CSB蓄电池EVX12260/12V26AH安防系统

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 工业UPS常用案例分析（一）

典型工业UPS系统常用的电源保护解决方案包括单机系统、并机系统、2N（双母线）供电系统。如何选择合适的供电方案，起决于系统所带负载的特点和重要性。对于运行当中可以有计划中断或停止运行的设备，可以选用单机供电；对于运行当中不能停电的重要单电源负载，选用并机供电；对于可以接入两路UPS电源的负载，优先选用2N（双母线）供电方案。本文从现场应用案例入手，通过操作和运行维护阐述，提供工业UPS系统供电解决方案的一些建议和思路。
　　
　　1 单机系统的应用
　　
　　单机系统是能源行业应用多的解决方案，根据UPS的设计，单机运行UPS主机本体可以进行系统不停电维护。
　　
　　（1） UPS单机供电方案四种工作状态
　　
　　单机运行供电方案的各点交流负载独立地由一台UPS提供动力保护，不停电维护是通过切换到手动维修旁路退出运行当中的UPS主机，进行不停电维护的。手动维修旁路的切换，可以进行无中断的“先通后断”切换过程，不会引起负载中断供电的问题。实现主机、旁路之间的无间断切换过程。如图1所示，UPS单机供电方案四种工作状态所对应的开关操作顺序为：
　　　　
　　①正常工作
　　
　　Q1、Q2、Q4、Q5、BATMCB在接通位置，Q3闭锁在断开位置。UPS通过整流器、逆变器、逆变静态开关向负载供电，同时向电池进行充电管理。
　　
　　② 主电源消失或者整流器故障转直流电池组工作
　　
　　Q1、Q2、Q4、Q5、BATMCB在接通位置，Q3闭锁在断开位置，所有开关位置不发生变化。UPS直流母线电压低于电池电压时，将自动把负载切换到电池系统上。UPS电池系统经逆变器、逆变静态开关向负载供电。
　　
　　此时若主电源恢复或者整流器故障消失，UPS逻辑判断无误时，UPS可自动恢复至正常工作状态。
　　
　　③逆变器电源消失或逆变器故障转旁路工作
　　
　　Q1、Q2、Q4、Q5、BATMCB在接通位置，Q3闭锁在断开位置，所有开关位置不发生变化。UPS通过逻辑检测，根据直流母线情况和逆变器的情况，会自动将负载通过逆变静态开关无扰动的切换到旁路系统上。UPS旁路系统经旁路静态开关向负载供电。
　　
　　此时若逆变器电源恢复或逆变器故障故障消失，UPS逻辑判断无误时，UPS可自动恢复至正常工作状态。
　　
　　④维修供电方式
　　
　　维修供电方式需要人工操作才能完成，首先在逆变器与旁路的同步情况下，人工操作将UPS负载切换到静态切换开关旁路，此时的工作状态由1或2切换到了3；在此情况下，先合上Q3开关，再断开Q2开关，再断开Q4开关，通过先通后断的切换，就实现了UPS退出运行时对负载的连续供电。所有负载的供电，由旁路系统实现。
　　
　　当然，此时的供电可靠性，由旁路电源决定。因此，不建议在生产装置运行时对单机运行的UPS进行检修和维护。
　　
　　上述方案实现了UPS系统的典型应用，但也有不利于维护的一些缺点。在此基础上，实践采用的单机系统解决方案做了一些优化，主要有下面几种应用：
　　
　　（2）旁路带备用开关的单机供电方案
　　
　　如图2所示，旁路带备用开关的单机供电方案是典型的应用方案。UPS系统的上游可以分别来自两个独立的不同接地点电气系统（或者不接地系统），所有负载系统通过两个隔离变压器与上游*隔离，负载侧既可以采用TN-S系统，也可以采用IT系统。QF3备用开关用于紧急情况下的旁路直通，也可用于并机系统的扩容，或者构成双输出系统使用。
　　　
　　（3)脱机旁路柜方式单机供电方案
　　
　　“脱机旁路柜”方式单机供电方案在实现典型单机应用方案的基础上，重点考虑了维护的安全性。尽管各个厂家提供了无扰动退出UPS主机的切换方案，但由于UPS维修旁路输入和总输出的端子排、UPS内部采样回路仍然带电，给维修工作带来安全隐患。因此在实践应用中，有时也采用如图3所示：“脱机旁路柜”设计方式。
　　
　　UPS系统正常运行时，UPS主机内部Q1、Q2、Q4合上，Q3断开且挂锁；旁路柜中QF1、QF2、QF4、QF5合上，QF3断开且挂锁。
　　
　　当UPS主机需要W维护时，先将UPS从逆变器输出切换为静态旁路输出（断开逆变器静态开关，合上旁路静态开关），再合上Q3到UPS主机维修旁路，然后将Q2、Q4断开，切断逆变器、静态开关和输出负载之间的联系，再通过等电位的操作，将“脱机旁路柜”QF3合上，QF2、QF4断开，就可以通过旁路隔离变压器、QF3、QF5向所有负载供电了。
　　
　　此时，切断UPS的上游整流器电源和电池开关，则可使UPS内部*停电，安全检修了。
　　　
　　（4）双输出方式单机供电方案
　　
