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UPS电源设备培训手册
地铁用信号电源设备
理论培训手册
佛山市南海区创电电源有限公司
二○○七年四月
第一部分基本知识
1.UPS的基本知识----------------------------------------------------------------------------------------------4
1.1UPS电源是什么电源----------------------------------------------------------------------------------4
1.2UPS分类----------------------------------------------------------------------------------------------4-5
1.3信息技术设备为什么要用UPS电源---------------------------------------------------------------5
1.4当前UPS电源设备发展状况-------------------------------------------------------------------------5
1.5目前市场上销售量最大的三种类型UPS介绍-------------------------------------------------5-9
1.6有关UPS电源的术语----------------------------------------------------------------------------10-12
2.几种常用电器元件的基本知识--------------------------------------------------------------------------12
2.1继电器--------------------------------------------------------------12-14
2.2接触器--------------------------------------------------------------14-15
2.3空气断路器在电气电路保护设计中的重要性------------------------------15-19
2.4C级防雷系统------------------------------------------------------------19
2.5数字电流、电压表--------------------------------------------------------20
2.6频率表-----------------------------------------------------------------20
2.7分流器、电流互感器---------------------------------------------------20-21
2.8变压器、电抗器------------------------------------------------------21-22
2.9电源滤波器(EMI)-------------------------------------------------------22
2.10静态开关---------------------------------------------------------------23
2.11绝缘栅双极晶体管(IGBT)--------------------------------------------23-26
2.12霍尔电压电流传感器--------------------------------------------------26-27
第二部分信号电源系统设备知识
1.北京地铁2号线信号系统设备简介------------------------------------------------------------------28
1.1概述-----------------------------------------------------------------------------------------------------28
1.2整机外形图----------------------------------------------------------------------------------------28-34
2.CDT5(含10-30)K-HWUPS电源柜----------------------------------------------------------------35
2.1前言-----------------------------------------------------------------------------------------------------35
2.2UPS电源柜工作原理----------------------------------------------------------------------------36-40
2.3双路输入切换单元控制原理-----------------------------------------------------------------------40
2.4全自动交流稳压器单元工作原理-----------------------------------------------------------------41
3.UPS电源电气原理图-------------------------------------------------------------------------------------42
3.1CDT5-HWUPS电源柜电气原理图---------------------------------------------------------------42
3.2CDT10K-HWUPS电源柜电气原理框图--------------------------------------------------------43
3.3CDT20/25/30K-HWUPS电源柜电气原理框图------------------------------------------------44
4.电源柜电气连线图-------------------------------------------------------------------------------------45-49
5.UPS电源柜电气性能表-------------------------------------------------------------------------------50-51
6.UPS电源柜外形结构图-------------------------------------------------------------------------------52-56
