(3)两台UPS共用旁路双路输出供电方案
如图11所示,两台UPS共用旁路双路输出供电方案也有非常广泛的应用,两套UPS单机系统同时跟踪一个旁路电源,其输出母线能够基本保持同频率、相位状态。
正常情况下,两台UPS独立输出为双电源负载提供两路电源,两台UPS通过输出母线1和输出母线2各自承担双电源负载,单点源负载由经过ATS选择后的输出母线3供电;当系统中1台UPS处于旁路检修状态下,依然能保证1路UPS输出和另1路UPS旁路输出为双电源负载提供两路电源,此时输出母线3前面的ATS自动开关并不切换;当其中一台UPS输出母线故障或其他原因需要完全停机维护(含UPS旁路),对于图8所示双电源负载,继续由另一台UPS输出母线供电,避免了单机UPS输出母线为单点故障隐患的问题;对于单电源负载,若需退出运行的UPS(含UPS旁路)是母线3的主供电源,则自动切换开关ATS会自动将母线3切换到另一侧母线上,负载由另1台UPS输出母线为负载继续供电,直至退出运行的UPS恢复正常(否则自动切换开关ATS不做切换,系统保持原状态运行)。
4 应用案例分析
出于各种不同的设计思路,实际使用当中会有各种不同方案。以下通过实际运行的几个案例分析,给各位设备使用者提供一种管理设备的思路。
(1)两台UPS共用旁路双路输出,输出配电带联络开关供电案例
基于UPS本身的控制逻辑,如图12所示的下面这个方案,可以既可以采用并机供电方案,也可以采用2N输出供电方案。实际运行当中,必须选择其中的一种确认为正常运行模式固定下来,同时在紧急情况下按照一定的操作顺序切换对应的开关,才能进行系统转换,发挥这个系统的设计优势。
这个系统中的QF3开关非常关键,如图13所示的状态说明如下:
①并机运行模式
如图13所示,当QF3开关闭合时,这个系统就是一套标准的并机系统。为了保证整个系统的安全与稳定,在整个运行过程中,QF3开关禁止断开;当有一台UPS需要维修并退出运行时,整个负载系统仍由另一台UPS供电,系统不需要做任何变化。
这种并机运行模式下,如果系统需要做双输出分段运行时,必须将UPS并机系统切换到旁路状态,且每台UPS都退出并机控制逻辑(设为单机),才允许断开QF3开关,此时每台UPS才允许恢复到逆变状态,系统转换为双输出分段运行,同时QF3开关禁止合闸。
当需要恢复到并机状态时,先将两台UPS切换到旁路状态,整个负载系统都由旁路供电,此时才允许闭合QF3开关;当两台UPS都恢复到并机控制逻辑时,才能将负载由旁路状态,恢复到UPS逆变器供电状态,此时QF3开关禁止断开。
②双输出分段运行模式
如图13所示,当QF3开关断开运行时,这个系统就是一套标准的双输出系统。为了保证整个系统的安全与稳定,在整个运行过程中,QF3开关禁止合闸;当有一台UPS需要切换到旁路进行维修时,整个系统不需要做任何变化,负载系统由一路市电和另一台UPS供电为负载供电。
当有一台UPS需要维修并退出运行时(含旁路),整个负载系统需要切换到另一台UPS供电,系统需要将两台UPS都切换到旁路状态,在等电位的情况下合上QF3开关,才允许将工作UPS恢复到逆变状态,待维修UPS退出运行,此时QF3开关禁止断开。
当需要恢复到双输出分段运行模式时,先将所有负载切换到旁路状态,在等电位的情况下恢复所维修UPS的旁路系统,然后断开QF3开关,两台UPS分别恢复到逆变状态,系统转换为双输出分段运行,此时QF3开关禁止合闸。
(2)UPS输出独立TN-S接地系统案例
基于工业环境UPS的输入电源来自于不同的上游系统,UPS负载侧与电源侧的接地系统独立,UPS系统的隔离变压器接地点选择成为了另一个需要关注的问题。如图14所示的下面这个UPS方案的接地案例,可以提供一个很好的注释。
通过UPS的输出和旁路隔离变压器,UPS输出侧可以构成独立的TN-S接地系统。根据TN-S的说明,需要输出侧的变压器中,有一个变压器且只有一个变压器要作为接地变压器工作。以下是最常用的并机系统,考虑到系统的对称性和UPS维护退出运行的原因,一般将接地点选择在旁路隔离变压器上。对于单机系统,一般也选择旁路隔离变压器作为接地变压器。
对于TN-S接地系统而言,如果接地点断开,将是一种危险的状态,此时若发生单点接地故障,将会导致正常不带电的部位带有危险的电压,甚至可能产生危险的高电压导致设备损坏。
(3) UPS输出独立IT不接地系统案例
IT系统是指系统不接地或经电阻接地的运行方式,由于IT系统允许单相接地故障时继续运行,因此受到很多用户的认可。如图15所示的下面这个UPS方案的不接地系统案例
通过UPS的输出和旁路隔离变压器,UPS输出侧可以构成独立的IT不接地系统。当系统发生单相接地的情况下,旁路隔离变压器内安装的“交流接地报警”装置将发出报警信号,需要通过人工来处理接地故障;此时由于相间电压的绝对值不变,设备仍能正常工作,而不受故障相接地故障的影响。
需要注意的是,如果未装设绝缘监视装置,IT系统在单相接地的情况下没有任何处理措施,将存在巨大的危险。一是三相系统的非故障相的对地电压等于线电压而造成单相长期过电压,二是故障相的存在可能导致系统发展为两点接地对系统安全造成威胁。
从实践运行来看,对于UPS系统输出选择IT不接地系统,必须装设绝缘监视装置。除非确有必要,不建议三相输出系统采用IT不接地系统;对于单相输出系统而言,UPS额定功率的选择,以不同功能场所的IT系统的负荷大小为原则,并尽量缩短隔离变压器与系统负载之间的距离,IT系统负载供电线路的敷设应尽量避免使用金属穿线管,以降低IT系统的固有容性泄漏电流。
(4)一路采用TN-S输出,另一路采用IT不接地输出的双路供电案例
对于图8所示的双电源负载结构如,某些关键设备采用了双路供电要求,而且其中一路采用IT不接地系统(采用交流隔离器的方式),图16所示。
针对此种技术要求,UPS输出系统宜采用一路采用TN-S输出,另一路采用IT不接地输出的双路供电最为合适。如图17所示,这种供电方式是符合图16所示的这种负载要求的最佳方案。
5 结束语
工业环境用UPS最大的特点是满足不同客户的用电环境及负载的情况下,提供定制化的交流不间断电源UPS解决方案。即没有适用于所有场所的唯一方案,也没有不涉及负载和电网情况的解决方案。所有UPS供电方案的设计和选择,核心是满足UPS负载的要求和UPS设备的管理维护。
本文从工业环境用典型工业环境使用UPS方案的实际案例入手,比较各个方案的不同差异和适用范围,为广大工业UPS用户提供工业UPS系统整体电源保护解决方案的建议。
编辑:Harris