CSB蓄電池EVX12260/12V26AH安防系統

CSB蓄電池EVX12260/12V26AH安防系統

 工業UPS常用案例分析（一）

典型工業UPS系統常用的電源保護解決方案包括單機系統、并機系統、2N（雙母線）供電系統。如何選擇合適的供電方案，起決于系統所帶負載的特點和重要性。對于運行當中可以有計劃中斷或停止運行的設備，可以選用單機供電；對于運行當中不能停電的重要單電源負載，選用并機供電；對于可以接入兩路UPS電源的負載，優先選用2N（雙母線）供電方案。本文從現場應用案例入手，通過操作和運行維護闡述，提供工業UPS系統供電解決方案的一些建議和思路。
　　
　　1 單機系統的應用
　　
　　單機系統是能源行業應用多的解決方案，根據UPS的設計，單機運行UPS主機本體可以進行系統不停電維護。
　　
　　（1） UPS單機供電方案四種工作狀態
　　
　　單機運行供電方案的各點交流負載獨立地由一臺UPS提供動力保護，不停電維護是通過切換到手動維修旁路退出運行當中的UPS主機，進行不停電維護的。手動維修旁路的切換，可以進行無中斷的“先通后斷”切換過程，不會引起負載中斷供電的問題。實現主機、旁路之間的無間斷切換過程。如圖1所示，UPS單機供電方案四種工作狀態所對應的開關操作順序為：
　　　　
　　①正常工作
　　
　　Q1、Q2、Q4、Q5、BATMCB在接通位置，Q3閉鎖在斷開位置。UPS通過整流器、逆變器、逆變靜態開關向負載供電，同時向電池進行充電管理。
　　
　　② 主電源消失或者整流器故障轉直流電池組工作
　　
　　Q1、Q2、Q4、Q5、BATMCB在接通位置，Q3閉鎖在斷開位置，所有開關位置不發生變化。UPS直流母線電壓低于電池電壓時，將自動把負載切換到電池系統上。UPS電池系統經逆變器、逆變靜態開關向負載供電。
　　
　　此時若主電源恢復或者整流器故障消失，UPS邏輯判斷無誤時，UPS可自動恢復至正常工作狀態。
　　
　　③逆變器電源消失或逆變器故障轉旁路工作
　　
　　Q1、Q2、Q4、Q5、BATMCB在接通位置，Q3閉鎖在斷開位置，所有開關位置不發生變化。UPS通過邏輯檢測，根據直流母線情況和逆變器的情況，會自動將負載通過逆變靜態開關無擾動的切換到旁路系統上。UPS旁路系統經旁路靜態開關向負載供電。
　　
　　此時若逆變器電源恢復或逆變器故障故障消失，UPS邏輯判斷無誤時，UPS可自動恢復至正常工作狀態。
　　
　　④維修供電方式
　　
　　維修供電方式需要人工操作才能完成，首先在逆變器與旁路的同步情況下，人工操作將UPS負載切換到靜態切換開關旁路，此時的工作狀態由1或2切換到了3；在此情況下，先合上Q3開關，再斷開Q2開關，再斷開Q4開關，通過先通后斷的切換，就實現了UPS退出運行時對負載的連續供電。所有負載的供電，由旁路系統實現。
　　
　　當然，此時的供電可靠性，由旁路電源決定。因此，不建議在生產裝置運行時對單機運行的UPS進行檢修和維護。
　　
　　上述方案實現了UPS系統的典型應用，但也有不利于維護的一些缺點。在此基礎上，實踐采用的單機系統解決方案做了一些優化，主要有下面幾種應用：
　　
　　（2）旁路帶備用開關的單機供電方案
　　
　　如圖2所示，旁路帶備用開關的單機供電方案是典型的應用方案。UPS系統的上游可以分別來自兩個獨立的不同接地點電氣系統（或者不接地系統），所有負載系統通過兩個隔離變壓器與上游*隔離，負載側既可以采用TN-S系統，也可以采用IT系統。QF3備用開關用于緊急情況下的旁路直通，也可用于并機系統的擴容，或者構成雙輸出系統使用。
　　　
　　（3)脫機旁路柜方式單機供電方案
　　
　　“脫機旁路柜”方式單機供電方案在實現典型單機應用方案的基礎上，重點考慮了維護的安全性。盡管各個廠家提供了無擾動退出UPS主機的切換方案，但由于UPS維修旁路輸入和總輸出的端子排、UPS內部采樣回路仍然帶電，給維修工作帶來安全隱患。因此在實踐應用中，有時也采用如圖3所示：“脫機旁路柜”設計方式。
　　
　　UPS系統正常運行時，UPS主機內部Q1、Q2、Q4合上，Q3斷開且掛鎖；旁路柜中QF1、QF2、QF4、QF5合上，QF3斷開且掛鎖。
　　
　　當UPS主機需要W維護時，先將UPS從逆變器輸出切換為靜態旁路輸出（斷開逆變器靜態開關，合上旁路靜態開關），再合上Q3到UPS主機維修旁路，然后將Q2、Q4斷開，切斷逆變器、靜態開關和輸出負載之間的聯系，再通過等電位的操作，將“脫機旁路柜”QF3合上，QF2、QF4斷開，就可以通過旁路隔離變壓器、QF3、QF5向所有負載供電了。
　　
　　此時，切斷UPS的上游整流器電源和電池開關，則可使UPS內部*停電，安全檢修了。
　　　
　　（4）雙輸出方式單機供電方案
　　
