2N和1+1和2N+1等几种UPS供电方式文档格式.docx
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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最多的解决方案,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。
1.1UPS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。
如下图(图1:
UPS单机供电方案四种工作状态)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:
图1:
UPS单
机供电方案四种工作状态
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
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
1.2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最典型的应用方案。
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完全隔离,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。
图2旁路带备
用开关的单机供电方案
1.3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内部完全停电,安全检修了。
图3“脱机旁路
柜”方式单机供电方案
1.4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优秀的解决方案。
图4双输出方
式单机供电方案
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优越性。
并机系统应用有以下几种典型设计
2.1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完全退出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主机设备完全隔离。
图5标准并机
供电方案
2.2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。
图6输出配电
系统与UPS不同室的并机供电方案
2.3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主机设备完全隔离进行维修;
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主机设备完全隔离进行维修,此时负载仍能够由旁路直通电源供电。
图7旁路隔离
变压器及输出配电合一的并机供电方案
32N(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系统为负载提供完全独立的两路UPS电源。
此种供电解决方案,解决了UPS输出端与最终负载端之间发生“单点瓶颈”故障隐患。
图8典型双电
源负载
2N系统应用方案典型设计有以下几种
3.1一台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最低,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。
图9一台UPS
单机与一路市电构成双路供电方案
3.2两台独立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,是目前最典型的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独立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完全停机维护(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。
图10两台独
立UPS双路输出构成双路供电方案
3.3两台UPS共用旁路双路输出供电方案
如图11所示,两台UPS共用旁路双路输出供电方案也有非常广泛的应用,两套UPS单机系统同时跟踪一个旁路电源,其输出母线能够基本保持同频率、相位状态。
正常情况下,两台UPS独立输出为双电源负载提供两路电源,两台UPS通过输出母线1和输出母线2各自承担双电源负载,单点源负载由经过ATS选择后的输出母线3
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- UPS 供电 方式