2N和1+1和2N+1等几种UPS供电方式

2N和1+1和2N+1等几种UPS供电方式 工业工业 UPS UPS常用案例分析常用案例分析 摘要 本文列举了能源（含石油、化工、煤炭及煤化工）行业用户现场应用工业UPSUPS的一些案例，对其中涉 及的 操作和运行维护等问题进行阐述，比较各个方案的不同差异和适用范围,为设备维护管理者提供工业 U UＰＰS S 系统整体电源保护解决方案一些建议和思路。 关键词: 工业 ＵＵP PＳＳ案例分析 并机系统 供电系统 前言前言 典型工业 UPS系统常用的电源保护解决方案包括单机系统、并机系统、2N（双母线）供电系统。如何选 择合适的供电方案,起决于系统所带负载的特点和重要性。对于运行当中可以有计划中断或停止运行的设 备, 可以选用单机供电; 对于运行当中不能停电的重要单电源负载， 选用并机供电； 对于可以接入两路 UPS 电源 的负载,优先选用 2Ｎ(双母线)供电方案。本文从现场应用案例入手，通过操作和运行维护阐述， 提供工业 UPS 系统供电解决方案的一些建议和思路。 １１单机系统的应用单机系统的应用 单机系统是能源行业应用最多的解决方案，根据 UPＳ 的设计，单机运行 ＵPS主机本体可以进行系统不 停 电维护。 1.1 UPS1.1 UPS单机供电方案四种工作状态单机供电方案四种工作状态 2N和1+1和2N+1等几种UPS供电方式 单机运行供电方案的各点交流负载独立地由一台 ＵPS 提供动力保护， 不停电维护是通过切换到手动维修旁 路退出运行当中的 UPＳ 主机，进行不停电维护的。手动维修旁路的切换,可以进行无中断的“先通后断” 切换过程，不会引起负载中断供电的问题。实现主机、旁路之间的无间断切换过程。如下图(图 1:UＰS 单机 供电方案四种工作状态)所示,UＰS 单机供电方案四种工作状态所对应的开关操作顺序为： 图 1：UＰＳ单 机供电方案四种工作状态 1 正常工作 Q1、Ｑ2、Q4、Q5、BAT MＣＢ 在接通位置，Ｑ３ 闭锁在断开位置。ＵPＳ通过整流器、逆变器、逆变 静态 开关向负载供电，同时向电池进行充电管理。 2 主电源消失或者整流器故障转直流电池组工作 Ｑ1、Ｑ2、Q４、Q5、ＢＡT MCB 在接通位置，Q3 闭锁在断开位置，所有开关位置不发生变化。UPS 直流 母线电压低于电池电压时,将自动把负载切换到电池系统上。ＵＰS 电池系统经逆变器、逆变静态开 关向负 载供电。 此时若主电源恢复或者整流器故障消失，UPS 逻辑判断无误时,UPＳ 可自动恢复至正常工作状态。 3逆变器电源消失或逆变器故障转旁路工 作 Q１、Ｑ2、Ｑ4、Q5、BＡＴMCB在接通位置，Q3 闭锁在断开位置，所有开关位置不发生变化。 UPS通过 逻辑检测,根据直流母线情况和逆变器的情况,会自动将负载通过逆变静态开关无扰动的切换到 旁路系统 上。UＰS 旁路系统经旁路静态开关向负载供电。 此时若逆变器电源恢复或逆变器故障故障消失，ＵPS 逻辑判断无误时，UPＳ 可自动恢复至正常工作状态 。 4 维修供电方式 维修供电方式需要人工操作才能完成,首先在逆变器与旁路的同步情况下，人工操作将 UPS负载切换到静 态切换开关旁路,此时的工作状态由 １或２ 切换到了3;在此情况下,先合上 Ｑ3 开关，再断开Ｑ2 开关 ， 再断开 Q４ 开关，通过先通后断的切换，就实现了 UＰS 退出运行时对负载的连续供电。所有负载的供 电， 由旁路系统实现。 2N和1+1和2N+1等几种UPS供电方式 当然,此时的供电可靠性,由旁路电源决定。