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卫星地球站UPS交流稳压电源解决方案

作为机房电力保障系统中重要的组成部分,UPS交流稳压电源系统必须要有非常高的稳定性和可靠性。随着广播电视事业的发展,卫星地球站的安全播出是广播电视安全播出中的重中之重。如何合理使用和科学维护UPS交流稳压电源电源,提高机房供电质量,杜绝因供电系统的各种故障造成对安全播出的影响,是广播电视事业发展的重要因素之一。

  

  UPS交流稳压电源电源工作原理  

  UPS交流稳压电源(Uninterrupt.b1ePowerSystem)不间断供电系统具有稳压、稳频、隔离、净化电源等作用,从UPS交流稳压电源的发展历史来看,其经历了由旋转型工作方式到现在大量使用的静止转换工作方式的UPS交流稳压电源静止型UPS交流稳压电源从其位于市电与负载之间的工作方式来区分可分为在线式、后备式和互动式。而在线式UPS交流稳压电源无论从工作原理、电路组成、技术水平及使用方法等方面基本占据了UPS交流稳压电源产品的主导地位,以下就在线式UPS交流稳压电源电源的工作原理做一简述。  

  在线式UPS交流稳压电源的电路组成及框图如图1所示。其工作原理是当市电的电压和频率符合UPS交流稳压电源的输人参数值时,经过AC/DC整流器变换为直流电源,此直流电源是下一级DC/AC逆变器的直流输入电源,同时还为备用蓄电池组提供充电电流。逆变器将输入的直流电压经PWM全桥变换后经静态开关输出一个叠加有高频成分的工频正弦波电压,而后经过输出滤波电路把正弦波电压上的高频成分滤除掉,在输出端便得到失真度较小的正弦波电压。这种UPS交流稳压电源能将市电隔离,市电正常时,过滤市电供给负载净化的电源。市电中断或不能满足UPS交流稳压电源的输入要求时,UPS交流稳压电源的输入AC/DC整流器将关闭,此时后备蓄电池以无切换时间的方式向逆变器供电,以保证输出端负载得到连续稳定的高质量供电,当市电恢复供电时,蓄电池组便停止向逆变器供电,此时机内充电器向蓄电池组补充消耗的电能,以备下次使用。当市电存在且在UPS交流稳压电源输入允许范围之内时,由于DC/AC整流器发生故障或负载功率大于逆变器输出额定功率时,为保证负载仍能正常工作,逆变器输出端的静态开关切换到旁路供电状态,此时市电通过输入滤波电路和输出端静态开关直接为负载供电。当逆变器恢复正常或负载功率降到逆变器输出额定功率之内时,输出静态开关将自动由旁路供电切换到逆变供电状态。UPS交流稳压电源的输出输入滤波器一般为无源滤波器,市电电网一侧的滤波器主要是滤除电网中的高频*和噪声电压。输出滤波器主要是把输出正弦波电压上的高频成分滤除。UPS交流稳压电源的控制电路较为复杂,尤其是三相输人三相输出的大型UPS交流稳压电源,其告警及保护功能非常齐全,这就使得其识别、控制、保护电路较为复杂庞大,而且这些电路之间的相互动作与控制必须符合设计的时序与逻辑关系。控制电路的组成主要包括:输入交流电压、频率、相序、蓄电池组电压及容量检测电路、输出频率和相位跟踪电路、DC/AC逆变器PWM控制电路、静态开关状态识别与驱动电路、启动控制电路、各种告警信号处理及保护驱动电路、运行状态显示电路、蓄电池充电器的控制电路等。三进三出的UPS交流稳压电源输出功率一般都在20kVA以上直至400kVA或更大。我站使用Galaxy5000两台60kVA双机并联冗余系统。

  

  UPS交流稳压电源的使用及维护  

  UPS交流稳压电源电源系统按使用要求功率余量不大,在使用中要避免随意增加大功率的额外设备,也不容许在满负载状态下长期运行,但工作性质决定了UPS交流稳压电源电源系统几乎是在不问断状态下运行的,增加大功率负载,即使是在基本满载状态下工作,都会造成主机出故障。自备发电机的输出电压、波形、频率、幅度等应满足UPS交流稳压电源电源对输入各参数的要求,发电机的功率要远大于UPS交流稳压电源电源的额定功率,否则任一条件不符.将会造成UPS交流稳压电源电源工作异常或损坏。UPS交流稳压电源电源在正常使用情况下,主机的维护工作很少,主要是防尘和定期除尘,防止主机内的风机将灰尘带人机内沉积,当遇到空气潮湿时会引起主机控制紊乱造成主机工作失常。大量灰尘也会造成元器件散热不好,一般每季度应彻底清洁一次。其次就是在除尘时检查各连接件和插件有无松动和接触不牢的情况。  

