UPS作為重要的備用電源設備，已經(jīng)在金融、通信等傳統(tǒng)領域的數(shù)據(jù)中心得到了廣泛的應用，隨著大功率UPS制造技術的不斷突破，UPS正逐步大量應用于制造業(yè)、工業(yè)等領域的自動化生產(chǎn)線和DCS、PLC系統(tǒng)中。UPS供電系統(tǒng)接地設計、UPS供電方式及綠色性能等受到相關技術人員的關注?！　?br /> 　　
在UPS供電系統(tǒng)接地設計中，如何處理雩地電壓問題，石化行業(yè)UPS應用中，針對不同的DCS系統(tǒng)接地方式，如何選擇合理、適用的UPS接地方式，以及UPS供電系統(tǒng)與備用發(fā)電機如何實現(xiàn)容量匹配，本期欄目將繼續(xù)邀請UPS用戶專家和UPS廠商技術人員針對上述話題以及UPS選型等問題進行討論、交流，同時歡迎感興趣的讀者能夠積極參與。　　
　　
議題一、UPS供電系統(tǒng)接地設計　　
　　
1、UPS接地方式應與DCS采用的系統(tǒng)接地方式相配合(周瑤強／助理工程師新疆獨山子乙烯廠電氣車間)　　
　　
石化系統(tǒng)設計中，DCS有三種系統(tǒng)接地方式：隔離的中性點(IT)、接地的中性點(TT)和外露導電零部件連接到中性點(TN，又分為TN—C和TN—S)。DCS采用何種系統(tǒng)接地方式應從人身安全、設備保護和運行觀點出發(fā)進行判斷，選擇正確的接地方式。當DCS采用的系統(tǒng)接地方式確定以后，就需要UPS采用相應的接地方式配合?！　?br /> 　　
DCS采用中性點隔離系統(tǒng)(IT)時，當發(fā)生一相接地時，接地電流、電壓都很小，不會危害人員安全，也不會造成設備保護動作。如果此時采用絕緣監(jiān)視裝置(IMD)及時發(fā)現(xiàn)接地故障，并由一臺故障定位裝置進行定位并進行維修，消除故障點，那么不會造成任何損失。中性點隔離系統(tǒng)(IT)可以提供最好的服務連續(xù)性，化工企業(yè)必須使用這種系統(tǒng)才可以確保其連續(xù)運行的可靠性?！　?br /> 　　
DCS采用中性點接地系統(tǒng)(TT)時，當發(fā)生一相接地時，接地電壓大，電流小，可能造成斷路器不跳閘，危害人員安全，也會造成設備損壞。此時必須采用殘余電流檢測保護裝置(RCD)才可以立刻將故障點斷開，那么此斷路器所帶的設備將全部失電，可能因此造成裝置停工。中性點接地系統(tǒng)(TT)是最容易設計和安裝的方案，但是必須在所有的出線開關上裝設殘余電流檢測裝置(RCD)。
　　
DCS采用外露導電零部件接中性點系統(tǒng)(TN)時，當發(fā)生一相接地時，接地電壓，電流都很大，會危害人員安全，也會造成設備損壞。但是由于此時的故障電流比采用中性點接地系統(tǒng)(TT)大4089／15.3=267倍，所以斷路器可以非?？焖俚厍袛喙收宵c，而不需要使用殘余電流檢測保護裝置(RCD)，可以最大限度地保護人身安全。但這種方式是以斷開故障點為代價，斷路器所帶的設備全部失電，可能因此造成裝置停工。外露導電零部件接中性點系統(tǒng)(TN)在故障時有大的故障電流流過，很高的EMC性能，可以非常迅速地切斷故障電流，最大限度地保護人身，設備的安全?！　?br /> 　　
用于UPS的接地系統(tǒng)類型可能采用的系統(tǒng)接地方式取決于：　　
　　
1)UPS上線已有的系統(tǒng)接地方式或為UPS上線專門選擇的系統(tǒng)接地方式。
　
2)UPS下線的系統(tǒng)接地方式，其選擇可能取決干：再次使用與上線相同的系統(tǒng)；上線或者下線安裝有隔離變壓器，它能改變系統(tǒng)的接地方式；負載要求(如計算機系統(tǒng)要求使用TN—C或TN—S)。下線配電系統(tǒng)的結構，帶有靜態(tài)切換開關(STS)?！　?br /> 　　
