网络供配电施工与管理.docx

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网络供配电施工与管理

天津电子信息职业技术学院

暨国家示范性软件职业技术学院

《网络供配电施工与管理》课程论文

论文题目：

UPS的使用与维护

姓名：

顾英男（10）

系别：

网络技术系

专业：

网络技术

班级：

网络S13-1

指导教师：

曹伟

设计时间：

2014年12月22日至2014年12月26日

目录

一、摘要、关键字3

二、UPS概述4

（一）、基本组成4

（二）、基本分类4

（三）、UPS电源品种4

三、UPS电源系统设计7

（一）、UPS电源系统的基本组成和配套的相关设备7

（三）、电源和UPS输入7

（三）、UPS方案设计7

四、UPS的安全使用和检修12

（三）、UPS电源基本操作12

（三）、UPS电源系统使用注意事项12

（三）、日常维护与检修14

五、参考文献15

一、摘要：

随着科学的发展社会的进步，一些重要用户的关键设备如互联网数据中心、银行清算中心、证券交易系统、通信网管中心等，要求提供高质量的无时间中断的交流电源。

根据我国国家标准GB2387-89规定，对于需要配置不间断电源的计算机房提供的交流电源至少应满足：

380V/220V、50HZ、三相五线制、电压波动小于+-5%、频率波动小于+-0.5%、波形失真小于+-5%。

此外可能产生的任何瞬态供电中断应控制在5ms以内。

一般的微机和服务器所允许的瞬态供电中断时间在8至10ms的范围。

若超过此范围，就会造成微机进入误动作或自检程序，从而造成正在运行的数据或程序被破坏和丢失的不利局面。

另外过频的瞬态中断引起的峰值高达400V左右的瞬态干扰是造成服务器产生偶发性自动关机的重要原因之一。

而且，电网故障停电，电网电压下陷与浪涌，电网持续欠压与过压，电网高频噪音，电网频率波动，电网谐波污染以及电网遭雷击等各种因素对电网上的用户造成了很大的损害。

因此寻找一种“干净”的不中断的电源系统将非常必要。

UPS（Uninterruptible Power System ），即不间断电源，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

关键词：

（ups，不间断电源，安全使用）

二、UPS概述

（一）、基本组成：

UPS由整流模块、逆变器、蓄电池、静态开关等部件组成，除此还有间接向负载提供市电（备用电源）的旁路装置。

（二）、基本分类

（1）按输入输出相数分：

单进单出、三进单出和三进三出UPS。

（2）按功率等级分：

微型（＜3KVA）、小型（3KVA~10KVA）、中型（10KVA~100KVA）和大型（＞100KVA）。

（3）按输出波形的不同分：

可分为方波和正弦波二种。

（4）按电路结构形式分：

有后备式、在线互动式、三端口式（单变换式）、在线式等。

（三）、UPS电源品种：

（1）后备式UPS

特点：

结构简单、价格便宜、噪声低，但绝大部分时间，负载得到的是稍加稳压处理过的“低质量”正弦波电源。

（2）在线互动式UPS

特点：

市电供电正常时，负载得到的是一路稳压精度很差的市电电源；市电不正常时，逆变器/充电器模块将从原来的充电工作方式转入逆变工作方式。

这时由蓄电池提供直流能量，经逆变、正弦波脉宽调制向负载送出稳定的正弦波交变电源

（3）三端式UPS

特点：

为双磁分路结构，每个初级绕组和次级绕组都有一个磁分路，并接电容可与每一个磁路组成LC谐振回路，当达到谐振点时，构成饱和电感，使次级工作于饱和区，若初级输入电压变化时，次级输出电压恒定不变，实现了稳压的目的。

