石化院分析實驗室UPS選型設計方案

一、不間斷電源簡介

不間斷電源特點主要有以下幾個:  

1、市電中斷的情況下，能利用自身所帶的蓄電池通過逆變器，將直流電轉換為380V或220V交流電給負載系統供電，保證精密儀器及網絡系統能正常運行。  

2、對市電有穩壓作用，能在電網電壓波動時穩定電壓。  

3、能抑制電網中電力諧波干擾、電壓瞬間跌落、高壓浪涌、電壓波形畸變、電磁干擾等電力污染。為精密儀器、計算機及其它設備提供電壓穩定、波形純正的電力供給，保證精密儀器、計算機及網絡系統的正常工作和數據不受干擾。  

4、高可靠性：對于一套高質量UPS供電系統來說，它應具有如下特性: 系統應具有能提供365×24連續提供高質量的UPS逆變電源的供電能力。這就意味著，在UPS供電系統的運行中，既不允許出現任何瞬間供電中斷/停電事故，也不允許出現由普通的市電經交流旁路直接向用戶負載供電的情況。

5、要求UPS供電系統應滿足如下要求: UPS單機本身的故障率低，因此目前大型UPS產品的平均無故障工作時間(MTBF)為20萬～40萬小時。  

6、采用具有高度容錯功能的“N+1”型UPS冗余并機系統來進一步提高UPS供電系統的可靠性(“N+1”型冗余并機系統的典型MTBF值可達140萬～200萬小時)。  

7、在整套UPS供電系統中，不應存在單點瓶頸故障隱患。允許在UPS逆變電源連續供電的條件下，執行不停電的維護和檢修操作。萬一在用戶設備端出現短路故障時，應將故障的影響縮小到盡可能小的范圍。  

5、高抗干擾性：

UPS供電系統能使設備獲得高“可利用率”，并可為其創造優良的運行環境。大量的運行實踐表明:電源干擾問題是造成設備的“可利用率”下降的重要原因之一。在此需說明的是:電源干擾不僅來源于普通的市電電網，它還來源于設計不完善的UPS本身及用戶的設備本身。這是因為配置在IDC和MDC機房內的服務器、磁盤陣列機和交換機等均內置有開關電源，這種整流濾波型非線性負載會向UPS供電系統反射3～23次低次諧波干擾，可能帶來降低話音質量的后果。實踐證明，過大和過頻地出現電源干擾，輕者會導致傳輸速率下降，網絡服務器的數據丟包率增大等隱性故障，從而導致設備被迫進入“降額使用”狀態，嚴重時會導致網絡癱瘓。 由此可見高速信息網絡技術的迅猛發展，因此對不間斷電源行業質量提出更為嚴格的要求。

二、UPS結構組成及各部件的功能。

 1、UPS組成一般分為輸入、輸出配電柜；UPS主機；蓄電池組三個部分。

 2、輸入配電柜作用是變壓器輸出給UPS的電裝系統，及后期擴容的控制系統，旁路維修開關；輸出配電柜為UPS經過逆變后輸出純凈的電源，經過各回路控制開關輸送給所需要的負載，別名饋電柜。

 3、UPS主機作用是經過逆變輸出凈化、穩定的電流給負載供電，UPS功率KVA的大小來決定帶動負載能力的，

 4、電池組的功能主要是儲存電能，儲存電量的多少與電池組容量的大小成正比。

三、現需配置UPS的作用

    眾所周知，市電電網中充斥著各種問題，如供電非正常中斷、瞬間閃斷、電壓浪涌、電壓不穩、波形畸變、頻率飄移、持續過壓等，這都可能造成計算機網絡及儀器輕則通信失敗；重則數據丟失或設備損壞。對企業正常經營和生產帶來嚴重的影響甚至災難性的后果。將貴單位分析實驗區IT設備、實驗儀器統一由一套N+1冗余 UPS供電，就可免除以上系列問題。

四、大功率UPS供電的優勢

可避免重復建設，節省資金；在非集中UPS供電的情況下，各實驗區按其自己的需求，各自配置UPS或穩壓器，造成大量采購電源設備，UPS容量浪費，資金的浪費。分散的配置也同時占用了大量的實驗場地，帶來操作管理上的分散，也存在安全上的隱患；在集中式UPS供電的情況下，各實驗區需要的不間斷電源，都由其集中輸送，不再需要另外配置小功率的電源設備，節省實驗區的空間，使實驗環境更為簡潔雅觀。另外用戶只需對一組UPS管理便可。伊頓智能型和高穩定性的UPS，也將對維護工作提供輕松和方便。通過R232接口和專用的SNMP網絡適配器連接，再由適配器上網，系統管理員可以通過網絡管理軟件對UPS進行管理。借助UPS遠程監控，管理人員可以在局域網或廣域網，對UPS進行監控，查詢其運行的參數，可以圖形或數字方式顯示UPS輸入、輸出電壓、負載情況、電池容量、機內溫度、市電頻率，以及UPS的基本信息和工作狀態。同時UPS可以通過手機短信的方式，將電源出現異常的參數發送到管理員的手機上，以便及時掌握信息、并及時排除故障和隱患。