7.接线排接线图--------------------------------------------------------------------------------------------57-61
8.UPS电源柜安装、调试规范要求-----------------------------------------------------------------------62
8.1UPS安装原理-----------------------------------------------------------------------------------------62
8.2安装前准备检查工作--------------------------------------------------------------------------------62
8.3安装步骤---------------------------------------------------------------62
8.4调度步骤---------------------------------------------------------------63
9.操作使用方法-----------------------------------------------------------------------------------------------64
9.1双路输入单元的操作--------------------------------------------------------------------------------64
9.2UPS单元的操作----------------------------------------------------------64
9.3旁路稳压器单元的操作---------------------------------------------------65
9.4在维修旁路的使用-------------------------------------------------------65
9.5液晶显示面板操作规程------------------------------------------------66-84
10.输出负载能力----------------------------------------------------------------------------------------------84
11.保养维护及储存-------------------------------------------------------------------------------------------85
11.1UPS日常保养------------------------------------------------------------------------------------------85
11.2UPS储存------------------------------------------------------------------------------------------------85
12.UPS电源柜故障排除指南---------------------------------------------------------------------------86-89
13.UPS主要配件清单---------------------------------------------------------------------------------------91
14.附录---------------------------------------------------------------------------------------------------------95
附录1、UPS电源容量配置的计算方法-----------------------------------------------------------95-96
附录2、汤江牌蓄电池特点及使用注意事项----------------------------------------------------------97
附录3、蓄电池组在线监测终端按键操作要点-------------------------------------------------------99
附录4、UPS电源柜检修程序及技术标准------------------------------------------------------102-105
第一部分基本知识
1.UPS的基本知识
1.1UPS电源是什么电源。
“UPS”一是英文UNINTERRUPTABLE POWER SUPPLY不间断电源系统的简称,它是一种特种电源,在市电正常时,由电源经UPS向负载供电,在市电中断或出现故障时,由蓄电池经UPS向负载供电,由市电停止供电到电池供电的转换时间,在极短的时间内进行,其最短的时间可以做到μs数量级,最慢的速度亦<10ms内完成转换。
从而保证对电源要求严格的信息技术设备能安全工作,不至于数据的丢失和设备的损坏。
UPS电源随着计算机应用范围的不断扩大,要求UPS的容量也越来越大,目前国外已有上千KVA的UPS电源,国内生产一般在150KVA以下。
UPS电源的应用范围包括:
Ø通讯领域—通讯数据交换及卫星站;
Ø政府及国防部门―各级政府部门及部队;
Ø制造行业—用于制造及设计部门的计算机辅助设计、计算机辅助制造以及生产管理领域;
Ø交通行业—诸如航空、海运、陆运以及铁路、港口隧道等管理部门;
Ø公共设施—供水、供电、供气及排污部门;
Ø金融、银行、保险业—银行、金融、保险部门;
Ø医疗保健业—医院、诊所、手术室及相关部门设施;
Ø石化行业—煤油厂、化工厂、煤矿、石矿、油田及工艺相关业;
Ø商业零售及批发业—包括超级市场、商店、仓库及批发中心。
UPS电源制造的技术中引入微处理器、通讯接口及计算机编程软件技术,使得近年来所制造的UPS电源供电系统的控制功能趋于智能化管理,它对各类负载的适应力更强和整机的机能使用效率极高,并可对UPS电源的运行实行远程监控和异地自动故障诊断管理的实现,使得对UPS电源的控制和管理变得更加容易和便捷,所有这一切都体现在UPS电源的安全运行、可靠性更高(平均无故障时间‘MTBF’>可达30万小时以上)。
1.2UPS分类
1.2.1UPS按结构分类
1)后备式输出电压波形为方波
2)后备互动式输出电压波形为正弦波
3)在线式输出电压波形为正弦波
1.2.2UPS按输出容量分类(按国家标准分类)
1)微型在线式不间断电源:
额定输出容量3KVA以下;
2)微型非在线式不间断电源:
额定输出容量3KVA以下;
3)小型在线式不间断电源:
额定输出容量3-10KVA,不含10KVA;
4)中型在线式不间断电源:
额定输出容量10-100KVA,不含100KVA;
5)大型在线式不间断电源:
额定输出容量100KVA以上;
1.2.3按输入、输出电源相数分类
1)单进单出型(即单相输入,单相输出);
2)三进单出型(即三相输入,单相输出);
3)三进三出型(即三相输入,三相输出)。
1.3信息技术设备为什么要用UPS电源?