（4）双变换在线式UPS

特点：

克服了市电质量差对其性能的影响，市电中断时，负载不会发生电源瞬时中断

（5）Delta变换型UPS

特点：

成功地将串联交流稳压控制技术与脉宽调制技术相结合，共有四条供电通道向用户的负载供电。

Dalta变换式，市电正常时，85％能量有市电直接提供，15％能量有一个逆变器提供，当市电异常时，100％能量有电池提供。

无法解决市电上的谐波污染，比如：

频率异常、浪涌、噪声等，将直接输入到重要负载。

三、UPS电源系统的设计

UPS电源系统是整个计算机机房中最核心设备的供电保障系统。

因此UPS电源系统的结构设计、设备选型直至调试安装的质量，关系到整个负载系统的安全运行。

（一）、UPS电源系统的基本组成和配套的相关设备

UPS电源系统包括UPS和与UPS相配套的输入输出设备，参见图2-3，该图以最普遍

应用的双转换式UPS为例，介绍目前10kVA以上最常用功率的UPS。

（二）、电源和UPS的输入

事实上，一台UPS至少具有一路或两路输入：

主交流输入，由主电源提供；

旁路交流输入，由备用电源提供。

但在一般情况下，旁路输入也可通过单独的电缆与

主电源输入取自同一个主低压开关柜。

建议将UPS的主交流输入和旁路交流输入同时连接到主电源或备用电源上，由主低

压开关柜中的两个独立的断路器分别供电，因为这样会增加整个系统的可靠性。

然

而，如果主低压开关柜中不能提供两路分离的电源时，将两路交流输入（主输入和旁

路输入）合并连接到主电源上也是可行的

（三）、UPS方案设计

1、UPS主机的选择

考虑到UPS主要为服务器等数据通讯设备提供后备电源，根据用户需求，对服务器等重要设备提供为1个小时的供电时间。

机房的负载约40KVA，按照用户现场最大负载计算，考虑到UPS运行的效率在80%左右，需要选择48KVA的UPS机头。

本设计为新装48KVAUPS相结合，对机房设备进行供电。

根据以上需求，我们为用户选用了ISX48KVAUPS电源，标准配置输出隔离变压器，降低共模干扰，最大程度提高系统的可靠性；电池采用铅酸免维护电池。

2、后备电池的选择

机房新建UPS所供负载大约40KVA，需要采用48KVA的UPS机头。

48KVA的UPS机头充电电压为384V，需要选用12V单体电池为384/12=32只。

根据方案需求我们为机房电源解决方案配备的UPS系统采用ISX48KVA三进三出在线式UPS，配备天利电池12V100AH长寿命铅酸免维护电池，满足要求的服务器及网络设备延时1小时的需要。

UPS后备时间计算方式如下：

放电电流=S*COS∮/每组电池数*电池平均放电电压*逆变效率

注释：

UPS输出功率48KVA，S为实际负载约为40KVA，计算机负载功率因数COS∮为0.8，每组电池数为64，电池单体数为1，UPS逆变效率为0.95，当UPS单机负载40KVA时，在负载为计算机负载情况下，满足1小时电池后备工作时间共需12V100AH64只的单体电池。

