梁峰銘 陳麗珍 余夢瑩

（廣東省湛江市氣象局 廣東湛江 524001）

預(yù)警中心與通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房雙UPS供電系統(tǒng)應(yīng)用

梁峰銘 陳麗珍 余夢瑩

（廣東省湛江市氣象局 廣東湛江 524001）

湛江市突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心是近年新建的預(yù)警信息發(fā)布平臺(tái)，氣象通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房與預(yù)警信息發(fā)布中心位于樓層是上下樓關(guān)系，因此在氣象通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房增加一臺(tái)UPS供電系統(tǒng)給預(yù)警信息發(fā)布中心所有設(shè)備供電，同時(shí)將原通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房UPS電源與預(yù)警信息發(fā)布中心UPS電源做互備供電，手動(dòng)切換。

雙UPS；供電系統(tǒng)；容量；電池；互備供電

現(xiàn)代化通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在氣象方面已廣泛應(yīng)用，湛江市突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心是近年新建起的突發(fā)事件預(yù)警信息綜合發(fā)布平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)通信及數(shù)據(jù)傳輸要求24h不間斷，這就對通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房供電穩(wěn)定及質(zhì)量及對預(yù)警中心可靠供電提出了越來越高的要求，由此在通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房中安裝雙UPS（不間斷電源）供電系統(tǒng)變得優(yōu)為重要。UPS正常使用相互獨(dú)立，任一個(gè)出故障時(shí)可手動(dòng)切換正常的UPS給故障一方供電。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的UPS供電系統(tǒng)能給負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定供電能源，然而在實(shí)際應(yīng)用中，許多問題又往往是UPS供電系統(tǒng)本身引起的。因此，建立一個(gè)合理的、安全、穩(wěn)定的UPS供電系統(tǒng)成為網(wǎng)絡(luò)通信是否穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸是否保證的問題。本文對雙UPS供電系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用角度進(jìn)行探討。

1 通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房雙UPS供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)際負(fù)載容量與前級(jí)供電系統(tǒng)的要求

UPS可以向負(fù)載提供穩(wěn)壓精度高、頻率穩(wěn)定、波形失真度小的高質(zhì)量電源，并且在與靜態(tài)旁路切換時(shí)可以實(shí)現(xiàn)無間斷供電。UPS的輸出能力必須達(dá)到或超過負(fù)載需要才能保證正常供電。通常電氣設(shè)備的負(fù)載容量稱為視在功率，用S表示，單位VA。視在功率包含有功功率P（單位W）和無功功率Q（單位Var），其大小的關(guān)系是S2=P2+Q2。這里我們將有功功率與視在功率的比值稱為功率因數(shù)，純阻負(fù)載的功率因數(shù)為1，容性負(fù)載的功率因數(shù)一般在0.6～0.7。前級(jí)供電電壓及頻率應(yīng)穩(wěn)定在正常值范圍內(nèi)，大容量UPS主機(jī)輸入電壓范圍為380V±15%。電壓過低將使蓄電池頻繁放電長期處于欠壓狀態(tài)而縮短壽命；電壓過高使逆變器損壞。旁路輸入電壓和頻率波動(dòng)為額定電壓的±10%和額定頻率的±5%，前級(jí)供電系統(tǒng)將UPS供電電源采用獨(dú)立的供電回路。配備功率夠大的發(fā)電機(jī)組以解決較長時(shí)間停電的問題。其容量應(yīng)考慮不少于UPS電源額定輸出功率的1.5～2倍，以保證發(fā)電機(jī)輸出電壓、頻率和波形正常。

1.2 負(fù)載的類型

因不同類型的負(fù)載其有功功率和無功功率的比例不同，UPS需向負(fù)載提供足夠的有功功率和無功功率。計(jì)算機(jī)類負(fù)載UPS可以輸出額定功率，有阻性負(fù)載或電感性負(fù)載則影響UPS的輸出功率，要加大UPS容量。在計(jì)算負(fù)載容量時(shí)以W值表現(xiàn)功率的阻性、感性負(fù)載應(yīng)折算成VA值，計(jì)算方法：阻性負(fù)載VA值=W÷0.7；感性負(fù)載VA值=W÷0.3。

