SAGTAR蓄电池6GFM100 UPS不间断电源
从应用的角度看,UPS功能的变化经历了三个阶段。第一阶段是硬件保护,保护负载设备的硬件系统不会因为电力异常或供电突然中断而损坏；第二阶段是数据保护,当市电中断时,保护负载设备的数据资料不会因为突然停电而损毁或丢失；第三阶段是系统可用性保护,在市电正常、异常,甚至中断情况下,都要保证后面的关键负载有高品质的电力供应。这三个阶段的变化都是随着社会发展和技术进步,人们对生产系统的需求不断提升而促进的。第一阶段凸显在UPS诞生不久的上世纪七、八十年代,第二阶段盛行于上世纪九十年代中期,第三阶段从上世纪九十年代后期开始变得越来越重要,直至今天系统可用性仍然是数据中心、工厂、医院、轨道交通等用电场所对UPS供电系统要求的最重要指标之一。
为了提升系统可用性,人们提出并实行了多种改善方案,比如在UPS组合方案方面由单机到串联热备份,再到并联冗余、双总线、分布式冗余等等;在UPS选型方面,由塔式一体机到各部分可热插拔更换的模块机;在配套的外围设备方面,选配更高性能的蓄电池,增加更加智能和人性化的监控管理系统,引入多路电源并配置ATS(Automatic Transfer Switching E 自动转换开关)等等。其中UPS跟ATS装置的配合应用目前比较普遍,并且也出现过不少问题,本文主要针对这一应用进行论述。
2 UPS与ATS配合应用的方案及分析
根据《供配电系统设计规范》(GB)规定,符合下列情况之一时,应视为一级负荷:
①中断供电将造成人身伤害时;
②中断供电将在经济上造成重大损失时;
③中断供电将影响重要用电单位的正常工作时[1]。
一级负荷应由双重电源供电,当一电源发生故障时,另一电源不应同时受到损坏[2]。
所以数据中心、轨道交通、工厂、医院等一些重要的用电场所通常都具有一路市电和一路油机或者两路市电和一路油机供电,这时就出现了UPS与ATS配合应用的情况。
目前UPS与ATS配合应用的方案(或者说是UPS接入两路输入电源的方案)主要包括三大类:
(1)不采用外置的ATS
图1中两路电源一路接UPS的主输入,另一路接UPS的旁路输入,这种方案在市场上的应用还比较多,但有逐渐减少的趋势。它的本质是将UPS内部的静态开关作为外部的ATS使用,优点是节省了ATS成本,但缺点也非常明显。若主输入电源中断时,UPS就只能转电池工作,此时即便另一路电源正常也不能使用,只有当电池放完或者异常时才能转到另一路电源供电,但此时是走的UPS旁路,没有经过UPS的整流和逆变处理,若输入电源异常可能会导致负载不能正常工作甚至中断。若旁路输入电源中断,UPS将工作在没有旁路的告警状态下,一旦UPS自身出现异常可能会直接导致负载中断。同时,还必须考虑两路电源的零线处理问题,处理不好可能会导致UPS或负载莫名其妙地出现告警或故障。总之这种方案没有充分发挥两路电源的效用,并且改变了UPS设备自身的设计初衷,不建议使用。
图2中两路电源分别进入UPS双总线供电系统的一条总线,彼此没有关联。这种方案虽然不存在零线处理和改变UPS设计初衷的问题,但也仅限于应用在后端没有通过STS(Static Transfer Switch静态转换开关)供电的单电源设备状况下,并且当任一路输入电源中断时,系统都将运行于单总线供电状态,使系统工作可靠性大受影响,除非电池配置的足够多。
(2)采用单一的ATS
该方案是指将两路电源经ATS转换成一路供给后面的UPS设备或者系统(如图3所示)。对于UPS单机或者并机系统来说该方案是合理的,也比较常用,对于双总线系统来说该方案就显得比较单薄,存在ATS单点故障风险,此时最好采用ATS组合方案。
(3)采用ATS组合
采用ATS组合的方案有多种,不同的组合方案最终的工作可靠性和成本可能会有很大的差异。图4是传统的ATS组合UPS双总线接线示意图,图中有三路电源输入,经过两个ATS组合转化成一路供给UPS系统,因为后面有经过STS供电的单电源负载,所以在两条总线的UPS之间加装了LBS(Load Bus Synchronizer负载同步控制器)。初步看来这个方案是比较合理的,但跟图5比较就会发现其明显的不足,最主要的就是图4具有太多的单点故障点和相依性,工作可靠性明显不如图5。图5增加了ATS3和输入配电柜2,并将集中STS设备更改为分散的机架式ATS,根据机架式ATS的特性取消了LBS控制器,从而成为一套完全隔离的双总线系统,一条总线跟另一条总线相互冗余,并且完全隔离,工作可靠性得到了极大的提升。在成本投资上,图5中的设备量虽然增加了,但增加的设备相对比较便宜,与取消的集中式STS设备和LBS设备相比,总体成本未必会有增加。