IDC機房UPS供電系統(tǒng)存在的幾個問題梅蘭日蘭

1、idc機房ups供電系統(tǒng)存在的幾個問題目錄一、ups供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀與存在的問題二、it行業(yè)用戶關(guān)注的焦點-ups供電系統(tǒng)優(yōu)劣評價標(biāo)準(zhǔn)三、ups系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中存在的若干問題一、ups供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀與存在的問題1、關(guān)注硬件關(guān)注數(shù)據(jù)關(guān)注可用性關(guān)注適應(yīng)性建造方法：在供電系統(tǒng)中，簡單地加入ups 設(shè)備運行狀況：ups系統(tǒng)故障多于電網(wǎng)停電故障；2、受廠商和媒體的誤導(dǎo)，用戶選用ups的標(biāo)準(zhǔn)存在錯誤觀念追求高指標(biāo)；以功率等級確定指標(biāo)；以電路結(jié)構(gòu)形式確定指標(biāo)；忽視對電網(wǎng)的污染；忽視對可靠性指標(biāo)的考察；重設(shè)備忽視系統(tǒng)；穩(wěn)壓范圍問題；變壓器的功能、抗干擾和隔離問題；輸出功率因數(shù)問題；ups的雙輸入配置問題；長延時

2、ups備用電池和備用油機問題；市電冗余配置；雙總線ups的配置；3、安全性和可靠性是當(dāng)前ups供電系統(tǒng)最主要的問題可靠性的衡量方法與可靠性量化指標(biāo)：acac效率、輸出電流峰值系數(shù)、輸出電流浪涌系數(shù)(啟動)、輸出過載能力、輸出負(fù)載功率因數(shù)、三相負(fù)載不平衡能力；4、僅僅提高ups設(shè)備的可靠性，是不能從根本上解決整個供電系統(tǒng)的安全性和可靠性的系統(tǒng)故障總數(shù)中的5070%是由于配電系統(tǒng)中其它環(huán)節(jié)和設(shè)備的質(zhì)量問題、安裝問題、人為操作和維護問題引起的，或者由于這些問題而誘發(fā)ups產(chǎn)生誤動作乃至發(fā)生故障；一、ups供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀與存在的問題5、用戶感到困惑的事是，供電系統(tǒng)故障后，修復(fù)時間長且困難非標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)過

3、于復(fù)雜；產(chǎn)品供應(yīng)商反應(yīng)速度慢；維修人員的技術(shù)水平和工作經(jīng)驗不高；備件儲備和提供不理想；各種設(shè)備供應(yīng)廠商之間的互相推諉；6、ups已經(jīng)具備的智能管理和通訊功能沒有得到充分的發(fā)揮在實際的運行維護中，對ups的智能管理和通訊功能的應(yīng)用率大概只有20-30%。7、ups供電系統(tǒng)在設(shè)計上不規(guī)范，配置不盡合理，存在諸多隱患系統(tǒng)串連形成多個單路徑故障點；各種設(shè)備輸入輸出阻抗不匹配；存在輸入諧波電流大和啟動沖擊電流大的設(shè)備；傳輸線過長和布局零亂；系統(tǒng)中零地電壓差過大；零、地線系統(tǒng)設(shè)計和線纜選用不符合標(biāo)準(zhǔn)等；8、提高使用維護水平與提高ups技術(shù)水平同等重要維護水平不高；對ups監(jiān)測監(jiān)控信息和顯示功能不熟悉；選用

4、配置ups時的選型不當(dāng)；對ups運行時的常規(guī)維護要求執(zhí)行不嚴(yán)格等。9、當(dāng)前已建和正在設(shè)計建造的ups供電系統(tǒng)中，普遍存在適應(yīng)性、可擴充性、資源浪費和生命周期成本問題二、it行業(yè)用戶關(guān)注的焦點-ups供電系統(tǒng)優(yōu)劣評價標(biāo)準(zhǔn)1、集成一體化系統(tǒng)2、高可靠性、高可用性4、對ups設(shè)備性能指標(biāo)評定的標(biāo)準(zhǔn)變化3、系統(tǒng)可維護性和可擴展性二、it行業(yè)用戶關(guān)注的焦點ups供電系統(tǒng)優(yōu)劣評價標(biāo)準(zhǔn)1、集成一體化系統(tǒng) 解決設(shè)備多供應(yīng)商帶來的問題：結(jié)構(gòu)、連接、阻抗匹配、培訓(xùn)與維護、故障分析與修復(fù)等； 系統(tǒng)管理問題：供電、空調(diào)、環(huán)境、安全等集中管理； 提高供電質(zhì)量：設(shè)備質(zhì)量保證、減少系統(tǒng)單路經(jīng)故障點、便于維護、降低成本；降低