3、UPS设备间布置及承重设计说明

设备的重量

需要放置的设备包括APCUPS一套（含主机和电池等），，具体电池数量、重量见下表。

1）新增UPS主机柜的重量及体积：

名称

配置说明

数量

重量（kg）

UPS主机柜

48KW

1

440

电池

12V100AH

64

40kg/块

每个电池柜放置16块电池，重量共计790kg（含柜子）。

有4个电池柜。

每个电池柜的底面积（深×宽mm）：

0.9×0.8＝0.72m2

设备间的散力架的铺设说明

散力架采用50mmX50mm5mm厚U型槽钢，焊接成7000X850mm的承重网，4个电池架排成一排与承重网焊接成一体。

有效面积为5.95平方米。

UPS设备的摆放说明

APCUPS按4个电池柜，每个电池柜放置16块电池，重量共计1000kg。

占地面积（深×宽mm）：

0.45×0.475×＝0.2375m2。

APC配置有4

个电池柜，每个电池柜放置16块电池，重量共计1000kg。

占地面积（深×宽mm）：

0.9×0.8＝0.72m2。

设备重量总计：

=440＋150x4＋640×4＝3600公斤

承重总面积为：

=7X0.85=5.95平方米

单位面积承重：

=3600/5.95=605公斤/平方米。

通过测算，UPS设备间敷设散力架后单位面积承重为605公斤/平方米，小于1500公斤/平方米。

机房配电系统 

在设计中，对计算机主机设备供电选用A级标准。

机房计算机设备包括计算机主机、服务器、网络设备、通讯设备等，由于这些设备进行数据的实时处理与实时传递，关系重大，所以对电源的质量与可靠性的要求最高。

设计中考虑采用UPS不间断电源，最大限度满足机房计算机设备对供电电源质量的要求。

本次工程从大楼低压配电系统不同母线引来两路电源（市电1、市电2）至UPS室，在UPS室自动切换后给UPS供电。

机房开关及配电柜选型

建议采取塑壳开关，标准配置有热磁及电子脱扣器，具有可调节LT（长延时）过负荷保护、ST（短延时）短路电流保护、INST（瞬时）电流保护。

以上产品均符合IEC 898，GB 10963标准和CCC安全认证要求。

选用低压空气断路器，分别负责对UPS电力系统和机房各用电设备的分配

机房用电容量估算 

目前机房所有设备，包括服务器、交换机、路由器、PC机等负载约5kv，不超过6kv。

机房计算机负荷：

Ps=80kVA（暂估） 

机房空调负荷：

  Ps=30kW（暂估） 

机房照明负荷：

  Ps=10kW（暂估）本次施工需要的机具和检测设备见下表。

工具清单

序号

设备名称

单位

数量

备注

1

绝缘表

个

1

2

万用表

个

1

3

线滚子

个

1

4

电工常用工具

套

1

5

冲击电钻

台

1

材料清单

序号

名称

规格型号

单位

数量

备注

1

英威腾UPS

120KVA

台

1

2

九能电池

12V150AH

只

80

施工方案图

四、UPS的安全使用与检修

1.Ups电源基本操作：

---UPS开机加载步骤

此步骤用于UPS开机加载，假设UPS安装调试完毕，市电已输入UPS。

（1）合静态旁路开关Q2

（2）合整流器输入开关Q1

（3）合UPS输出电源开关Q4

（4）手动合电池开关

---UPS从正常运行到维护旁路的步骤

负载从UPS逆变器切换到维修旁路，这在UPS需要维护时有用。

负载由逆变器切换到静态旁路的操作过程如下：

（1）关断UPS逆变器，负载切换到静态旁路。

通常在主菜单上可以操作关断UPS逆变器。

（2）取下Q3手柄上的锁，并扳动Q3内的锁定杆，然后闭合维护旁路开关Q3，断开整流器电源输入开头Q1，UPS电源输出开关Q4，静态旁路开关Q2和电池开关，UPS已关闭，但市电通过维护路向负载供电。

---UPS在维护旁路下的开机步骤

包括如何启动UPS，并把负载从维护旁路切换到逆变器。

（1）闭合UPS输出开关Q4和静态旁路开关Q2。

（2）闭合整流器输入电源开关Q1，整流器启动，并稳定在浮充电压，浮充电压是否正常。

（3）闭合电池开关。

（4）断开维护旁路开关Q3，并上锁。

---UPS关机步骤

（1）断开电池开关和整流器输入电源开关Q1

（2）断开UPS输出开关Q4和旁路电源开关Q2。

（3）若要UPS与市电隔离，则应断开市电向UPS的配电开关，使直流母线电压放电。

---UPS的复位

（1）当因某种故障使用了EPO（紧急关机），待故障清除后，要使UPS恢复正常工作状态，需要复位操作，或在系统调试时，选择手动方式从旁路切换到逆变器，UPS由于逆变器过温、过载、直流母线过压而关闭，当故障清除后，需要采用复位操作，才能把UPS从旁路切换到逆变器带载。

（2）操作复位按钮使得整流器、逆变器、静态开关重新正常运行。

若是EPO后的复位，则还需用手动合电池开关。

2、UPS电源系统使用注意事项

-----UPS电源系统因其智能化程度高，储能电池采用了免维护蓄电池，这虽给使用带来了许多便利，但使用过程中还应在多方面引起注意，才能保证使用安全。

（1）UPS电源主机对环境温度要求不高，+5℃～40℃都能正常工作，但要求室内清洁，少尘，否则灰尘加上潮湿会引起主机工作紊乱。

储能蓄电池则对温度要求较高，标准使用温度为25℃，平时不能超过+15℃～+30℃。

温度太低，会使储电池容量下降，温度每下降1℃，其容量下降1％。

其放电容量会随温度升高而增加，但寿命降低。

如果在高温下长期使用，温度每高10℃，电池寿命约降低一半。

（2）主机中设置的参数在使用中不能随意改变。

特别是对电池组的参数，会直接影响其使用寿命，但随着环境温度的改变，对浮充电压要做相应调整。

通常以25℃为标准，环境温度每升高或降低1℃时，浮充电压应增加18mV（相对于12V蓄电池）。

（3）在无外电靠UPS电源系统自行供电时，应避免带负载启动UPS电源，应先关断各负载，等UPS电源系统起动后再开启负载。

因负载瞬间供电时会有冲击电池，多负载的冲击电流和加上所需的供电电流会造成UPS电源瞬间过载，严重时将损坏变换器。

（4）UPS电源系统按使用要求功率余量不大，在使用中要避免随意增加大功率的额外设备，也不允许在满负载状态下长期运行。

但工作性质决定了UPS电源系统几乎是在不间断状态下运行的，增加大功率负载，即使是在基本满载状态下工作，都会造成主机出故障，严重时将损坏变换器。

（5）自备发电机的输出电压，波形、频率、幅度应满UPS电源对输入电压的要求，另久发电机的功率要远大于UPS电源的额定功率，否则任一条件不满，将会造成UPS电源工作异常或损坏。