五、分析試驗區用電量統計表：

六、電源容量的選配

在分析試驗區用電高峰期，經我公司三次實地測量,2016年6月12日下午3點15分用電量為9.59KW;2016年6月14日上午10點10分用電量為18.96KW、2016年6月15日上午10點50分用電量為14.39KW,三次每個實驗室取最大值用電量為20.14KW;但這個測量是實驗時正常用電，沒有考慮感性設備啟動電流瞬間增大，后期設備開機量增多，UPS帯載設定在70%以內，根據以上表格統計數據得出現有儀器用電量最大值為176KW。結合各種因素考慮，選用一套N+1伊頓93E-200KVA輸出功率在180KW較為合理，（并機可達360KW），如后期所需電源功率（包含瞬間）超過180KW時，只需增加1臺同型號UPS主機2N+1進行二期擴容即可。前期施工都會預留擴容所需的電纜、開關、空間等問題。電氣電裝系統圖參考圖紙UPS1-1。

七、伊頓93E系列產品概述

    伊頓UPS家族93E系列(20-400kVA)被追捧為新一代電力保護系統“利刃”。作為一款專為精密儀器、數據中心量身定制的供電系統產品，93E系列是伊頓為中、大型關鍵工業控制系統打造新型綠色環保、管理簡便、經濟實用、安全可靠的電力保護系統的最新成果，為大眾詮釋了伊頓精煉高效、經濟實用、安全可靠的新型不間斷電源服務新主張。

八、關于伊頓

伊頓是一家世界500強多元化的動力管理公司，致力于提供高效節能的解決方案，幫助客戶更有效的管理電力、液壓和機械動力。作為全球技術領導者，伊頓于2012年11月收購了庫柏工業集團。2012年伊頓和庫柏兩家公司的總銷售額為218億美元。伊頓擁有約10.3萬名員工，產品銷往175個國家和地區。如需進一步了解信息，可以參考我公司提供貴單位紙質技術資料。

九、 UPS電池的種類

1、防酸隔爆鉛酸蓄電池，這種電池在早期的UPS系統中使用較多，只要維護得當，會有較長的使用壽命，但由于在運行中存在大量的電解液水分散失，需經常性地測量電解液的溫度、密度，往電池內部添加蒸餾水，維護工作量極大，現在的UPS系統中已很少配用。

2、閥控式密封鉛酸蓄電池(VIQLA)

 因其體積較小，密封性能好、絕少維護而被廣泛應用于各類UPS電源中。VRLA防止電池內部電解液流動有兩種技術方法：一種技術是將硫酸電解液與SIO：膠體混合后充滿電池內部，制成膠體電池(簡稱GEL)。這類產品產量較低，約占VRLA電池總量的15％ ；另一種技術是利用超細玻璃棉將電解液不飽和地吸附住，制成吸液式電池或貧液式電池(簡稱AGM)。由于后者具有較好的大電流放電性能，在UPS系統中較多采用，國內廠家也大多生產AGM 蓄電池。

3、一般閥控式密封鉛酸蓄電池工作過程中陽極產生氧氣，而陰極尚未變成海綿狀鉛，亦即尚未充電完成，所以并未產生氫氣，此時陽極產生之氧氣迅速與陰極作用還原成水，是故水份不損耗，此即閥調式鉛酸電池免保養理由。

十、 UPS電池的容量選擇

1、蓄電池容量的確定是UPS 系統設計的重要內容。過高和過低的電池容量對于UPS 系統的運行都是不利的。容量過高，則增加投資成本，且易導致電池小電流深放電，造成電池永久性的損壞；容量過低，則不能滿足負載不間斷供電的要求，且大電流的充放電將縮短電池使用壽命。所以，正確選擇與UPS 容量和負載容量相適應的蓄電池容量是控制UPS 系統投資成本，保證不間斷供電可靠性的關鍵。