5、對系統(tǒng)的污染； 機房系統(tǒng)的集成一體化：一體化ups供電系統(tǒng)；空氣調(diào)節(jié)及氣流組織；供電、空調(diào)及環(huán)境參數(shù)的集中管理；機柜微環(huán)境的配電和空調(diào)系統(tǒng)；線纜鋪設(shè)、管理和地線系統(tǒng)；機房建設(shè)與裝修、機房安全等可靠度：可用性： tr (t ) = e1mtbf當(dāng)考察的時間工作時間tmtbf時mttrmtbf+ mtbfa =二、it行業(yè)用戶關(guān)注的焦點-ups供電系統(tǒng)優(yōu)劣評價標(biāo)準(zhǔn)2、高可靠性、高可用性失效率： = n / n s (t 1 t 2 )式中：ns試驗開始時正常工作的樣品數(shù);n在運行（t1-t2）時間間隔內(nèi)出現(xiàn)故障的樣品數(shù)；tmtbfmttr= 1 tr ( t ) 1 平均維護時間：二、it行業(yè)用戶

6、關(guān)注的焦點-ups供電系統(tǒng)優(yōu)劣評價標(biāo)3、系統(tǒng)可適應(yīng)性和可擴展性在原設(shè)計規(guī)模范圍內(nèi)，按需要逐漸配置擴展，以降低一次性投入和運營成本；適應(yīng)it技術(shù)進步和用戶業(yè)務(wù)量的變化；預(yù)計生命周期：1015年實際生命周期：58年生命周期縮短的最重要的原因是不可預(yù)計的變化，包括it技術(shù)進步和設(shè)備更新、業(yè)務(wù)量和業(yè)務(wù)性質(zhì)的變化；二、it行業(yè)用戶關(guān)注的焦點-ups供電系統(tǒng)優(yōu)劣評價標(biāo)準(zhǔn)4、對ups設(shè)備性能指標(biāo)評定的標(biāo)準(zhǔn)的變化ups的各項輸出電性能指標(biāo)，已經(jīng)不再是影響負(fù)載正常運行的因素和購置時衡量性能優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)了。新的衡量標(biāo)準(zhǔn)：輸入有源功率因數(shù)校正：輸入功率因數(shù)：0.99； 有冗余并機功能和可熱插拔在線維護功能； 先進

7、的智能管理技術(shù)； 強勁的輸出能力和可靠性； 良好的系統(tǒng)配置能力；三、ups系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中存在的若干問題1、計算機類負(fù)載對ups電性能指標(biāo)要求不高2、隔離變壓器在供電系統(tǒng)中的功能3、如何配置雙市電輸入4、雙總線系統(tǒng)的單路徑故障點與新的配置方法5、冗余系統(tǒng)中再冗余對可用性的影響6、ups輸出功率因數(shù)與實際帶載能力7、關(guān)于ups輸入電壓變化范圍8、ups輸入電流諧波污染與抑制方法9、長延時系統(tǒng)中的電池與油機10、機房接地問題11、it系統(tǒng)交流輸入環(huán)節(jié)不能加漏電保護器性能指標(biāo)電壓穩(wěn)定精度波形失真度三相電壓不平衡度頻率變化范圍市電掉電時轉(zhuǎn)換時間（ms）市電掉電后維持供電時間市電恢復(fù)后電池再充電能力抗干

8、擾能力計算機類負(fù)載的要求15%10%（峰值變化10% ）5%（48）% pf2 ups輸出能力由負(fù)載無功功率決定；pf1 pf2 ups輸出能力由負(fù)載有功功率決定； ups可在與負(fù)載功率因數(shù)不匹配情況下工作，但逆變器脫離最佳工作狀態(tài)，可靠性降低； ups帶單臺負(fù)載時，負(fù)載功率因數(shù)低，帶多臺負(fù)載時，負(fù)載功率因數(shù)高；負(fù)載功率因數(shù)ups額定功率100kvaups最佳負(fù)載功率因數(shù)0.60.70.80.91.00.6有功功率（kw）6053.354532.620無功功率 （kvar）ups輸出功率 （kva）8010071.489.13607543.554.37000.7有功功率（kw）607058.8