（6）由于组合电池组电压很高，存在电击危险，因此装卸导电联接条、输出线时应用安全保障，工具应采用绝缘措施，特别是输出接点应有防触摸措施。

（7）不论是在浮充工作状态还是在充电、放电检修测试状态，都要保证电压、电流符合规定要求。

过高的电压或电流可能会造成电池的热失控或失水、电压、电流过小会造成

电池亏电，这都会影响电池的使用寿命，前者的影响更大。

（8）在任何情况下，都应防止电池短路或深度放电，因为电池的循环寿命和放电深度有关。

放电深度越深、循环寿命越短。

在容量试验中或是放电检修中，通常放电达到容量的30％～50％就可以了。

（9）对电池应避免大电流充放电，虽说在充电时可以接受大电流，但在实际操作中应尽量避免，否则会造成电池极板膨胀变形，使得极板活性物质脱落，电池内阻增大，温升越高，严重时将造成容量下降，寿命提前终止。

3、日常维护与检修

（1）UPS电源在正常使用情况下，主机的维护工作很少，主要是防尘和定期除尘。

特别是气候干燥的地区，空气中的灰粒较多，机内的风机会将灰尘带入机内沉积、当遇空气潮湿时会引起主机控制紊乱造成主机工作失常，并发生不准确告警，大量灰尘也会造成器件散热不好。

一般每季度应彻底清洁一次。

其次就是在除尘时，检查各连接件和插接件有无松动和接触不牢的情况。

（2）虽说储能电池组目前都采用了免维护电池，但这只是免除了以往的测比、配比、定时添加蒸馏水的工作。

但外因工作状态对电池的影响并没有改变，不正常工作状态对电池造成的影响没有变，这部分的维护检修工作仍是非常重要的，UPS电源系统的大量维修检修工作主要在电池部分。

a.储能电池的工作全部是在浮充状态，在这种情况下至少应每年进行一次放电。

放电前应先对电池组进行均衡充电，以达全组电池的均衡。

要清楚放电前电池组已存在的落后电池。

放电过程中如有一只达到放电终止电压时，应停止放电，继续放电先消除落后电池后再放。

b.核对性放电，不是首先追求放出容量的百分之多少，而是要关注发现和处理落后电池，经对落后电池处理后再作核对性放电实验。

这样可防止事故，以免放电中落后电池恶化为反极电池。

c.平时每组电池至少应有8只电池作标示电池，作为了解全电池组工作情况的参考，对标示电池应定期测量并做好记录。

d.日常维护中需经常检查的项目有：

清洁并检测电池两端电压、温度；连接处有无松动，腐蚀现象、检测连接条压降；电池外观是否完好，有无壳变形和渗漏；极柱、安全阀周围是否有酸雾逸出；主机设备是否正常。

e.免维护电池要维护，不是什么无稽之谈，应从广义的维护立场出发，做到运行、日常管理的周到、细致和规范性，保证设备（包括主机设备）保持良好的运行状况，从而延长使用年限；保证直流母线经常保持合格的电压和电池的放电容量；保证电池运行和人员的安全可靠。

这就是电池维护的目的，也是电池运行规程中包括的内容和进行规则。

（3）当UPS电池系统出现故障时，应先查明原因，分清是负载还是UPS电源系统；是主机还是电池组。

虽说UPS主机有故障自检功能，但它对面而不对点，对更换配件很方便，但要维修故障点，仍需做大量的分析、检测工作。

另外如自检部分发生故障，显示的故障内容则可能有误。

（4）对主机出现击穿，断保险或烧毁器件的故障，一定要查明原因并排除故障后才能重新启动，否则会接连发生相同的故障。

（5）当电池组中发现电压反极、压降大、压差大和酸雾泄漏现象的电池时，应及时采用相应的方法恢复和修复，对不能恢复和修复的要更换，但不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起，否则可能会对整组电池带来不利影响。

对寿命已过期的电池组要及时更换，以免影响到主机。

五、参考文献

1.参考文献：

1.《航海技术》1996年第06期《浅介UPS电源》

2.陈建平陈四雄2002第6期《通信电源技术》

3.戴崇汪永华2008第12期《低压电器》

4.李正坤张彦2010第2期《华电技术》

5.艾默生Ups电源厂家培训资料《ups原理》

6.万军《电力电子技术》2004第3期《Ups逆变器模型》

7.鹿艳袁欢媚《重型机械》2010第z1期《Ups技术发展》

8.APCUps电源厂家培训资料《ups性能评估》

9.梅兰日兰Ups电源厂家培训资料《UPS培训资料》

10.山特Ups电源厂家培训资料《ups电源故障维修》