摘要在金卤灯照明系统的运行中，如果输入电源因故发生“闪断”故障的持续时间超过4～5ms，就会导致金卤灯发生“熄灯”10min以上的严重事故。为了确保奥运工程相关用电设备的稳定运行，艾默生公司为此开发出“场馆专用”UPS产品，以确保金卤灯照明系统的安全运行。
6 高可靠的场馆专用UPS的运行特性
艾默生公司针对金卤灯的上述特殊运行特性,在传统在线式双变换UPS的基础上,对其SPWM脉宽调控方案及其保护参数的设置进行了5项专用技术改进,从而研发出完全能适应金卤灯的安全运行所需的场馆专用UPS。从用户应用的角度看,在带金卤灯负载时,这种场地专用UPS的带载能力得到了大幅提高。目前,这种UPS已被成功地应用到各奥运场馆的UPS供电系统中。其典型的应用案例之一是国家体育场(鸟巢/奥运会主会场)所用的由“800A的ATS开关+300kVAUPS供电系统”所组成的4套金卤灯照明系统(见图14)。这4套UPS供电系统分别为在“鸟巢”体育馆中所举办的奥运测试赛、奥运会和残奥会所用的照明系统提供了安全可靠的电源供应。
在图14中,由来自两个不同变电站的“两路市电+800A的ATS开关”共同组成UPS的双总线输入冗余供电系统。每台300kVAUPS所带的负载是:由80台400V/2kW的金卤灯所组成的金卤灯照明系统,总负载量为160kW。为了便于对金卤灯照明系统实施分批、延时型的启动操作,以便尽可能地降低它们的开灯启动浪涌电流,在300kVAUPS的输出端配置有受控于PLC控制器的分批、延时启动装置:
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免维护：采用独特的气体再化合技术，不必定期补水，整个寿命期无需补液维护
安全：VRLA技术，防止外部气体被吸入蓄电池内部而破坏蓄电池性能，同时可防止因为充电等产生的气体而造成内压异常使蓄电池遭到破坏。全密闭电池在正常浮充状态下不会有电解液或酸雾排出，对人体无害
任意方向性：专利拉网技术，确保无溢液，可以侧转90°使用
寿命长：在20℃环境下，电池浮充寿命可达3-5年，胶体电池浮充寿命可达8-10年
自放电率低：采用优质的Pb-Ca多元合金，提高了氢析出过电位，降低了蓄电池的自放电率，在25℃环境温度下，蓄电池在6个月内不必补充电即可使用
适用性极强：在-20--50℃环境温度下均可使用，可用于防爆区的特殊电源，同时适用于沙漠，高原型气候
方便经济：蓄电池房无需特意采取耐酸防腐蚀促施，可以与电子仪器设备安装同一环境中
放电性能好：放电电压平稳，放电平台平缓
耐振动性好：完全充电状态的电池完全固定，以4mm的振幅，16.7hz的频率振动1小时，无漏液，无电池膨胀及破裂，开路电压正常
耐冲击性好：完全充电的电池从20cm高处自然下落至1cm厚的硬木板上3次无漏液，无电池膨胀及破裂，开路电压正常
耐过放电： 25℃，完全充电状态的电池进行定电阻放电3星期（电阻只相当于该电池1CA放电要求的电阻），回复容量在75%以上
耐充电性好： 25℃，完全充电状态的电池0.1CA充电48小时，无漏液，无电池膨胀及破裂，开路电压正常，容量维持率在95%以上
耐大电流性好：完全充电状态的电池2CA放电5分钟或10CA放电5S ,无导电部分熔断，无外观变形
1) 建议电池在+5℃~+30℃(好25℃)温度条件下使用，高温会缩短寿命，低温容量降低;
2)不同品牌、不同容量、不同新旧的电池严禁混合使用;
3) 电池使用中会产生氢气，所以要远离火源，保持通风，防止爆炸;
4) 请保持环境清洁，过多的灰尘可导致蓄电池短路;
5) 电池放电后应及时再充电，未充饱的电池再放电，会导致电池容量降低甚至损坏，所以必须配置适宜的充电器;
6)UPS带载过轻(如1KVAUPS带150VA负载)有可能造成电池的深度放电，应尽量避免;
7) 适当的放电，有助于电池的激活，如长期不停市电，应人工将电池放电，每年2~4次，可利用现有负载放电，时间为1/4~1/3后备时间;
8) 长期停用的电池(UPS)应充电后贮存，而且每半年需要对电池进行充放电一次，一般对电池进行浮充4~10小时左右，并在电池逆变状态下工作2~3分钟
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将80台400V/2kW的金卤灯所组成的照明系统划分为4组,每组内含20台金卤灯;
②在由20台400V/2kW的金卤灯所组成的金卤灯分组中,为每台金卤灯配置一套由“断路器开关+接触器”所组成的分批、延时启动型的输入配电和保护电路;
③在每组由20台400V/2kW的金卤灯所组成的照明系统中,配置一套可编程控制器(PLC)来为各台金卤灯提供它们各自所需的分批、延时启动控制信号。
在UPS逆变器供电的条件下,这套金卤灯照明系统的输入运行特性如表4所示。为了检验在UPS的各种工作情况下,这个金卤灯照明系统能否安全可靠运行,对金卤灯照明系统进行了现场检测工作,以便确认在UPS的任何情况下,均不会发生金卤灯熄灯的事故:
①在UPS逆变器供电的条件下,对照明系统执行开灯启动浪涌电流的检测;
②在金卤灯全部开灯的条件下,对UPS反复执行逆变器电源供电转为交流旁路供电的切换操作;
③在金卤灯全部开灯的条件下,在UPS的输入端上反复执行市电中断转为市电恢复正常供电的切换操作;
④在金卤灯全部开灯的条件下,在ATS开关上对UPS的双总线输入供电系统,执行优化电源供电转为备用电源供电的切换操作;
⑤当用户在工厂对UPS产品执行现场检验的过程中,还做模拟UPS逆变器故障的试验性操作。
所有相关检测数据表明:在以上各种运行条件下,这种金卤灯照明系统均能安全可靠地运行。为说明此问题,列举部分检测结果:如图15所示,当对UPS反复执行逆变器电源供电转为交流旁路供电的切换操作时,对于这些UPS供电系统而言,都能确保金卤灯照明系统时刻均能获得切换时间为零的连续电源的供应,不存在任何形式的瞬间供电中断的故障隐患。此时,出现在金卤灯上的输入电源的唯一变化是:由于在幅值较低时(214V)不稳压的市电与具有自动稳压特性的逆变器电源的电压(220V)之间存在电压差,产生了输入电压和输入电流幅值较小的波动。
如图16所示,在UPS的输入端上,对其执行市电中断←→市电恢复正常供电的切换操作时,均能确保金卤灯照明系统获得切换时间为零的连续电源的供应,不存在任何形式的瞬间供电中断的故障隐患。此时,出现在UPS输入端的唯一变化是,尽管在市电中断与市电恢复正常供电之间存在着巨大电压幅值的差别,但是,仍保证UPS一直运行在具有自动稳压特性的逆变器电源的供电状态之下,
所以此时的金卤灯输入电压和输入电流均保持在相对稳定的工作状态之中。