因此，不建议在生产装置运行时对单机运行的 UPS进行检修 和维护。 上述方案实现了 UPS 系统的典型应用，但也有不利于维护的一些缺点。在此基础上,实践采用的单机系统 解决方案做了一些优化，主要有下面几种应用 1.21.2旁路带备用开关的单机供电方旁路带备用开关的单机供电方 案案 如图 2 所示,旁路带备用开关的单机供电方案是最典型的应用方案。UＰS 系统的上游可以分别来自两个独 立的不同接地点电气系统（或者不接地系统),所有负载系统通过两个隔离变压器与上游完全隔离，负载 侧 既可以采用 TN－S 系统，也可以采用 IT 系统。ＱF３ 备用开关用于紧急情况下的旁路直通，也可用于并 机 系统的扩容,或者构成双输出系统使用。 图2 旁路带备 用开关的单机供电方案 1.31.3脱机旁路柜方式单机供电方案脱机旁路柜方式单机供电方案 “脱机旁路柜”方式单机供电方案在实现典型单机应用方案的基础上，重点考虑了维护的安全性。尽管各 个厂家提供了无扰动退出UＰS 主机的切换方案，但由于UPS 维修旁路输入和总输出的端子排、UPS 内部 采样回路仍然带电，给维修工作带来安全隐患。因此在实践应用中,有时也采用如图3 所示:“脱机 旁路 柜”设计方式。 UPＳ系统正常运行时,UPS 主机内部Ｑ1、Q２、Q4 合上，Q3 断开且挂锁；旁路柜中 ＱF１、ＱF2、 QF4、QＦ５ 合上,ＱＦ3 断开且挂锁。 当 UPS 主机需要 Ｗ维护时，先将 ＵPS 从逆变器输出切换为静态旁路输出(断开逆变器静态开关，合上 旁 路静态开关），再合上 Q3到 ＵＰS 主机维修旁路，然后将Q２、Ｑ4 断开，切断逆变器、静态开关 2N和1+1和2N+1等几种UPS供电方式 和输出负 2N和1+1和2N+1等几种UPS供电方式 载之间的联系,再通过等电位的操作,将“脱机旁路柜”QF3 合上，ＱF２、ＱF４ 断开,就可以通过旁路隔 离变压器、QF３、QF5 向所有负载供电了。 此时，切断 ＵPS 的上游整流器电源和电池开关,则可使 UPS内部完全停电,安全检修了。 图3“脱机旁路 柜”方式单机供电方案 １１.4.4双输出方式单机供电方案双输出方式单机供电方案 如图 4所示, 双输出方式单机供电方案能够在投资有限的情况下, 为双电源负载提供两路独立的电源供电。 一 路由 ＵＰS 提供稳定的电压,另一路由旁路系统提供经过电气隔离的电网电源。这种方案在实现典型单机应 用方案的基础上，可以提供双路交流输出给下游的相关专业,也是一种给双电源负载供电的优秀的解决 方案 。 图4 双输出方 式单机供电方案 2N和1+1和2N+1等几种UPS供电方式 2 2并机系统的应并机系统的应 用用 随着大型控制系统在能源工业领域的应用，UPS 并机系统得到了大量和广泛的应用。这种方案考虑到了装 置长周期的运行中对 UPS 主机进行维护，相比单机系统的应用方案有很大的优越性。并机系统应用有以下 几种典型设计 2.2.１１ 标准并机供电方标准并机供电方 案案 如图５ 所示，正常运行时，１＋１ 并机运行供电方案的全部交流负载由2 台 ＵPＳ平均分担,任何 一台 ＵＰS均可以带100%负载长期工作。因此，1+1 并机运行供电方案可以完全退出 1 台 ＵＰS 主机进行维护。 这种典型并机方案应用非常广泛。正常运行时，除每台 ＵPＳ 主机的旁路维修开关 Q3 断开且挂锁外，其 余开关均正常闭合。当需要检修或者维护其中的一台 UPＳ 时,断开旁路柜及输出配电柜的对应开关，就 能将 所要退出的UPS 主机设备完全隔离。 图 5 标准并机 供电方案 2.2.２２输出配电系统与输出配电系统与 UPS