随着微型计算机应用的普及及和信息处理技术的不断发展,对高质量的供电提出了越来越严格的要求,在微型计算机运行期间供电的中断,将会导致随机存储器(CD-ROM)中数据的丢失和程序破坏,有时甚至会使磁盘盘面及磁头遭到损坏,造成难以弥补的损失。
微型计算机内部具有欠压保护电路,当电网欠压时,微型计算机靠储存在滤波电容器中的能量来维持工作,一般能持续维护半个周期(10ms)左右,为避免存储器中的数据丢失,这就要求一旦市电发生瞬时断电时,必须要有电源系统能在小于10ms的时间间隔内重新送电,以保证微机系统的正常运行。
交流电网的干扰问题是广大微机用户感到最头痛和棘手的问题之一,严重的电磁干扰常常会造成计算机的计算错误和数据丢失。
有些部门,曾由于电源故障而付出很大的代价,并导致设备的损坏。
如工业自动化过程控制系统、数据通讯处理系统、航空管理系统、医疗设备控制系统、精密测量系统等。
1.4当前UPS电源设备发展状况
为了满足这些部门的高可靠和高质量的供电要求,近十多年开发了不间断电源技术(UPS)电源技术。
当代UPS电源设备在如下几方面满足信息技术设备的要求:
Ø市电停电,UPS可以在小于10ms的时间间隔内重新送电
Ø具有电池充、放电的全自动管理功能
Ø具有电源管理监控、网络监控功能,实现UPS电源设备管理遥控、遥测、遥信的三遥功能,实现电源室无人值守。
1.5目前市场上销售量最大的三种类型UPS介绍
1.5.1具有方波输出的后备式UPS电源
其型号产品是1KVA以下的微型UPS(含家庭电脑用UPS电源),其主要特点是逆变器输出电压波形为方波。
对于这种UPS来说,当市电电源电压约在165—264V范围内,它向用户提供经变压器抽头调压处理过的一般市电电源,仅当市电电源电压低于165V或高于264V时,它向用户提供具有稳定特性的50Hz方波电源,由于它向用户所提供的交流电源是方波电源,并非正弦波电源,所以,在此条件下,不允许用户带电感性负载(例如:
电风扇,日光灯等)。
否则,不是造成UPS电源本身的逆变器烧毁,就会造成将用户的负载损坏的局面。
后备式UPS电源工作原理图如下图所示:
1.5.2输出波形为正弦波的互动式UPS电源
其结构类似于方波输出后备式UPS电源,一般称此种结构UPS为在线互动式UPS,本公司制造的CDS系列UPS电源则属于此类型。
对于这种UPS电源来说,当市电电源电压约在165—264V范围内,它向用户提供经变压器抽头调压处理过的一般市电电源,这种UPS,仅当市电电源电压低于165V或高于264V左右时,它才有可能向用户提供真正的“UPS逆变器高质量的正弦波”电源。
当市电供电时,这种UPS的逆变器承担起电池充电器的作用。
在线互动式UPS电源的工作原理如下图所示:
1.5.3输出波形为正弦波的在线式UPS电源
其结构的特征是市电正常,电源由市电供电经整流滤波再逆变成频率为50Hz的正弦波输出。
市电停电时,由电池供电,经逆变电路转换成频率为50Hz的正弦波输出。
对于在线式UPS电源来说,它向用户所提供的交流电源是电压变化率为±1%;频率变化率为±0.5%高质量的正弦波电源。
本公司提供给北京地铁、城铁信号电源系统、空军系统各部门的UPS电源均属于此类机型。
小型在线式UPS电源的工作原理图如下图示:
1.5.4三种典型UPS电源的主要性能
表1-1,三种典型的小型UPS电源的主要性能参数:
厂家
SANTAK
CHADI
CHADI
型号
UPS-500
CDS1K
CDP10K
输出功率
0.5KW
0.7KW
8KW
输入电压
220V
+12%
160~280V
220V±25%
160~280V
-20%
输入频率
50Hz±5%
50Hz±5%
50Hz±5%
输出波形
方波
正弦波,失真度5%
正弦波,失真度3%
输出频率
50Hz±10%
50Hz±0.5%
50Hz±0.5%
输出电压
220V±5%
220V+8%/-5%
220V±1%
输出电压瞬变特性
差
100%负载变动时±4%