3)某些要求是安全標準所強制執(zhí)行的，例如，在保護導體PE或PEN中，永遠也不允許中斷以保證故障電流的流通。TN—C系統(tǒng)(沒有中斷的PEN)可以安裝在TN—S系統(tǒng)的上線(N和PE是分離的)，但絕對不能反過來，將TN—S系統(tǒng)安裝在TN—C系統(tǒng)的上線。
　　
2、UPS零地電壓的產(chǎn)生及解決方法(江偉石／工程師中達電通UPS產(chǎn)品處技術總監(jiān)　
　　
UPS零地電壓產(chǎn)生的原因是由于在高頻諧波下，導線之間不再是一個純電組性元件，而是一個集電感、電容和電阻為一體的混合體。因為線間存在耦合電感和電容，高次諧波將在零線，地線之間產(chǎn)生一定的高頻電流，也可能抬升零地電壓。　　
　　
解決UPS零地電壓有以下方法：　　
　　
(1)縮短零線長度，增大零線截面積可減小零線電抗，從而將低零地電壓。該解決方案的優(yōu)點是效果明顯，從零線電抗計算公式Zn=ρL／S看，當線長L減小，導線載面積增大，Zn隨之減小，零地電壓也同時降低。但受到現(xiàn)場實際情況限制，不太容易實現(xiàn)。需要在機房初期設計階段充分考慮，否則很難更改?！　?br /> 　　
(2)對于雙變換在線UPS，當逆變器工作時，UPS輸入端零線電流理論上應該為零。但由于機房輸入配電柜內(nèi)流過所有電纜的都是大電流，這些電流包括UPS、機房的逆變器、本樓層的照明以及空調(diào)等。每一根電纜都含有大量的電磁干擾，所有的這些電纜被捆扎在一起走長線，使得這些高頻干擾互相串擾，高頻干擾電流在零線、地線上流過帶來了零、地之間的壓降。從測試波形上看，零地之間的高頻成分呈非固定頻率的雜波，也可以反映干擾為多種設備電流的電磁干擾疊加。
　　
將UPS的相線和零線、地線分開走線，兩者的距離應該保證在20cm以上，最好能做到40cm。其他動力電纜也應該遠離UPS零線。如現(xiàn)場施工不能分開，零線和地線可考慮用鎧裝屏蔽電纜，可達到同樣效果?！　?br /> 　　
(3)UPS負載端加隔離變壓器，并將隔離后的零線接地。這種解決方案的優(yōu)點在于能夠非常有效地解決負載端零地電壓問題。因為隔離后的零線接地，可以保證負載的零地電壓趨近于零。隔離變壓器是一個非常成熟的產(chǎn)品，品種全，可以滿足各種功率等級的要求，供貨周期短，價格低廉，而且安全可靠，無風險。目前計算機機房用戶多采用這種配電方式?！　?br /> 　　
綜上所述，推薦使用UPS負載端加裝隔離變壓器方案，此方案可一勞永逸地解決零地電壓問題。在某些場合方案三不能實施時，可考慮方案一、二為備選。

3、較大的零地電壓可加隔離變壓器(施耐德一APC公司中國產(chǎn)品技術部技術總監(jiān)　　
　　
零地電壓的產(chǎn)生是由于不平衡負載產(chǎn)生的基波電流)以及3次和3n次諧波產(chǎn)生的高次諧波電流，其有效值包括不平衡基波電流和高次諧波電流，標準限值為有效值2V(GB50174—2008)，這是衡量零線是否接好的方法；但是lV不等于沒有問題，5V也可能不發(fā)生問題?？赏ㄟ^平衡三相負載，降低諧波電流；降低零線電流傳輸阻抗(增大導線截面，減小節(jié)點阻抗，縮短零線傳輸距離，增加UPS端、負載端隔離變壓器)對零地電壓進行治理。UPS的內(nèi)置逆變變壓器不隔離中線，零地電壓是系統(tǒng)原有特性。旁路加隔離變壓器，重新產(chǎn)生中線，零地電壓降低。對于無逆變變壓器的UPS，最有效的隔離方法是在輸入端采用兩個獨立的變壓器，也町在輸出端增加一個隔離變壓器，或可在旁路增加一個隔離變壓器，并使輸入端共用。