1.3 容量使用率和容量確定

各種開關(guān)電源類的非線性負(fù)載沖擊電流大，這時(shí)UPS容量過小而長期重載運(yùn)行容易出現(xiàn)波形失真易造成輸出末級(jí)功率器件過流、發(fā)熱量大影響系統(tǒng)可靠性。UPS容量過大帶很小的負(fù)載雖有利于可靠性，但在市電長時(shí)間停電時(shí)電池小電流放電而損壞。UPS建議容量使用率控制在0.6～0.8。根據(jù)負(fù)載容量及性質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)腢PS可保證UPS的供電質(zhì)量降低故障率，UPS容量的確定主要是要滿足當(dāng)前負(fù)載的需要。大部分UPS生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品說明書中所給的輸出功率都是指負(fù)載功率因數(shù)為0.8時(shí)的值，而UPS實(shí)際可帶的負(fù)載量是與負(fù)載功率因數(shù)密切相關(guān)的。當(dāng)負(fù)載為純電阻性或電感性時(shí)，逆變器在額定視在功率下其有功功率將有所下降。所以在考慮UPS容量時(shí)，對不同的負(fù)載功率因數(shù)要進(jìn)行功率折算。對于沖擊類負(fù)載，只要負(fù)載的峰值系數(shù)在UPS允許的范圍內(nèi)，UPS基本上可以輸出額定功率，對于電阻性或電感性負(fù)載，則需酌情加大UPS容量。目前一些UPS廠家推薦，UPS負(fù)載量不宜長期超過其額定容量的80%。

1.4 選用適當(dāng)?shù)腢PS蓄電池

市電停電后能利用UPS向所有設(shè)備供電，蓄電池的選擇尤為重要。通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房UPS電源的蓄電池繼電時(shí)間應(yīng)大于啟用發(fā)電機(jī)組正常供電所需時(shí)間，選用質(zhì)量好的12V100AH蓄電池，繼電時(shí)間為1.5h，要求市電停電后30min內(nèi)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組正常供電。蓄電池組安裝在蓄電池柜內(nèi)，防積塵易維護(hù)。

2 通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房雙UPS供電系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

2.1 通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)所有設(shè)備負(fù)載容量統(tǒng)計(jì)

表1 通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房的設(shè)備情況

2.2 預(yù)警信息發(fā)布中心所有設(shè)備負(fù)載容量統(tǒng)計(jì)

表2 預(yù)警信息發(fā)布中心的設(shè)備情況

2.3 各負(fù)載容量計(jì)算

因?yàn)橛?jì)算機(jī)類負(fù)載均為非線性負(fù)載，其功率因數(shù)為0.6～0.7，而峰值電流系數(shù)大致為2.53，因此，UPS的額定輸出容量為（取負(fù)載功率因數(shù)為0.65）。

功率計(jì)算公式：功率（W）=電流（A）×額定電壓（220V），通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房負(fù)載容量計(jì)算：P=（25.8×220）/0.65=8.75kVA，預(yù)警信息發(fā)布中心負(fù)載容量計(jì)算：P=（24.7×220）/0.65=8.36kVA，由一臺(tái)UPS電源給兩個(gè)地方供電的負(fù)載功率為：8.75kVA+8.36kVA=17.11kVA。

2.4 銅線的負(fù)載電流計(jì)算

用三相交流電功率的公式，將電流求出，公式：P（電功率）=√3×380（三相電壓）×（I電流）×cosφ，公式中cosφ為電感負(fù)載的無功損耗，取常數(shù)0.85，√3=1.732。將電流 I推導(dǎo)出來，I=P（功率）/√3×380×0.85（cosφ），線徑公式：d=0.8×√I，截面積求出來（半徑×半徑×3.14）。