100%负载变动时≤3%
过载能力
差
过载120%,10s
过载125%,10分钟;
150%,10秒钟
效率
0.8~0.85
≥0.85
≥0.85
电池供电时间(分)
全载5分钟半载
15分钟
全载6分钟
半载18分钟
25分钟
电池组
6Ah/12×2
7Ah/12×3
15Ah/12×16
转换电压
170Vac
150Vac
160Vac
工作方式
后备式
互动式
在线式
CPU(微处理)控制
无
带CPU
带CPU
切换时间
<10ms
无
无
1.6有关UPS电源的术语
1.6.1在线式不间断电源
由整流器、逆变器、蓄电池组成的一种电源设备,这种电源无论交流输入电源中断与否,电压、波形符合供电要求与否都能保证向信息技术设备提供符合要求的电源,这种电源设备输出的电压波形是连续的正弦波。
1.6.2非在线式不间断电源
由逆变器、蓄电池组组成的一种电源设备,这种电源能够在交流输入电源中断或电压低于预定值时自动取代交流输入电源向信息技术设备供电。
1.6.3电源效率
在额定负载情况下,电池已充满电荷时的输出功率与输入功率之比。
1.6.4负载功率因数
在理想正弦波电压情况下,有功功率与视在功率之比。
1.6.5动态电压瞬变范围
交流输入电压不变,负载从轻载到满载,从满载到轻载突变和输出为额定负载不变,交流输入中断或恢复供电时的输出电压变化量。
1.6.6瞬变响应恢复时间
从输出电压发生阶跃变化时起到恢复到稳定态时止所需要的时间。
1.6.7切换时间
由电网供电到电池供电或由电池供电切换到电网供电所需要的时间。
1.6.8备用时间
从交流输入电源中断切换到电池供电时起,在额定输出负载情况下,不间断电源保持向信息技术设备连续供电的时间。
此时间的长短与蓄电池的容量配置相关。
1.6.9旁路开关切换时间
从逆变器停止工作时起到电网直接供电时止或从电网直接供电时到恢复逆变器工作时止所需要的时间。
1.6.10输出电流峰值系数(又称波峰因数)
当输出电流中存在着周期性非正弦波电流峰值时,UPS所允许的最大非正弦波电流峰值与输出电流有效值之比。
1.6.11并机负载电流不均衡度
当两台以上(含两台)具有并机功能的UPS输出端并联供电时,所并各台中电流值与平均电流偏差最大的偏差电流值与平均电流值之比。
(注:
此项要求是对有并机功能的UPS提出的要求,本公司可以提供具有并机功能UPS电源,北京地铁一号线信号电源电源系统无此项要求。
)
1.6.12三相输出电压不平衡度
输出电压不平衡度是对三进三出UPS电源的输出电压的一项考核指标,特殊要求如下:
1)平衡负载电压<±1%;
2)50%不平衡负载电压<±3%;
3)100%不平衡负载电压<±5%。
1.6.13三相输出电压相位偏移
相位偏移是对三进三出UPS电源的输出电压相位的又一项考核指标,特殊要求如下:
1)平衡负载:
±1°
2)不平衡负载:
±3°
1.6.14其他术语
随着UPS应用范围的不断扩大,信息技术设备对UPS的要求也越来越高,特别在如下方面提出了明确指标和要求:
1)、电磁兼容限值(又称无线电干扰电压的限值)
a)电源端子干扰电压的限值;
b)辐射干扰场强的限值。
2)、遥控、遥测、遥信性能
a)通过监控软件实现对UPS电源运行参数进行远程控制和开、关机的
操作。
b)遥测:
三相输入电压、直流输入电压、三相(或单相)输出电压、三相
输入电流、输出频率、标称蓄电池电压(可选)、标称蓄电池电流(可选)等参数,进行远距离测量和记录。
c)遥信:
同步/不同步状态、UPS/旁路供电、蓄电池放电电压低、市电故
障、UPS故障等现象。
通过网管软件进行记录和远距离传送。
d)电池组智能管理功能:
UPS具有定期对`电池组进行自动浮充、均充转
换、电池组自动温度补偿及电池组放电记录功能。
3)UPS系统的可用性
a)子系统的可用性:
子系统的可用性的计算,按如下公式计算:
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