　　
議題二：UPS供電系統(tǒng)與上級電源匹配問題　　
　　
1、發(fā)電機+電力穩(wěn)壓器+“1+1”UPS并機系統(tǒng)的匹配調(diào)控 (李成章／高級工程師艾默生網(wǎng)絡能源有限公司高級技術顧問)　　
　　
相關的檢測數(shù)據(jù)表明：對于同一套UPS供電系統(tǒng)而言，不管工作在市電供電條件下，還是工作在發(fā)電機供電條件下，它不僅具有幾乎相同的cosφ，輸入功率因數(shù)PF，輸入諧波電流絕對值，而且還具有非常近似的輸入電流諧波的頻譜分布曲線。發(fā)電機電源的高內(nèi)阻是造成UPS供電系統(tǒng)輸入電壓失真度增大的主要原因，它極易導致電力穩(wěn)壓器及發(fā)電機的自動調(diào)壓系統(tǒng)發(fā)生誤動作／誤調(diào)操作。為此，過去為UPS業(yè)界所經(jīng)常使用的技術措施是利用增大發(fā)電機的輸出功率同UPS的輸出功率的容量比的辦法改善發(fā)電機的帶載特性(其實質(zhì)是通過增大發(fā)電機容量的辦法降低發(fā)電機的內(nèi)阻)，從而導致投資成本增大。
　　
通過適當?shù)?ldquo;錯開”兩臺電力穩(wěn)壓器的開機起動浪涌電流的發(fā)生時間及適當?shù)卣{(diào)低電力穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓精度，就能用l臺150kV·A發(fā)電機驅動由兩臺100kV·A電力穩(wěn)壓器+80kV·A“1+1”UPS并機系統(tǒng)所組成的UPS供電系統(tǒng)，從而達到節(jié)約投資和運行成本的目的?！　?br /> 　　
為確保由電力穩(wěn)壓器+“1+1”UPS并機系統(tǒng)所組成的供電系統(tǒng)在發(fā)電機供電的條件下，也能安全和可靠地工作，需要對這套UPS供電系統(tǒng)執(zhí)行如下的技術改進：　　
　　
將原來的輸出功率為110kV·A的備用發(fā)電機組調(diào)換為150kV·A的備用發(fā)電機(常行功率)?！　?br /> 　　
2)考慮到因發(fā)電機電源被投入到電力穩(wěn)壓器的輸入端上的時刻可能出現(xiàn)在具有正弦波形的交流電源的不同相位點上，并進而導致它的開機起動浪涌電流的幅值會發(fā)生較大差異的工作特性(其變化規(guī)律是當發(fā)電機電源投入的時刻出現(xiàn)在正弦波的電壓峰值處時，它的輸入起動浪涌電流的幅值為最小值；當其投入的時刻出現(xiàn)在正弦波的電壓過零點處時，其起動浪涌電流的幅值為最大值)。

鑒于在過去的測試中，兩臺電力穩(wěn)壓器的輸入端上曾經(jīng)記錄到的最大開機起動浪涌電流是一串幅值為220A左右、持續(xù)時間較長達0.2s左右的單極性衰減波形。為改善發(fā)電機的運行環(huán)境，盡可能地降低由電力穩(wěn)壓器的開機起動浪涌電流所可能帶來的不利影響。建議相應的電力穩(wěn)壓器廠家將兩臺穩(wěn)壓器的開機起動時間錯開3s左右。　　
　　
3)為改善發(fā)電機的運行條件，建議相應的UPS廠家對80kV·A“1+1”UPS并機系統(tǒng)進行再調(diào)整，以便盡量地減小兩臺UPS之間的輸入電流和輸出電流的均流不平衡度(通常期望值<5％)及它們之間的環(huán)流，從而提高UPS并機系統(tǒng)運行的可靠性的目的?！　?br /> 　　
為提高由150kV·A發(fā)電機+兩臺100kV·A電力穩(wěn)壓器+80kV·A“1+1”UPS并機系統(tǒng)所組成的UPS供電系統(tǒng)的運行的可靠性和穩(wěn)定性，常用的技術措施有：　　
