上海供电局信息系统台达UPS供电改造方案

摘要：

    结合本次供上海某供电局UPS供电系统改造工程实例，着重介绍了大中功率UPS输入、输出配电规范性的重要性及改造中应注意的细节问题。

    一、概述

    上海某供电局UPS供电局，负责上海某区的电力调度及监控，该供电局自启动数字化监控系统以来，前后经过两次UPS供电扩容改造，因负载容量逐步扩大，此次系统将进一步扩容，并对原有系统配电进行改造。同时由于设计施工不规范，系统存在重大隐患， 此次扩容需一并解决。

    1. 原系统配置

    如图一所示：该供电局配置两路市电，分别由交流进线屏1和交流进线屏2向UPS供电，两个交流进线屏间由一个手动切换屏，可以进行切换。1#UPS和2#UPS为M品牌的15KVA 1+1并机系统，3#UPS为A品牌UPS，设计容量为15KVA。交流进线屏1向3#UPS和2#UPS供电，交流进线屏向1#UPS供电。

    2. 系统存在的几个重大缺陷

    a. 1#UPS和2#UPS组成并机，但是分别由进线屏1（市电1）和进线屏2（市电2）分别供电，造成UPS转旁路时，并机系统会存在两路市电，造成短路，严重威胁整个系统安全。

    b. 由于1#UPS和2#UPS的交流输入分别来自不同回路的市电，可能出现其中一路交流输入故障，致使一台UPS工作于正常状态，另一台工作于后备状态，造成两套UPS逆变输出并机环流增大，负载均分误差增大，引发UPS故障。

    c. 如图二所示，整个存在一个共同的维修旁路（由K10、K11、K12组成）。由于三台UPS的交流输入分别来自不同两路市电，，所以存在不同市电回路短路的危险，真正维护时也无法实现不停电维护。同时也存在因人员操作，引起短路的危险。

图一、系统结构图

图二、原系统内部走线示意图

    二、客户需求

    1. 对现有UPS系统进行扩容，移除原有的3#UPS，新增两台30KVA UPS组成1+1并机，并对现有配电屏进行改造。

    2. 合理投资方案，同时减少占地面积。

    3. 設置一个共同的维护旁路，要求4套UPS能够同时维护检修。

    4. 在系统中留出一定余量的配置，供以后扩展需求。

    经与该供电局工程师进行详细沟通，并实地考察后，我司多名工程师，根据要求，拟制了一份详细的改造方案，方案涵盖了UPS设备选型，配电改造，施工等部分全部内容，其中UPS部分改造方案如下：

    1、 两路市电，经ATS切换屏后，二选一供给负载及UPS使用。

    2、 新增台达NT30KVA UPS两套（3#、4#）,组成1+1并机。

    3、 采用共用电池组方案，最大限度优化投资方案，同时减少空间占用。

    4、 所有UPS旁路取A相，保证任一时刻，并机系统内两台UPS均在同一路市电状态。

    5、 1#UPS、2#UPS组成的并机系统、3#、4#组成的并机系统分别设置一个维修旁路。两个维护旁路中间设一个联络开关，必要时闭合次开关，使所有UPS处于维修旁路供电状态。

    6、两路UPS并机输出配电屏，各预留一组C65-20断路器，预备后期系统负载扩容需求。

图三、改造后系统图

    四、改造后系统运行分析

    整改后的系统由一套15KVA 1+1并机和一套30KVA 1+1并机构成，两套系统各自向负载供电。

    以30KVA UPS并机为例。当市电正常时，两路交流电经ATS自动切换后，由UPS整流、逆变后向负载供电。当其中一路交流电故障时，ATS自动切换另一交流供电回路，由该回路向UPS提供能量。只有两个交流均异常时，UPS才利用电池组的能量，逆变输出交流电供给负载使用，保障负载的平稳安全运行大幅提高市电利用率，减少电池放电次数。

    正常工作时，两台UPS负载均分。当并联系统中的一台UPS发生逆变故障，此时由另一台UPS向负载供电。如果此时UPS负载总量超过30KVA，则两台UPS均自动切换至旁路供电，切换时间小于1ms，保证负载的无中断运行。当遇到UPS逆变器异常时（过温、过载、短路、电池放电终止等），逆变器自动锁机，此时如果备用电源正常，则负载转为备用回路供电状态。当逆变器异常排除后，则会自动切回主回路供电。

