UPS原理与日常维护
UPS原理与日常维护
UPS输出应为交流220V，50Hz，单相，不接地系统，可连续向重要负荷提供电源。集控楼每单元机组设置一套UPS，额定容量为80kVA。网络控制系统设置两套UPS，其额定容量各为10kVA。
1. UPS将向以下负荷提供交流电源，但不限于此：
集控楼UPS：机组分散控制系统（DCS）、锅炉安全监视系统、汽轮机监视仪表、汽轮机旁路系统、主厂房就地I&C负荷、火灾探测报警及控制系统集中报警控制盘、电气测量变送器、其它自动调节、监视和保护设备等。
网控NCS站控层UPS：NCS站控层设备等。
网控NCS间隔层UPS：NCS间隔层设备等。
2. UPS组成及使用环境
UPS装置应由输入隔离变压器、整流器、逆变器、静态转换开关、手动旁路开关、逆止二极管、旁路隔离变压器、旁路调压器和配电柜等组成。UPS装置应满足在环境温度-5～40℃的条件下额定满负荷连续运行以及50℃时额定满负荷运行8小时。
3.UPS电源及检修详细要求
UPS整流器由380V厂用系统供电并向逆变器提供直流电源，同时机组220V直流系统经逆止二极管接入作为逆变器的备用电源，一旦整流器故障，逆止二极管导通，逆变器无间断地向机组220V直流系统供电。在逆变器发生故障及在逆变器输出侧发生过负荷或负荷故障，静
态转换开关自动将负荷切换到旁路电源。一旦消除了逆变器的故障、负荷故障或过负荷情况，静态转换开关应自动将负荷由旁路电源回路切回到逆变器输出。需要检修逆变器和静态转换开关时，可利用手动先通后断开关实现无间断的切换到旁路。
4.一般UPS 原理图表
主输入三相电源Q1主输入开关旁路两相电源
UPS 主机隔离变压器Q4旁路输入开关
电池柜
滤波器
隔离变压器
整流器
单相自动稳定器
电池开关逆变器Q2电池输入开关
输出隔离变
Q6工作旁路开关
静态开关
Q5手动维护旁路
Q7工作开关
馈线柜
Q8共11回Q9共3回Q10共2回Q11共2回C65H/20A
C65/32A
C65H/40A
S1N125/125A
电池组DJM1212012V ×19节
5.UPS 主要元件的作用
5.1整流器
固态，交流输入侧可调的12脉冲整流器应用于向逆变器提供稳定的直流电压。整流系统应由输入隔离变压器、整流器和控制盘等组成，在整流器输入端应提供一个带热元件的自动开关作为过流保护。整流器输入电压应为380V，三相三线，50Hz，允许电压变化范围应不小于+10%～-15%、允许频率变化范围应不小于±5%。
5.2逆变器
逆变器应由具有恒压恒频的静态装置构成。逆变器应具有一个全自动限流功能，用来防止其输出超过最大运行值和输出侧的过负荷或短路。逆变器应有良好的散热和通风。逆变器的输入来自整流器的直流输出或来自机组220V直流电系统，当整流器输入电压和频率在允许的规定值范围内变化或蓄电池组直流母线电压变化率为额定值的±12.5%时，逆变器在各种工况运行时，应能提供额定电压为220V、50Hz 的单相输出。其输出电压变化范围不大于±1%，频率变化范围不大于±0.5%；逆变器输出总谐波有效值不应超过3%，单一谐波有效值不应超过2%。逆变器在功率因数0.7～0.9运行时，最大冲击负荷为额定值的1.5倍时，应能承受60ｓ。
UPS逆变器输出应对旁路输入进行连续跟踪，以便在主机故障或工作电源消失时，实现无扰动切换到旁路。
5.3静态转换开关
静态开关-定义
静态开关又称静止开关，它是一种无触点开关，是用两个可控硅（SCR）反向并联组成的一种交流开关，其闭合和断开由逻辑控制器控制。分为转换型和并机型两种。
静态开关-作用
转换型开关主要用于两路电源供电的系统，其作用是实现从一路到另一路的自动切换；并机型开关主要用于并联逆变器与市电或多台逆变器。静态转换开关是一个快速切换装置，应作为UPS主机的一部分来提供。装置的控制应提供自动或手动不间断地切换负荷至旁路电源，并当逆变器故障和负荷故障消除和逆变器输出在规定范围之内时，经同步检测延时5~10秒自动切回至逆变器输出。静态转换开关在旁路电源侧和逆变输出侧均应安装。静态转换开关的切换时间在任何切换情况下应不大于0.5ms。
6.手动旁路开关
为便于维护UPS设备，供方应提供手动操作机械旁路开关。手动旁路开关应是先通后断结构，以保证在切换过程中UPS输出交流电源的连续性。手动旁路开关应为一体化产品，能够实现运行、旁路、检修工况的操作。
7. 逆止二极管
逆止二极管用于UPS内部整流器输出与外接的机组220V直流电源
系统之间的隔离。逆止二极管应按逆变器最大输入电流来选择，并具有承受输出端短路故障的自保护能力。逆止二极管应能承受不小于1500V的反向电压。逆止二极管应作为主机的一个元件成套提供。8. 旁路电源
UPS设置旁路电源。
旁路电源应包括降压隔离变压器和自动电压调节器，降压隔离变压器用于从电气上和静电上将UPS负荷与系统输入电源隔离，即防止暂态过程进入或干扰负荷回路。自动电压调节器用来随输入电压波动而升高或降低输出电压，以便向UPS负荷提供恒压电源。