由計(jì)算公式算出以下銅線的負(fù)載電流：

2.5 mm2銅電源線的安全載流量28A。

4mm2銅電源線的安全載流量35A。

6mm2銅電源線的安全載流量48A。

10mm2銅電源線的安全載流量65A。

16mm2銅電源線的安全載流量91A。

25mm2銅電源線的安全載流量120A。

由上可選用2OkVA三相進(jìn)二相出的UPS，蓄電池16節(jié)12V100AH。電線采用三相五線制16平方多股銅線。系統(tǒng)供電如圖1所示。

3 配電系統(tǒng)布線要求

3.1 電線、電纜技術(shù)要求

選用有廠名、廠址、檢驗(yàn)章、生產(chǎn)日期，包裝牌具備生產(chǎn)許可證號(hào)、質(zhì)量體系認(rèn)證書；印有商標(biāo)、規(guī)格、電壓等電線、電纜。電纜絕緣電阻應(yīng)不低于10MΩ，并按規(guī)范分為火線：紅、黃、綠；零線：藍(lán)；地線：黃綠色。

3.2 電源線路布線

UPS供電系統(tǒng)輸入采用三相五線制，通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房地板鋪設(shè)靜電板，所有線槽鋪設(shè)在靜電板下，強(qiáng)電采用獨(dú)立金屬線槽走線方式，強(qiáng)電與弱電專用金屬線槽分開。不與空調(diào)設(shè)備、電源設(shè)備以及電磁屏蔽的走線過近，過線垂直交叉，并采用阻燃電線電纜。不同回路、不同電壓的線種安裝在不同的金屬線槽及專用的電線管道上。金屬管槽都可靠連接并接入通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房內(nèi)均壓環(huán)接地。進(jìn)入機(jī)柜供電線套絕緣管，機(jī)柜外殼接地。

3.3 電源插座及PDU要求

通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房輸出電源采用單相三線制，安裝有UPS電源三孔插座，安裝二三孔市電插座。機(jī)柜使用帶有防雷功能的PDU，安裝在機(jī)架上。

圖1 雙UPS供電系統(tǒng)

4 供電系統(tǒng)的接地接地系統(tǒng)

（1）機(jī)房設(shè)有四種接地形式，即：計(jì)算機(jī)專用直流邏輯地、配電系統(tǒng)交流工作地、安全保護(hù)地、防雷保護(hù)地。交流工作地、保護(hù)地采用建筑物本體地極，設(shè)計(jì)考慮為直流邏輯地設(shè)一組新的接地極，接地電阻小于1Ω；通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房配電系統(tǒng)的交流工作地、安全保護(hù)地采用建筑物本體綜合接地（其電阻小于0.5Ω）。

（2）為防止感應(yīng)雷、側(cè)擊雷高脈沖電壓沿電源線進(jìn)入機(jī)房損壞機(jī)房內(nèi)的重要設(shè)備，在電源配電柜電源進(jìn)線處安裝浪涌防雷器。在電源線總配電箱安裝并聯(lián)式專用浪涌防雷器構(gòu)成第一級(jí)衰減。在機(jī)房配電柜進(jìn)線處安裝并聯(lián)式電源浪涌防雷器構(gòu)成第二級(jí)衰減，通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房內(nèi)做接地均壓環(huán)。減少電網(wǎng)中經(jīng)常存在差模干擾和共模干擾。

（3）配電開關(guān)

三相電輸入使用63A三相空氣開關(guān)，輸出總開關(guān)使用63A單相空氣開關(guān)，其它開關(guān)根據(jù)電流大小使用相應(yīng)安數(shù)的單相空氣開關(guān)。所有開關(guān)安裝在配電開關(guān)箱內(nèi)，配電開關(guān)箱接地。

5 結(jié)束語

一個(gè)UPS供電方案的好壞，直接決定了通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房內(nèi)重要負(fù)載是否能正常運(yùn)行。在設(shè)計(jì)通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房UPS供電系統(tǒng)時(shí)，我們既要節(jié)省投資，又要考慮系統(tǒng)的可靠性、靈活性，為通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及計(jì)算機(jī)負(fù)載提供有效的保障。實(shí)際測試在市電停電下，單獨(dú)供電可支持1.5h，按要求市電停電后半小時(shí)內(nèi)已開啟發(fā)電機(jī)發(fā)電了。

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TN86

A

1004-7344（2016）18-0283-02

2016-6-1

梁峰銘（1974-），男，助理工程師，本科，主要從事氣象信息技術(shù)工作。