9、42.60無功功率 （kvar61.271.46043.50ups輸出功率（kva）85.71008460.900.8有功功率 （kw）607080580無功功率（kvar）4552.56043.50ups輸出功率（kva）7587.510072.500.9有功功率（kw）607080900有功功率（kw）607080900ups輸出功率（kva）66.6777.7888.8910001.0有功功率 （kw）60708090100無功功率（kvar）00000ups輸出功率（kva）60708090100在不同實際負(fù)載功率因數(shù)下ups的輸出計算容量表達(dá)形式為： p w輸出電壓與電流相移不明顯，

10、cos ?1 接近1；pwpspf = cos ?p s=pf = cos ? 1 = r cos ? 1i 1irvi 1 cos ? 1vi r對計算機類型的負(fù)載，輸入為整流濾波電路，功率因數(shù)的輸出電流不是正弦波，而是脈沖波；輸出電流波形嚴(yán)重失真，富含高次諧波成份；在電壓為正弦波的情況下，無功功率主要由高次電流諧波形成；電流峰值系數(shù)為3-5，而正弦波峰值系數(shù)為1.41；ups輸出能力主要由過載能力決定,高峰值系數(shù)可能造成逆變器過載；所以輸出100kva,pf=0.8的ups,不保證可帶有功功率80kw, pf=0.8的計算機負(fù)載 ；ups的實際帶載能力輸出功率因數(shù)傳統(tǒng)表達(dá)形式：輸出功率因數(shù)

11、完全是由負(fù)載電壓與電流的相移決定的；對輸出100kva,pf=0.8的ups,可帶80kw 純電組性負(fù)載；三、ups系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中存在的若干問題7、關(guān)于ups輸入電壓變化范圍輸入電壓范圍小的缺點：不能保證電池總是能夠處在飽滿的能量備用狀態(tài)解決辦法一：加大ups允許的輸入電壓變化范圍，例如2025%，這樣做會帶來下面三個問題：在電網(wǎng)電壓長時間偏高或偏低時，使ups失去執(zhí)行轉(zhuǎn)旁路運行的功能。ups可靠性大幅度降低，帶靜態(tài)旁路功能的ups的mtbf為15萬小時，失去轉(zhuǎn)旁路功能后，mtbf降到幾（例如3）萬小時。當(dāng)電網(wǎng)電壓長期處于偏高或偏低狀態(tài)時，ups逆變器（ac/dc、dc/ac）也就長期工作在

12、邊緣狀態(tài)。會使逆變器負(fù)荷加重，工作狀態(tài)惡化，可靠性降低。電網(wǎng)電壓長期處于偏低狀態(tài)時,電池處在放電狀態(tài).解決辦法二：在ups 前級加交流穩(wěn)壓器三、ups系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中存在的若干問題8、ups輸入電流諧波污染與抑制方法諧波的問題:單相輸入整流器輸入電流市電輸入（a）單相輸入整流電流波形6脈沖整流器輸入電流市電輸入（b）6脈沖輸入整流電流波形12脈沖整流器輸入電流市電輸入（c）12脈沖輸入整流電流波形pfc校正輸入電流市電輸入（d）pfc（高頻）輸入整流電流波形pf = = cos ? 1 = r cos ? 1四、ups系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中存在的若干問題8、ups輸入電流諧波污染與抑制方法諧波的問題

13、:(1),諧波形成無功功率p s = (v1rms i1rms cos ?1 ) + (v2 rms i 2 rms cos ? 2 ) + + (vnrms i nrms cos ? n )nsin( n t + ? n ) i n sin( n t + ? n ) d t = 0122 v0(2), 諧波電流是ups輸入功率因數(shù)低的主要原因?qū)τ嬎銠C類型的負(fù)載，輸入為整流濾波電路，功率因數(shù)的表達(dá)形式為：p wp si 1i rvi 1 cos ? 1vi r2pwps cos ?1pf =11 + thdi= r cos ?1 =(輸入電壓為正弦波)基波三次諧波02 0/32 /34 /35

14、/32 l1l2l3三相的三次諧波在零線中疊加(3), 三次諧波在零線中疊加四、ups系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中存在的若干問題8、ups輸入電流諧波污染與抑制方法p i r (4),輸入功率因數(shù)低是降低電能利用率和系統(tǒng)工作效率低的原因之一221cos ?(5),電流峰值因數(shù)對供電設(shè)備和傳輸導(dǎo)線容量的影響對ups容量的影響對傳輸線和開關(guān)觸點的影響i=20ai=10a100r200r四、ups系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中存在的若干問題8、ups輸入電流諧波污染與抑制方法(6),系統(tǒng)自污染非線性負(fù)載諧波源諧波失真感性分量主低壓開關(guān)柜第2級分開關(guān)柜末級開關(guān)柜系統(tǒng)輸入設(shè)備電纜電纜、開關(guān)電纜、開關(guān)電纜、開關(guān)諧波電流通過傳輸阻抗

