极性晶体管 ) 经 SP1ljl 『 M( 正弦脉宽调制 ) 变换，经逆变变压器转换，输出滤波后，输出纯净的正弦交流电，由静态开关零切换给负载。4 、静 态开关静态旁路开关是由可控硅等电力电子元件组成。从原理上讲它相当于一个单刀双置的开关。 静态自动旁路在控制上保证逆变器和旁路电源之间自动切换特点是 “ 先合后断 ” ， 以此保证向负荷供电不间断。 正常运行状态，静态开关闭合在逆变器侧。 5 、维修旁路 维修旁路是接于旁路电源和逆变器输出之间的开关，它可以隔离逆变器输出和 自动旁路，作为 UPS 维修和测试时不间断负载供电的设备。需要注意的是：只有 UPS 工作在静态旁路电源侧才能手动合手动旁路开关。二、设备故障时工作情况l 、整流器故障或市电中断整流器无直流输出，电池组继续向逆变器供电，逆变器将 电池供给的直流电转换成交流电通过逆变器输出静态开关供给负载，此时供电的时间长短取决于电池组的容量。2 、逆变器故障或超载整流器处于正常工作状态，继续向电池组充电，逆变器输 出静态开关在旁路开关合上后自动分离，采用了先合后分的模式，保证在切换的过程中毫无中断，负载通过静态开关切换到静态旁路，由市电供电。3 、逆变器故障无法转至静态旁路当逆变器故障无法转至静态旁路时，手动转至维修旁路供电。4 、 UPS 无法供 电时将机房配电柜里的双向闸刀倒向市电。三、蓄电池的维护在平时的工作中，我们可以依靠 UPS 完善的监控系统和 日常巡检来及时发现和处理像整流器、逆变器出现的问题，但是像蓄电池组缺少监 控体系的环节来说，日常的维护和检查显得更加 重要。我站的 UPS 系统采用的电池是松下免维护 电池 ，一套 UPS 系统由 32 块单体电池串联组成， 由于每一块电池的性能好坏将影响整组电池发挥 作用，因此，蓄电池更应该是 UPS 日常注意和维 护的重点内容。 正常运行时对免维护电池应该做到以下几点：1 、电池组的工作环境，温度应保证在 20 ℃ 一25“(2 ，电池使用中会产生氢气，所 以要远离火 源，保持通风，防止爆炸。2 、避免不同的电池混合使用。3 、定期对 UPS 进行放电测试，检查电池放电终止电压是否在正常范围内。四、双 UPS 主从热备份的应用单台 UPS 使用时，各功能部件之间是 串联关系，任何一个环节出故障，都有可能造成供电系 统失效，若采用双 UPS 系统并联，势必将提高供 电系统的可靠性。我站在加大设备更新的同时， 又增加了一台UPS 保障力量， 采用了 UPS 双机主从 热备份并机模式， 下面以此系统为例说明其工作 情况。 如图 1 所示：由图 1 可以看出，第一台 UPS 是串接在第二台 UPS 的 Bypass 支路中的，在 UPS2 正常工作时，旁路 2 开关断开， UPS1 的逆变器工作是空载运行， 它 的整流器 1 向电池组 1 浮充， 旁路 1 也处于断路状 态。 一旦 UPS2 故障， 其逆变器 2 输 出断开， 而旁 路 2 静态开关导通， UPS1 接着 向负载供电，如果 UPS1 也发生故障，逆变器输出断开，旁路 l 静态 开关导通，仍继续供电。这种方式由于是热备份 连接而不存在高风险的均流问题，因此系统稳定 可靠。其缺陷在于两台 UPS 的老化不均，如果主 机在较长时间内没有出现故障，则从机一直空载 运行 ，从而造成主、从机元器件的老化严重不 均，当主机出现故障后将负载转到从机 ，可能会 由于从机瞬间无法承受突加的重载而将负载甩给市电，造成系统崩溃。备机电池长期不处于浮充 状态，影响电池寿命。 