2、UPS電池后備時間確定的主要依據是市電供電類別。不同的供電類別，蓄電池的后備時間是不同的。一類市電供電的UPS，可按后備時間0.5 h- 1 h配置；二類市電供電的UPS，可按后備時間1 h- 2 h配置；三類市電供電的UPS，可按后備時間2 h-8 h配置；四類市電供電的UPS，可按后備時間8 h-10 h配置。然而，電池后備時間受電池成本、安裝空間、回充時間等因素的限制，大多數UPS電池后備時間以不超過4h為宜。在電力環境較差、停電較頻繁的地區，可以采用UPS與發電機配合供電的方式，提高UPS供電可靠性。

十一、蓄電池品牌型號的選擇

1、結合以上蓄電池的描述我們應選擇性價比好、知名度高、性能優越、壽命較長的國內一線產品。

2、理士蓄電池DGM12200具有長壽命特性:采用耐腐蝕性高的板柵合金和活性物質配方，同時采用先進生產工藝及特殊的結構設計、獨特的氣體再化合技術和緊裝配技術，使蓄電池的使用壽命更長。

3、可靠的密封結構：理士蓄電池具有獨特的密封結構，2V系列電池端子采用三層密封技術、12V系列蓄電池端子采用兩層密封技術，以確保蓄電池在使用過程中不會漏液和爬酸，對環境無污染。蓄電池可臥放、立放使用。因蓄電池的密封結構，能將產生的氣體再化合成水，在使用的過程中無需補水維護。

4、高能量密度設計：理士蓄電池采用了特殊的工藝結構設計和緊裝配技術，具有較高的體積比能量的重量比能量。

5、具有高容量特性：理士蓄電池DGM12200極板采用獨特的活性物質配方，使蓄電池具有較高的容量，保證蓄電池在3次循環之內達到并超過100％額定容量。

6、較低自放電特性：理士蓄電池采用了高純度的原材料和添加劑，并采用嚴格的制程品質控制，使蓄電池在存儲或不使用時自放電率小于2%/月。電池的原材料-鉛，其純度達到99.996%，采用國內鉛業龍頭企業生產的1#電解鉛。

7、安全可靠的防爆排氣系統：理士蓄電池DGM12200采用獨特的防爆排氣結構，能保證蓄電池在運行過程中安全可靠。即使蓄電池在非正常使用時，也不會出現因壓力過大造成電池外殼鼓脹爆炸現象。

8、導電性好：導電性能優良，使蓄電池可大電流放電。

9、超強的深放電恢復能力：理士蓄電池極板活性物質和電解液添加了獨特的添加劑，使電池深放電至0V，2周內以不大于0.3CA的初始電流限壓2.35/Cell進行充電，可恢復至容量的90％以上。

10、專業和規模化的生產能力：專業生產鉛酸蓄電池，在國內有五家生產工廠，產能超過350萬千伏安時。

11、多項專利技術：理士蓄電池DGM12200擁有多項自主專利技術，使蓄電池性能更加穩定可靠。

十二、日常使用維護的注意事項：
1、UPS的使用環境應注意通風良好，利于散熱，并保持環境的清潔；
2、UPS的輸出負載控制在70%左右為最佳，可靠性最高。
3、適當的放電，有助于電池的激活，如長期不停市電，每隔三個月應人為斷掉市電用UPS帶負載放電一次，這樣可以延長電池的使用壽命；

4、如需了解更多理士股份請參考我公司提供的紙質資料。

十三、蓄電池的配置數量

   結合實驗區的用電規律及用電容量：配置2組*40節DGM-12200蓄電池，合計80節。

十四、蓄電池組電池開關選擇：

每一臺UPS應配置一個3P直流開關，直流分量電壓應不低于500V,額定電流應不小于400A。直流配電型號EBCB-93_X-160-200 。

十五、總輸入輸出電纜選型：

   根據現場供電條件，鋪設距離來考慮。總進線電纜應選用A、B、C、N相不小于185mm^2,,地線應不小120mm²；接近型號應選YJV4*185+1*120。

十六、蓄電池連接電纜的選擇：

   蓄電池電纜應選用柔性較好的BVR電纜1*120，蓄電池與蓄電池間的跨渡線應采用截面不小于120mm²銅排進行串聯。

十七、配電柜的選用：

   按伊頓UPS電源配電柜標準配備SPM-93MX160-200-3。

十八、靜電地板的選用：

   向利陶瓷防靜電地板規格600mm*600mmm*35mm; 大約100平米。

十九、承重架的選用：

    由于UPS電源設備較為笨重總設備重量大約在6.3噸左右。應采用方形鋼規格在60mm*60mm*5mm；由工廠焊接成型磷化、噴塑工藝現場固定安裝。

 北京偉亞達電子科技有限公司（技術部)

                                                   2016年12月13日

      設計：王克軍              審核：任亞文               審定：丁柏林

后附：UPS設備間平面布置圖：