  蓄电池是实现UPS交流稳压电源不间断供电的重要组成部分,是UPS交流稳压电源的“心脏”,不管UPS交流稳压电源系统多么复杂,其性能最终决定于它的电池,如果电池失效再好的UPS交流稳压电源也无法提供后备电源,如何监视电池以精确地预测其临界失效期和如何延长电池的有效寿命是保证UPS交流稳压电源供电系统稳定和可靠性的关键。  

  蓄电池的正确使用、定期维护以及合理地设置UPS交流稳压电源电池管理系统中的重要参数,可使蓄电池的实际使用寿命尽可能接近设计使用寿命,减少设备资金的再投入,尽可能地避免由于蓄电池故障所造成的不必要损失、减少故障发生。对于密封铅酸蓄电池在使用过程中主要是注意UPS交流稳压电源及其备用电池组的周围工作环境温度不宜超过30度,当电池工作环境温度超过35度时,由于电池内部损耗增加,电池本身的“存储寿命”将会缩短。如果选配有温度补偿功能充电器的UPS交流稳压电源,可以使电池的寿命延长30~50,因为当环境温度升高时,电池所允许的浮充电压阈值下降,此时,若浮充电压为固定,势必对电池组置于“过压充电”工作状态,加剧电池的化学反应造成蓄电池中的水分子大量电解,放出氢气和氧气而逸出,电解液不断干涸,电池容量减少,从而缩短电池的寿命,环境温度补偿技术能随温度的变化调节浮充充电电压,不至使电池组处于过压充电状态,只是相对地提高了蓄电池的使用寿命,还不能由此根本解决环境温度过高而造成使用寿命缩短的问题。另外当环境温度较低时,尽管有的充电温度补偿范围较宽,但由于电池内部电解液的温度特性将会造成蓄电池输出的实际容量下降,充电器的温度补偿功能对蓄电池因环境温度较低使输出容量下降的问题是无法解决的,解决电池由于工作温度过高而缩短使用寿命的最根本方法是在机房配备空调设备,使环境工作温度控制在25度左右。其次,密封铅酸蓄电池要注意避免的另一种现象是深度放电。密封铅酸蓄电池的单体放电终止电压值与其放电电流的大小有着规定的对应关系。如电池以10小时放电率放电,即电池标称容量1/10的电流放电,规定放电电压到单体电压1.8V时应停止放电,若此时仍使电池继续放电,电池单体电压过低时,便发生了过放电现象,也即深度放电,密封铅酸蓄电池深度放电必然会使其有效循环次数减少,缩短电池使用寿命。如深度放电后不能及时进行充电则会更快加速电池的早期失效。大电流、小电流是针对电池容量而言的,例如:100AH的电池,当放电电流为0.5C,即100×0.5A一50A以上时称大电流放电;小于0.01C即1A的放电电流称小电流放电。小电流放电很容易造成涓流放电,使电池永久性的损坏。研究发现,电池的放电电流越大,电池所允许的终止放电电压越小;相反,放电电流越小,电池所允许的终止放电电压越大。UPS交流稳压电源的电池管理系统中都具有蓄电池组放电终止电压保护功能。在智能化程度较高的电池管理系统中,其电池放电终止电压保护点是随电池组放电电流的大小而自动调节的。这样既可使后备电池组的能源得到较充分利用,又不会使电池进入有害的深度放电状态。  

  对于与UPS交流稳压电源连机开始运行或闲置的电池组一定要定期维护。在UPS交流稳压电源备用电池组定期维护时一定要采取可靠的措施确保在电池组放电维持时间内,UPS交流稳压电源的负载不能中断供电。此时可采用两台同等容量、同型号的UPS交流稳压电源,其输出端共同通过自动转换柜以热备份方式对负载供电。把主供电的UPS交流稳压电源用手动转为电池供电,同时要注意观察UPS交流稳压电源显示屏上显示的电池剩余容量,但此时不必担心由于电池组电压突然下降造成UPS交流稳压电源关机,因为另一台UPS交流稳压电源在交流市电供电下以热备份方式工作,一旦主机关断,备机便立即投入供电。采用这种放电方法时,主机备用电池组的放电容量可在20~30%左右即可达到放电维护的目的。  

  备用电池组的另一种维护是对电池组进行短时间的均衡充电。这是因为电池组在长时期的浮充备用状态下或经过多次循环使用后,由于其内部原因会出现端电压、内阻不一致的现象。为了消除这种不均衡现象的故障隐患,进行均衡充电时每个电池的单体电压可充到2.3V~2.4V,充电电流要限制在0.2×电池容量以内,在这种均衡充电状态下5个小时左右而后转入正常浮充状态。密封铅酸蓄电池的均衡充电维护应在环境温度为20~25度时进行,至于何时对电池组进行均衡充电,应根据电池组的实际使用情况而定。一般经过均衡充电后电池组中的电压、内阻不平衡现象可得到改善,可延长电池组的使用寿命。

  

  结束语  

  UPS交流稳压电源不间断电源是地球站重要的不可缺少的设备,但要UPS交流稳压电源电源真正成为不问断电源,保障广播电视信号可靠地传输,必须加强对它的管理与维护。

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