面对 以上实际解决的问题，我站制定了人工 主备转换操作规程。由于两台 UPS 是同时输出，靠逆变器静态输出开关的闭合来选择主从机，逆 变器在线带载 的 UPS~P 称 为主用机 ， 未带载的 UPS 称为备用机。 当主机出现逆变器故障、 过载 等异常情况时，系统 自动切换到备用机带载供电，此时主备关系转换不需要人工干预，但是进 行系统转换检测、应急供电转换时，就需要下述 人工主备转换操作： l 、正常情况下的操作步骤 1) 检查确认市电供电正常，双机系统中逆变器启动，确认带载 UPS 为主用机，空载 UPS 为备 用机。 2) 停止主用机逆变器 ( 机 内按 INV ON ／ OFF 钮 ) ，检查确认主用机逆变器停止。 3) 检查备用机逆变器是否 已自动带载， 如 未带载按备用机机内 SSI ON 钮， 启用备用机逆变 器带载。 转换完成后， 开启原主机逆变器，SSI 灯灭。 4) 如备用机逆变器启动带载，操作即完成。2 、非正常情况下的操作由于串联结构是两 台完整的 UPS 同步工作， 平常主机输出全部负载电流，主机故障时切换到 从机。这种结构的并机系统最大的问题是主机的 静态旁路没有备份。如果主机的转换控制失灵或者静态旁路故障，即使从机正常也不能切换给负载。在这种情况下，就需要进行以下操作：6) 检查备用机静态旁路开关是否带载供电，否则合上 IRE ，启动备用机静态旁路 ( 机 内按 bypass on 钮 ) ， 检查确认备用机静态旁路带载供电后， 断开备用机维修旁路 ( 断开备用机机 内 IBY 开关 ) 。 7) 合上备用机 IRP ， 启动备用机逆变器， 机内按 INV ON ／ OFF It ， 等待备用机逆变器同步， 然后按 SS1 0N 钮，启动备用机逆变器带载，操作即完成。3 、主从 热备份 并机的不足从主从热备份 UPS 这个系统来说， 当它处于正常运行状态时， 一台主 UPS 在工作， 另一台备机 UPS 只提供主 UPS 旁路电压，不提供电流，所以备机设备能力不能充分发挥，只是作为一个应急手段。另外，负载短路或过负荷的问题是有可能发生的，一般情况下，旁路电源的过载能力比逆变器过载能力大，虽然增加了一台 UPS ，但是它接在主机的旁路电源，在负载短路或过负荷时， 1) 检查确认市电供 电正常，双机系统中逆 变器均启动，确认带载 UPS 为主用机，空载机为 备用机。 2) 检查双机 UPS 共用配电箱内维修旁路开关 状态，确保其断开，任何情况下禁止闭合共用配 电箱内维修旁路开关。 3) 在主用机上将负载转到维修旁路供 电： 断开主用机 IRP 空开，检查确认主用机维修旁路 带载供电。 4) 检查备用机逆变器，如在运行即停止备 用机逆变器，断开备用机 IRP 空开。 5) 将备用机转换到维修旁路，检查确认备 用机维修旁路与主用机维修旁路同时带载供电 后，断开主用机维修旁路 ( 断开主用机机 内IBY 开关 ) 。最终还会出现由主机逆变器到旁路再到备机旁路 的自动切换，因此，增加一台 UPS 没能达到提高 系统的过载能力。所以在以后的工作中我们还应该尝试更好的并机技术，为此建议采用外部过流 保护措施，或选用有该保护功能的设备，即若负 载为短路状态， ~UuFs 自动切断输出，避免造成 更严重的损坏。五、总结虽然加大了设备和技术上的投入和更新，但 是仍存在一些问题需要解决，在实际工作中也会 不可避免地遇到新的故障现象，我们要做的就是 在现有的基础上，充分了解设备的运行过程，制 定出完善的工作规程，在实践中不断地提升设备 的运行能力，从而保障生产安全。