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。
　　
　　1概述
　　
　　举世瞩目的2008年第29届奥林匹克运动会和第13届残奥会已经圆满结束。中国以“无以伦比”的组织工作向全世界展示出强大的经济和科技实力。为确保奥运会和残奥会的顺利进行,艾默生公司不仅为北京、天津、上海、青岛、秦皇岛和香港等各赛区的运动场馆及相关电信营运商所用该公司的UPS供电系统、通信电源系统、空调系统及动力集中监控系统等提供高品质的产品,而且还组织了专门的奥运保障团队为奥运会和残奥会提供全程、在线式的现场保障服务,并圆满地实现了“零事故”和“零投诉”的安全保障任务。迄今为止,艾默生公司已为北京及秦皇岛地区的奥运工程中的各场馆提供39台、总功率高达5620kVA的UPS设备(见表1)。

　　
　　2 奥运工程用UPS供电系统的典型负载类型
　　
　　由UPS供电的设备可大体分为两大类。
　　
　　2.1金卤灯照明系统
　　
　　近年来,金卤灯照明系统因具有节能、照度高、光束射程远和光束均匀度高等优点被广泛地应用于大型体育场、会议厅、剧场及高速公路和铁路隧道等照明系统中。为确保这种用电设备的安全运行,它对供电电源有着特殊要求:
　　
　　(1)期望输入电源的电压波动范围尽可能小。对于常见的三相金卤灯产品(1、2kW)而言,输入电源应为400V±15%;对于常见的单相金卤灯(0.07、0.16、1kW)而言,输入电源应为400V±10%;
　　
　　(2)允许的瞬间供电中断时间很短,典型值为小于4～5ms。在奥运场馆建设的初期,曾因种种原因对金卤灯特殊运行特性的重要程度认识不够,而将用于一般应急照明灯的EPS选配在金卤灯照明设备的供电系统中,往往留下故障隐患。一次,某体育场馆在执行奥运测试赛的过程中,EPS因故在执行市电供电→逆变器供电的切换操作时,由于EPS的切换时间(几十毫秒到上百毫秒)远大于金卤灯所允许的小于4～5ms的切换时间,而导致该体育场的照明系统“熄灯”10min左右,造成不必要的负面影响。经过这样的事故得出两点重要的经验教训:一是有必要认真地分析金卤灯的运行特性;二是要探讨是否能将目前在金融、电信、半导体芯片制备、石化、钢铁、民航、地铁和铁路等企业的数据中心机房或工控系统中大量使用的UPS直接用到金卤灯照明系统的可能性。在此需说明的是:对于在数据中心机房中所用的IT设备和在工控系统中所用的DCS设备而言,它们所允许的“瞬间供电中断时间”为10～20ms。
　　
　　2.2单相整流滤波型非线性负载
　　
　　(1)场地大屏幕彩显系统
　　
　　根据对场地大屏幕彩色显示屏输入特性的相关检测数据可知,在大屏幕彩色显示屏的交流电源输入端采用的是单相整流滤波器,来为其负载提供各种低压直流电源的设计方案,如图1所示。

这是一种单相整流滤波型非线性负载的典型输入波形。在正弦波电压供电的条件下,其电流波是一串非连续性的脉冲波。相关的运行实践表明,对于场地大屏幕彩显系统来说,彩显屏幕的图像画面亮度的瞬变,其所需输入功率的负载百分比的瞬态变化率极大。与图像亮度较暗(轻载)时的输入功率相比,处于图像亮度较亮(重载)时,其输入功率的变化可能会突然增大12～14倍。与此同时,其输入电流谐波含量THDI值始终保持在57%～77.4%的高电流谐波的“污染”水平上,其输入功率因数PF值始终处在0.5～0.76的低功率因数水平(见表2)。

由此可见,这种负载是会向UPS反馈大量谐波电流的单相整流滤波型的非线性负载,其谐波污染的危害性主要表现在:因场地大屏幕彩显系统输入电流谐波含量THDI值相当高,在此条件下,当它处于重载(图像亮度很高)条件下运行时,由于反射到UPS输入端的谐波电流的绝对值很大,会导致在输入电源原本是正弦波电压的波形上呈现出明显的“削顶”现象,从而导致在UPS的电压失真度(THDV值)急剧增大(见图2);对于这种单相整流滤波型非线性负载而言,由于其输入电流谐波含量主要来自3次电流谐波分量及其奇数次的电流谐波分量。由此所带来的负面影响之一是:导致其零线电流会增大到其输入相电流的150%～170%。对于所检测的这台大屏幕彩显系统而言,当它运行在相电流为131A的条件下时,所测得的零线电流竟高达226A,其零线电流与相电流之比高达1.7:1。

　　
　　有鉴于此,在为场地大屏幕彩显系统选配UPS时,一定要预留足够的功率裕量。因此,按照大屏幕彩显系统的最大运行功耗来选配UPS的功率,并将其供电系统的零线电缆截面积增大为相线电缆截面积的1.5倍。
　　
　　(2)场地音响功放系统
　　
　　众所周知,由于音响功放设备及大功率扬声系统经常是在功放音乐信号/语言信号的条件下运行的,信号强弱的波动范围很大。其中,音乐信号的强弱起伏最大。就一般的音乐信号而言,其峰值功率会比其额定功率高出2～3倍。为了使这些音响功放设备能长期可靠地运行,应为它们预留适当的功率裕量。在实际工作中,常将功率裕量设定为≥最大不失真功率P0。P0这个参数的定义是:在负载为8Ω时,在确保供电电源的总电压谐波失真(THDV)不大于1%的条件下,这套功放设备所应输出的连续正弦波的功率。根据相关的经验数据,宜将音响功放设备的额定功率取为其功放最大不失真功率的1/2左右。为此,在选配UPS的输出功率时,要考虑此项运行参数。在充分考虑到UPS的过载能力的前提下,选择UPS的输出功率。
　　
　　(3)IT设备及网管设备
　　
　　对于服务器、计算机等IT设备及网络通信设备而言,它们都是多年来在筹建各类IDC机房所常见的单相整流滤波型非线性负载。根据多年来的工作经验,建议将UPS单机的负载百分比控制在IT设备功耗的80%之内。

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