　　如圖4所示，雙輸出方式單機供電方案能夠在投資有限的情況下，為雙電源負載提供兩路獨立的電源供電。一路由UPS提供穩定的電壓，另一路由旁路系統提供經過電氣隔離的電網電源。這種方案在實現典型單機應用方案的基礎上，可以提供雙路交流輸出給下游的相關專業，也是一種給雙電源負載供電的you秀的解決方案。
　    　　
　　2  并機系統的應用
　　
　　隨著大型控制系統在能源工業領域的應用，UPS并機系統得到了大量和廣泛的應用。這種方案考慮到了裝置長周期的運行中對UPS主機進行維護，相比單機系統的應用方案有很大的*性。并機系統應用有以下幾種典型設計：
　　
　　(1)標準并機供電方案
　　
　　如圖5所示，正常運行時，1＋1并機運行供電方案的全部交流負載由2臺UPS平均分擔，任何一臺UPS均可以帶100％負載長期工作。因此，1＋1并機運行供電方案可以*退出1臺UPS主機進行維護。
　　
　　這種典型并機方案應用非常廣泛。正常運行時，除每臺UPS主機的旁路維修開關Q3斷開且掛鎖外，其余開關均正常閉合。當需要檢修或者維護其中的一臺UPS時，斷開旁路柜及輸出配電柜的對應開關，就能將所要退出的UPS主機設備*隔離。
　　
　　　　
　　(2)輸出配電系統與UPS不同室的并機供電方案
　　
　　由于UPS的負載分散性以及跨專業管理等多種原因，會存在UPS的負載分配柜與UPS不同室，或者距離UPS較遠的情況，導致圖5標準UPS并機供電方案中，UPS出口點到電氣并機點的距離超出UPS控制范圍，無法有效實現并機控制的情況。因此出現了如圖6所示輸出配電系統與UPS不同室的并機供電方案.
　　
　　這種應用方案有效解決了輸出配電系統與UPS不同室的問題。其檢修和維護時的操作，與標準并機供電方案相同。用戶可根據下游專業的需要，可提供單根電纜供電，或者冗余雙路電纜供電。
　　
　　　　
　　(3)旁路隔離變壓器及輸出配電合一的并機供電方案
　　
　　如圖7所示，某些用戶由于場地或者維護管理方面的原因，要求將配電輸出部分和旁路隔離變壓器合并設計，這種并機應用方案的實用性頗受用戶肯定。
　　
　　正常運行時，除每臺UPS主機的旁路維修開關Q3斷開且掛鎖，旁路隔離變壓器及輸出配電柜中的QF2斷開且掛鎖外，其余開關均正常閉合（輸出配電部分根據實際運行要求確定）。當需要檢修或者維護其中的一臺UPS時，直接將需要維修的UPS設備停機，再斷開旁路隔離變壓器及輸出配電柜中的對應開關，就能將所要退出的UPS主機設備*隔離進行維修；當兩臺UPS同時需要檢修或者維護時，先將兩臺UPS同時切換到旁路靜態開關狀態，再將每臺UPS的Q3合上，在等電位的情況下，閉合旁路隔離變壓器及輸出配電柜中QF2開關，再斷開閉合斷開旁路隔離變壓器及輸出配電柜的對應開關，就能將兩臺UPS主機設備*隔離進行維修，此時負載仍能夠由旁路直通電源供電。
　　
　　　　
　　3  2N（雙母線）供電系統的應用
　　
　　2N系統應用是近年開始應用的一種交流不間斷電源UPS解決方案，結合負載為如圖8所示雙電源的特點，UPS系統為負載提供*獨立的兩路UPS電源。此種供電解決方案，解決了UPS輸出端與終負載端之間發生“單點瓶頸”故障隱患。
　　
　　　　
　　2N系統應用方案典型設計有以下幾種:
　　
　　(1)一臺UPS單機與一路市電構成雙路供電方案
　　
　　如圖9所示，某些用戶由于場地或者費用預算方面的原因，采用1臺UPS單機與1路市電構成雙路供電方案。這種并機應用方案成本低，相比普通單機來說是一個比較大的進步。
　　
　　正常情況下，UPS輸出和另1路市電輸出為雙電源負載提供兩路電源，UPS為單電源負載提供不間斷電源；當UPS輸出母線故障或需要維護操作時，對于圖8所示雙電源負載，在UPS切換到旁路后，仍有UPS旁路和另1路市電輸出母線供電，避免了單機UPS輸出母線為單點故障的隱患的問題，（此時系統的安全性起決于UPS旁路及另1路市電的可靠性）；對于單電源負載，在UPS切換到旁路后，可暫時由UPS旁路輸出為負載繼續供電，直至UPS輸出正常。
　　
　　　　
　　(2）兩臺立UPS雙路輸出構成雙路供電方案
　　
　　如圖10所示，兩臺UPS雙路輸出構成雙路供電方案，是目前典型的2N應用方案，其每套UPS單機系統都是一套完整的單機運行方式，帶來的維護、管理也是獨立的。
　　
　　正常情況下，兩臺UPS輸出為雙電源負載提供兩路電源；即使有1臺UPS處于旁路檢修狀態下，依然能保證1路UPS輸出和另1路UPS旁路輸出為雙電源負載提供兩路電源；當其中一臺UPS輸出母線故障或其他原因需要*停機維護（含UPS旁路），對于圖8所示雙電源負載，繼續由另一臺UPS輸出母線供電，避免了單機UPS輸出母線為單點故障隱患的問題；對于單電源負載，在UPS切換到旁路后，可通過人工切換下游開關至另1臺UPS輸出母線為負載繼續供電，直至退出運行的UPS恢復正常；或者在每個單電源負載群前端高速靜態切換開關STS，由靜態開關STS進行電源自動切換，保證電電源負載的雙路供電保護。