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。

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:
　　
　　①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。
　　
　　7 体育场馆用金卤灯照明系统的节能工作模式
　　
　　鉴于在体育场馆用金卤灯照明系统的运行中,在绝大多数时间内处于一般照明状态。仅在少数的运行时间内才需要为重要的比赛和会议提供“万无一失”的照明需求,为了尽可能地节能,建议采取以下措施来管理金卤灯照明系统。

　　
　　(1)对非专业的电气管理人员而言,可用位于UPS的LCD显示屏上的逆变器的“开机”按钮和“关机”按钮来进行管理(见图17)。在无重大比赛和重要会议期间,采取持续地按住LCD屏上的逆变器关机按钮2s以上的操作办法,将UPS置于交流旁路供电状态。在此条件下,UPS的效率高达97%～98%,从而达到节能降耗的目的。当需要为重大比赛和重要的会议提供照明时,再采取持续地按LCD屏上的逆变器开机按钮2s以上的操作办法,重新将UPS置于逆变器电源供电状态,确保金卤灯照明系统处于万无一失的安全工作模式中。
　　
　　(2)对于比较熟悉UPS的电气管理人员而言,可采取修改其系统运行软件的设置参数的办法来进行管理。在无重大比赛和会议期间,将UPS置于ECO(节能)工作模式。在此条件下,UPS处于交流旁路供电状态,其效率高达97%～98%。与此相反,当需要为重大比赛和重要的会议提供照明时,通过修改“系统运行软件”设置参数的办法,重新将UPS置于逆变器供电状态,从而确保金卤灯照明系统处于万无一失的安全工作模式中。
　　
　　8 结束语
　　
　　由于EPS存在着如下缺点:执行市电交流旁路供电←→UPS逆变器电源供电切换操作的切换时间长;在其逆变器中的IGBT功放管的“设计裕量”偏小的条件下,如果遇到市电突然停电/闪断时,当其逆变器执行从空载→满载的阶跃性加载操作时,故障率偏高;当负载百分比偏大时,其逆变器存在因发生电流谐波谐振而迫使其逆变器进入自动关机的故障隐患。而传统在线式双变换UPS存在着当负载百分比偏大时,其逆变器存在因发生电流谐波谐振而迫使其逆变器进入自动关机的故障隐患。鉴于EPS和传统在线式双变换UPS存在上述的故障隐患,它们都不能确保金卤灯照明系统的安全运行。
　　
　　为此,艾默生公司在深入分析金卤灯的种种特殊供电需求的基础上,开发出新型的“场地专用UPS”。迄今为止,这种UPS已经大量地应用于奥运工程用的各种UPS供电系统中。

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