    系统设有手动维护旁路，当UPS需要检修或者维护时，两套并机系统可各自进入维修旁路状态，互不影响。当系统需要总检修是，可以按照UPS操作程序，把各台UPS切换至维修旁路状态，然后闭合1#、2#旁路开关、3#联络开关，即可使4台UPS内部全部断电，即可进行检修维护。检修完毕后，断开3#联络开关，再使UPS工作于维修旁路状态，再断开1#、2#旁路开关，然后按照UPS操作程序，重新开启UPS即可。

    方案中新增的两台30KVA UPS并机共用一套电池组，市电正常时，各UPS同时给电池组充电，市电异常或者中断时，各UPS又同时利用电池组的能量逆变成交流电供给负载。

    1. 台达NT系列UPS简介

    台达NT系列 UPS是专家精心研究为大型用户所设计，其主要应用领域为各种数据数据处理系统、电信系统、卫星系统、网络系统、医疗设备、安全紧急逃生设备、监控保全系统、各种工厂设备。

    台达NT系列UPS采用先进的IGBT高频切换正弦脉宽调变技术设计，使UPS供电质量好、效率高、热损耗小、噪音低、体积小及寿命长，同时采用模块化设计可降低平均修护时间(MTTR)，使维护工作更简便，藉由微处理器的数字化设计，简化复杂的模拟线路及大量减少零件数目，使系统更为安全可靠。

    为了强化UPS系统供电的可靠度，台达NT系列可提供两种高可靠运行设计方式：

    a. 利用双回路设计，将UPS连接成双机热备份(Hot-standby redundancy)。

    b. 利用双机并联回路设计(Parallel redundancy)—最多可8 台UPS并联冗余, 且无须外加并联控制卡。
智能型微处理器控制的多国语言及图形化LCD显示;可让使用者明确了解UPS运作模式整体状况，正确操作，确实管理及维护。内容包含有: 

    a. UPS系统运行状态图。

    b. 各种电气指标参数测量。 

    c. 设备的基本数据。

    d. 告警信息，事件记录。

    e. 参数修改设定。

    使用者并可透过不同的通信埠(RS232/RS485/SNMP/DRY CONTACT/ETHER NET等)直接连接计算机或透过网络进行远程监控，使微处理器对UPS各种诊断信号传送至计算机屏幕，使用者可直接在计算机上对UPS进行监视及控制，并集中控制管理，提升UPS的安全性， 节省人力资源。

    人性化设计使台达NT-系列UPS为使用者提供了可用性强的高质量电力，为广大信息用户的最理想守护神。  

    2. 台达NT系列UPS共用电池组技术介绍

图四、台达NT系列UPS共用电池组方案示意图

    台达NT系列UPS的整流器采用专门的CPU来控制，采集信号准确及时，驱动信号正确无误，抗干扰能力强。UPS具有自动均流功能，不但能保证每台UPS的三相输入电流一致，还能自动调整并联系统中各台UPS的整流器之间的电流差，使各整流器电压幅值一致，负载实时均分，以提高整个系统的安全性。台达NT系列UPS不论单机运行还是共享电池组，其直流电压稳定度都能达到<±1%。

    两台UPS共用电池组具有以下优点：

    a． 节省50%购买电池的资金投资，相应的搬运、安装等投资也会跟着减少。

    b． 节省安装空间投资，同时也就减少了房租、装修费、空调配置等方面的投资。

    c． 节省承重方面的投资。

    d． 节省运营成本和维护成本投资。

    e． 系统扩容比较方便，只加主机不加电池也可以。

    f． 发挥电池的最大效能，提高电池利用率

    六、结语

    经过改造后，整个系统供电可靠性大大提高，并且留足了余量，可供未来很长一段时间内负载的需求，有力的保障了该供电局的数字化建设进程。同时由于采用共用电池组技术，最大限度优化了电池投资，节约的大笔的电池投资及间接投资。■