艾默生网络能源公司       李成章

　　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。

从图6可见,在逆变器供电条件下,当金卤灯进入稳定工作状态后,可以将它视作一种输入功率因数为0.86～0.9(滞后)的非线性负载,其输入电流谐波含量较小(THDI为7%～9%)。对于这样的负载而言,当它处于市电电源供电条件下运行时,除了其输入电流谐波含量稍有增大(THDI为10%～15%)之外,其它输入特性并无明显的区别。在此需说明的是:该条件下,导致THDI值有所增大的原因是来自市电电源本身电压失真度THDV值稍大于UPS逆变器THDV值的缘故,与金卤灯的内在工作特性无关。对于金卤灯的这种输入谐波特性和开机启动浪涌电流而言,它与目前在各种数据中心机房中所用的具备输入功率因数校正功能(PFC)的IT设备输入运行特性非常相似。在此背景下,人们很容易产生这样的误解,认为利用目前常被用于数据中心机房中的传统在线双变换式UPS就能顺利解决金卤灯照明系统的供电问题。然而,相关运行实践表明事实并非如此。造成此差异的原因之一是:在金卤灯处于开机缓启动状态时,其输入功率因数并不是稳态输入功率因数PF值[PF=0.9(滞后)]。与此相反,其PF值是沿着从0.14(滞后)→0.17(滞后)→0.55(滞后)→0.64(滞后)→0.89(滞后)这样的变化趋势,由低到高逐渐地增高到其最终的稳态值。当金卤灯处于开机缓启动的运行状态时,不仅有较大的启动浪涌电流的冲击问题,还会有在处于启动阶段时,其输入功率因数相当低的问题。
　　
　　因此为了最大限度地降低金卤灯在刚开灯启动时可能对供电电源的冲击,尽可能地对整套金卤灯照明系统采用分批、延迟启动的运行模式,尽量避免采用将整套金卤灯照明系统同时投入到供电电源的运行模式。

　　
　　当金卤灯的供电电源被改为市电时(见图7),由于当今的市电大都遭受到不同程度的谐波污染,会导致其输入电流谐波含量THDI值将有所增大。在此条件下,所测得典型的THDI值为13%～18%。
　　
　　(2)热启动工作状态
　　
　　所谓热启动工作状态是指在金卤灯照明系统处于长时间稳态运行的条件下,如果输入电源中断或出现较大的瞬态电压跌落故障,即使供电电源能迅速地恢复正常供电,也会导致金卤照明灯系统熄灯10～12min。显然,如果这样的照明事故发生,对正在进行体育比赛的运动会或正在举行的重要会议的会场,必然会带来极其不利的负面影响。有下列几种情况：
　　
　　①输入电源出现超过秒级的明显“停电”事故;
　　
　　②输入电源出现持续期超过4～5ms的“闪断”/瞬态“电压下陷”的供电事故(例如:输入电压从380V下降到260V以下);
　　
　　③输入电源出现长时间的“欠压”运行状态(例如输入电压低至300V左右,其持续期达1分钟以上);

　　
　　以两台金卤灯的热启动运行特性为例来说明上述问题(见图8),对于处在正常工作的两台金卤灯而言,在运行中如果遇到上述供电事故,即使立刻恢复正常供电,输入电流恢复到正常值,它们仍然处于熄灯状态,其中一台金卤灯的熄灯持续期长达700s左右。此后,第2台金卤灯再相隔约1min左右才被重新再次被点亮。也就是说,对于由多台金卤灯组成的照明系统而言,一旦发生因输入电源供电中断而导致多台灯同时熄灭时,当输入电源重新恢复正常供电后,各台金卤灯重新再次被点亮的时间是不一致的。在通常情况下,它们被重新再次点亮的时间离散跨度为1min左右。
　　
　　金卤灯照明系统处于“熄灯”状态,其输入电流并不为零。其输入电流的幅值不但仍具有几乎与它处于“冷启动”状态运行时大致相同的输入电流，而且,还会遇到金卤灯的输入功率因数从原来呈现电感性滞后的PF值,转变成电容性超前的PF值的麻烦。一旦用电设备的输入功率因数变成超前的PF值,势必将迫使供电电源进入大幅度的降额输出状态,导致供电电源的效率大幅度下降，使UPS/EPS进入过载工作状态。多台金卤灯组成的照明系统处于“热启动”工作状态时的典型输入电压和电流波形如图9所示。

从图中可见,对于金卤灯照明系统而言,不仅其电流波形明显地超前于其电压波形。而且,其输入功率因数PF绝对值还相当低。这就意味着此时的金卤灯已变成电容性很强的负载,这是因为此时的输入功率因数PF值仅为0.2左右。此外,当处于热启动状态下运行的金卤灯突然从熄灯状态转变成亮灯状态时,还会产生一个幅值高达2.3～2.8倍于其稳态工作电流的点灯启动电流。综上所述,为确保金卤灯供电系统安全运行及满足节能降耗的要求,应采取必要的技术措施,尽可能地消除导致金卤灯照明系统进入热启动工作状态的故障隐患。
　　
　　综上所述,可将金卤灯的运行特性总结如下:
　　
　　①“冷启动”运行特性
　　
　　400V/2kW的金卤照明灯在处于常温的冷态条件下,被投入电源后的运行特性:
　　
　　市电供电时:THDI为11%～18%,PF为0.83～0.86(滞后);
　　
　　UPS逆变器供电时:THDI为7%～11%,PF为0.86～0.89(滞后)；
　　
　　金卤灯的启动时间:2min左右；
　　
　　单台金卤灯的启动电流:2～3倍稳态电流；
　　
　　单台金卤灯的稳态电流:7～10A(注:此值与输入电源电压的幅值高低有关);
　　
　　它所允许的输入电源的“瞬间中断时间”:<4～5ms;
　　
　　由多台金卤灯组成的照明系统的启动电流:1.5～2.5倍稳态电流。
　　
　　②热启动运行特性
　　
　　在金卤照明灯处于长时间稳态运行的条件下,如果输入电源因故发生中断或闪断时间超过0.04～0.05s的故障,再重新恢复供电后,就会导致金卤照明灯“熄灯”10min以上。
　　
　　当金卤灯照明系统处于热态的熄灯工作状态时,不但输入电流的幅值与其稳态工作电流几乎相等,而且,输入功率因数还会呈现出如下的准电容性的运行特性:输入电流谐波含量THDI值→0,输入功率因数PF值→0.2(超前)左右。
　　
　　当处于热态熄灯工作状态条件下的金卤灯系统突然再次被点亮时,其浪涌电流为2.3倍稳态电流左右。

（未完待续）

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