　　如图4所示，双输出方式单机供电方案能够在投资有限的情况下，为双电源负载提供两路独立的电源供电。一路由UPS提供稳定的电压，另一路由旁路系统提供经过电气隔离的电网电源。这种方案在实现典型单机应用方案的基础上，可以提供双路交流输出给下游的相关专业，也是一种给双电源负载供电的you秀的解决方案。
　    　　
　　2  并机系统的应用
　　
　　随着大型控制系统在能源工业领域的应用，UPS并机系统得到了大量和广泛的应用。这种方案考虑到了装置长周期的运行中对UPS主机进行维护，相比单机系统的应用方案有很大的*性。并机系统应用有以下几种典型设计：
　　
　　(1)标准并机供电方案
　　
　　如图5所示，正常运行时，1＋1并机运行供电方案的全部交流负载由2台UPS平均分担，任何一台UPS均可以带100％负载长期工作。因此，1＋1并机运行供电方案可以*退出1台UPS主机进行维护。
　　
　　这种典型并机方案应用非常广泛。正常运行时，除每台UPS主机的旁路维修开关Q3断开且挂锁外，其余开关均正常闭合。当需要检修或者维护其中的一台UPS时，断开旁路柜及输出配电柜的对应开关，就能将所要退出的UPS主机设备*隔离。
　　
　　　　
　　(2)输出配电系统与UPS不同室的并机供电方案
　　
　　由于UPS的负载分散性以及跨专业管理等多种原因，会存在UPS的负载分配柜与UPS不同室，或者距离UPS较远的情况，导致图5标准UPS并机供电方案中，UPS出口点到电气并机点的距离超出UPS控制范围，无法有效实现并机控制的情况。因此出现了如图6所示输出配电系统与UPS不同室的并机供电方案.
　　
　　这种应用方案有效解决了输出配电系统与UPS不同室的问题。其检修和维护时的操作，与标准并机供电方案相同。用户可根据下游专业的需要，可提供单根电缆供电，或者冗余双路电缆供电。
　　
　　　　
　　(3)旁路隔离变压器及输出配电合一的并机供电方案
　　
　　如图7所示，某些用户由于场地或者维护管理方面的原因，要求将配电输出部分和旁路隔离变压器合并设计，这种并机应用方案的实用性颇受用户肯定。
　　
　　正常运行时，除每台UPS主机的旁路维修开关Q3断开且挂锁，旁路隔离变压器及输出配电柜中的QF2断开且挂锁外，其余开关均正常闭合（输出配电部分根据实际运行要求确定）。当需要检修或者维护其中的一台UPS时，直接将需要维修的UPS设备停机，再断开旁路隔离变压器及输出配电柜中的对应开关，就能将所要退出的UPS主机设备*隔离进行维修；当两台UPS同时需要检修或者维护时，先将两台UPS同时切换到旁路静态开关状态，再将每台UPS的Q3合上，在等电位的情况下，闭合旁路隔离变压器及输出配电柜中QF2开关，再断开闭合断开旁路隔离变压器及输出配电柜的对应开关，就能将两台UPS主机设备*隔离进行维修，此时负载仍能够由旁路直通电源供电。
　　
　　　　
　　3  2N（双母线）供电系统的应用
　　
　　2N系统应用是近年开始应用的一种交流不间断电源UPS解决方案，结合负载为如图8所示双电源的特点，UPS系统为负载提供*独立的两路UPS电源。此种供电解决方案，解决了UPS输出端与终负载端之间发生“单点瓶颈”故障隐患。
　　
　　　　
　　2N系统应用方案典型设计有以下几种:
　　
　　(1)一台UPS单机与一路市电构成双路供电方案
　　
　　如图9所示，某些用户由于场地或者费用预算方面的原因，采用1台UPS单机与1路市电构成双路供电方案。这种并机应用方案成本低，相比普通单机来说是一个比较大的进步。
　　
　　正常情况下，UPS输出和另1路市电输出为双电源负载提供两路电源，UPS为单电源负载提供不间断电源；当UPS输出母线故障或需要维护操作时，对于图8所示双电源负载，在UPS切换到旁路后，仍有UPS旁路和另1路市电输出母线供电，避免了单机UPS输出母线为单点故障的隐患的问题，（此时系统的安全性起决于UPS旁路及另1路市电的可靠性）；对于单电源负载，在UPS切换到旁路后，可暂时由UPS旁路输出为负载继续供电，直至UPS输出正常。
　　
　　　　
　　(2）两台立UPS双路输出构成双路供电方案
　　
　　如图10所示，两台UPS双路输出构成双路供电方案，是目前典型的2N应用方案，其每套UPS单机系统都是一套完整的单机运行方式，带来的维护、管理也是独立的。
　　
　　正常情况下，两台UPS输出为双电源负载提供两路电源；即使有1台UPS处于旁路检修状态下，依然能保证1路UPS输出和另1路UPS旁路输出为双电源负载提供两路电源；当其中一台UPS输出母线故障或其他原因需要*停机维护（含UPS旁路），对于图8所示双电源负载，继续由另一台UPS输出母线供电，避免了单机UPS输出母线为单点故障隐患的问题；对于单电源负载，在UPS切换到旁路后，可通过人工切换下游开关至另1台UPS输出母线为负载继续供电，直至退出运行的UPS恢复正常；或者在每个单电源负载群前端高速静态切换开关STS，由静态开关STS进行电源自动切换，保证电电源负载的双路供电保护。