　　
(1)降低UPS的輸入電流諧波分量對于中、大型UPS而言，可選用6脈沖整流+5次諧波濾波器型UPS、12脈沖整流器型UPS、12脈沖整流+11次諧波濾波器型UPS和6脈沖整流+有源濾波器型UPS。對于中，小型UPS而言，可選用IGBT脈寬調(diào)制整流器型UPS?！　?br /> 　　
(2)提高“l+l”UPS并機系統(tǒng)的并機性能：通過準確、合理的并機調(diào)機操作盡可能降低UPS并機系統(tǒng)的環(huán)流和兩臺UPS輸出電流的均流不平衡度，從而盡可能提高它對發(fā)電機電源的適應能力?！　?br /> 　　
(3)在此次對由發(fā)電機+電力穩(wěn)壓器+“1+1”UPS并機系統(tǒng)所組成的UPS供電系統(tǒng)所執(zhí)行的系統(tǒng)匹配性調(diào)控操作中，唯一沒有得到明顯技術改善的部件是用“熱同步并機”調(diào)控技術的UPS冗余并機系統(tǒng)的并機輸出特性較差。有關的并機調(diào)控操作的實踐表明：由于種種原因所限，對于這套80kV·A“1+1”UPS并機系統(tǒng)而言，它的并機工作特性、至今仍然處于不能令人滿意的工作狀態(tài)之中?！　?br /> 　　
(4)為盡可能地降低備用發(fā)電機的輸出功率同UPS供電系統(tǒng)的輸出功率的容量比，可供選擇的技術措施有：
　　
1)通過適當?shù)?ldquo;錯開”兩臺電力穩(wěn)壓器的開機起動浪涌電流的出現(xiàn)時刻點之間的遲時值及適當?shù)卣{(diào)低電力穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓精度，就能用150kV·A發(fā)電機正常地驅動由兩臺100kV·A電力穩(wěn)壓器+80kV·A“1+1”UPS并機系統(tǒng)所組成的UPS供電系統(tǒng)，從而達到避免使用過份地增大發(fā)電機容量技術措施的目的(如來用>250kV·A以上的發(fā)電機組)?！　?br /> 　　
2)對于配置有發(fā)電機運行控制信號的UPS來說，可供用戶選用技術手段是將來自發(fā)電機的主輸出開關上的發(fā)電機工作輔助觸點信號饋送到UPS的指定干接點通信接口上。此時，可利用這組輸入信號來限制UPS輸入電流及電池充電電流，并禁止逆變器與旁路電源同步，達到同時確保發(fā)電機和UPS穩(wěn)定工作的目的。這個特性常用于市電停電后，由容量較小的發(fā)電機向UPS供電的用戶?！　?br /> 　　
3)在電力穩(wěn)壓器和備用發(fā)電機的自動穩(wěn)壓調(diào)控線路的電壓采樣輸入信號線路的前端、增配小功率的5次諧波／11次諧波濾波器。
　
2、UPS供電系統(tǒng)與上級電源之問的容量匹配(江偉石／工程師中達電通UPS產(chǎn)品處技術總監(jiān))　　
　　
在UPS與發(fā)電機匹配使用中，只需為UPS配置少量后備電池以備切換時使用。發(fā)電機與市電轉換即可以手動，也可以設置自動切換設備(ATS)。當市電出現(xiàn)故障，自動切換設備(ATS)將自動切換到發(fā)電機端，發(fā)電機經(jīng)過一定的時間延遲(可根據(jù)客戶需要設定時間)自動起動，提供電力保障。
　　
由于發(fā)電機的內(nèi)阻較高(比變壓器高2～3倍)，增加了諧波的副作用。對于同一套UPS供電系統(tǒng)言，當它處于發(fā)電機供電的條件下運行時，它的輸入電壓諧波分量明顯地高于在市電供電條件下的輸入電壓諧波分量。
　　
簡單來講，對于高頻機其與上級發(fā)電機的容量比可l：1.5。而對于工頻機，容量比為1：2~4。