15、形成諧波電壓電源諧波失真阻性分量變壓器、發(fā)電機類三、ups系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中存在的若干問題8、ups輸入電流諧波污染與抑制方法(7),系統(tǒng)污染諧波電流通過傳輸阻抗形成諧波電壓同（異）部電機：轉(zhuǎn)子局部過熱、定子零件過熱、輸出功率降低、震動與躁聲；變壓器：引起硅鋼片、金屬緊固件及外殼發(fā)熱、輸出功率降低、震動與躁聲；電容器：介質(zhì)局部放電和熱老化、機械震動；電纜：絕緣局部放電和溫升、縮短壽命；消弧線圈：延時或阻礙消弧作用；短路器：降低遮斷能力，延緩甚至阻礙吸弧，有時損壞短路器；避雷器：涌流延緩其放電時間，可能導(dǎo)制損壞；換流裝置：使燃弧間隔不勻，個別不能運行；電壓互感器：可能引發(fā)參數(shù)諧頻諧震而損壞；電力系

16、統(tǒng)：損耗增大，降低安全；計算機謠控、數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋阂饠?shù)據(jù)丟失、誤顯示、誤動、誤傳、元件損壞；電能表：增加誤差，增大供電線損率；自動裝置、集成線路板：導(dǎo)制誤判斷、誤動、誤控制等；繼電保護：引起誤啟動、誤跳閘、拒動、損壞，引起事故或擴大事故；通信系統(tǒng)：引起電話雜音，有時出現(xiàn)過電壓；其他常規(guī)表計：增加誤差，造成基波值大于實際值的錯覺。三、ups系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中存在的若干問題8、ups輸入電流諧波污染與抑制方法三、ups系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中存在的若干問題8、ups輸入電流諧波污染與抑制方法對ups輸入高次電流諧波抑制方法：（1）、被動式加無源濾波器加有源濾波器（2）、輸入高頻整流（pfc）典型的無源濾波器

17、設(shè)置輸入濾波器是為整流器添加一個諧波陷阱，使ups輸入電流中的諧波成分在這里分流。調(diào)節(jié)電感l(wèi)2和電容c使該分路的諧振頻率與待取消的諧波頻率相同。l1用于換向目的，并確保市電基波電流不被分流，以防止由于陷阱設(shè)計而引發(fā)其他電路設(shè)計問題。一個被調(diào)至6次諧波頻率的陷阱電路可用于削弱6脈沖整流器電路中的5次和7次諧波成分，從而可使thd從34%降至10%。四、ups系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中存在的若干問題8、ups輸入電流諧波污染與抑制方法混合型并聯(lián)有源濾波器標(biāo)配ups并聯(lián)有源濾波器sineware市電輸入無源濾波器四、ups系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中存在的若干問題8、ups輸入電流諧波污染與抑制方法一般高頻整流有源濾波電

18、路功率因數(shù)校正電路-pfc四、ups系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中存在的若干問題8、ups輸入電流諧波污染與抑制方法9、長延時系統(tǒng)中的電池與油機ups供電系配置長延時蓄電池組時，存在以下幾個問題：1, 外配長延時蓄電池的后備時間不確定,最終不能確保不出停電供電；2, 市電中斷現(xiàn)象很少（rs1=99.9%),對蓄電池維護工作量大且困難；3, 長延時蓄電池配置的成本高：一次性購置成本維護附加成本蓄電池更換成本二、ups系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中存在的若干問題三、ups系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中存在的若干問題10、機房接地問題機房接地原則：（1）一點接地（2）等電位接地供電系統(tǒng)1供電系統(tǒng)2it系統(tǒng)1it系統(tǒng)2電源地信號地屏蔽地tn-c接地系統(tǒng)(適用三相平衡負(fù)載)tn-s接地系統(tǒng)tn-c-s接地系統(tǒng)it接地系統(tǒng)(浮空)進戶前進戶后tt接地系統(tǒng)(保證pe 不帶電)接地原則及類型電源火線電源零線電源接地線數(shù)字電路數(shù)字地線模擬電路模擬地線繼電器電路電源電路功