9.配电柜
8.1UPS配电柜内的母线应采用铜排，并能承受UPS电源提供的短路电流。
8.2UPS配电柜内的负荷馈线采用小型空气断路器，空气断路器选
型应满足短路电流的要求。空气断路器应带有辅助接点和报警接点各一对，供方应负责将配电柜内的所有馈线空气断路器的报警接点并联并接至端子排上，以供业主方,总承包方使用。空气断路器选用施耐德产品。
8.3在柜内提供铜接地母线连接所有交流系统中性点，采用压接
型端子连接外部接地电缆。
10.正常运行模式
10.1 在正常运行模式下，旁路开关Q050切换至AUTO 端交流电输入（整流
器主输入）经过匹配的变压器供应给相角控制整流器。整流器补偿主输入电压的波动，负载的偏差，以及维持直流电压恒定。整流器供应逆变器电能并保证连接的电池保持备用安全（浮充和均充由充电条件和电池类型决定）
在其下端的逆变器依靠最优正弦脉冲宽控制（PWM）转换直流电压至交流电压,并直接为所连接的负载供电
图。1
涉及状态
整流器主输入有效且允许范围内
旁路输入有效且允许范围内（可能超出允许范围）
Q050 在AUTO端
Q004 开
整流器开
逆变器开
静态开关EN 关
输出电压在允许范围内
如果逆变器对负载供电不安全，例如由于过载（>150% 1分钟，125% 10
分钟）或者逆变器故障，UPS系统将会切换到旁路更进一步信息请看第5小节：旁路运行模式
11.2电池运行模式
当电池运行模式时旁路开关Q050在AUTO 端如果电压发生下降或故障，逆变器不再由整流器供电。接入直流中间电路的电池将会自动无干扰的为逆变器供电。电池放电会发出告警，电池电压以持续和较大的放电电流的函数下降。由逆变器控制从而UPS 输出的电压是保持恒定的。如果电池放电达到限度，报警将会发出。当主输入恢复或依靠柴油发电机的紧急电源供应代替有问题的供应，系统将会自动恢复到正常运行模式。否则，如果旁路输入在允许的范围内，系统将自动转到旁路运行模式，如果旁路输入不可用或超限，系统将会自动停机。主输入恢复或依靠柴油发电机的紧急电源供应代替有问题的主电源，如果UPS系统设置为自动开机，在主输入恢复时整流器将在60秒后开启并为电池充电；如果系统没有设置为自动开机，只有手动开机，系统将等待人员操作开机。
电池为负载供电
涉及状态
整流器主输入外界允许范围
旁路输入可能的允许范围内（也可以是外界允许范围）
Q050 在AUTO 端
电池可能的允许范围
Q004 开
整流器关
逆变器开
静态开关EN 关
输出电压在允许范围内
11.3 旁路运行模式
在旁路运行模式下手动旁路开关Q050在AUTO 端此操作可以使用电设备无间断切换至特定允许限度的主输入供电（旁路输入）。切换可由控制信号自动启动或由手动启动。
每次无间断切换，自动还是手动,只能由UPS系统的电压，频率和相位与旁路输入的关系是否同步来决定。超出的允许范围的电压，频率和相位中的任意一个，机器将会禁止切换。
当逆变器电力供应不能保证在允许范围内时，负载将自动切换至旁路输入。
如果旁路输入故障发生，整流器主输入正常，系统将自动切换至正常运行模式，否则如果电池可用并在允许范围内（仅发生在手动切换至旁路运行模式的情况下）将切换至电池运行模式
此情况会发生由程序决定的逆变器输出电压的瞬时消失，但不会影响设备的运行。
自动切换至旁路运行模式。负载由旁路输入直接供电不会干扰在安全母线排上的用电设备
涉及状态
整流器主输入
旁路输入
Q050
电池超出允许范围（可能在允许范围内）
UPS也会切换至旁路如果逆变器由于过载进入
电流限制逆变器的供电不被保证
Q004 开
整流器关/开（由切换决定）
逆变器关
静态开关EN 开
输出电压在允许范围内
如果过载仍存在，问题未解决，UPS 将自动切换回正常运行模式或电池运行模式。
由手动切换至旁路运行模式。负载由旁路输入直接供电不会干扰在母线排上
的用电设备
11.4充电
涉及状态
整流器主输入有效且允许范围内
旁路输入有效且允许范围内（也可能超出允许范围）
Q050 在AUTO端也可能在BYPASS或BYPASS
端
涉及状态
电池可用（决定于充电条件）
Q004 开
整流器开
逆变器关
静态开关EN 关
输出电压无电压
不为负载供电
11.5待命状态
涉及状态
整流器主输入可用
旁路输入可用
Q050 在AUTO端也可能在BYPASS或BYPASS
端
电池可用
涉及状态
Q004 开
整流器关
逆变器关
静态开关EN 关
输出电压无电压
不为负载供电
11.6关机
涉及状态
整流器不可用
旁路输入不可用
Q050 在AUTO端也可能在BYPASS或BYPASS
端
电池断开
Q004 关
整流器关
涉及状态
逆变器关
静态开关EN 关
输出电压无电压
不为负载供电
11.7检修维护工作
为检修，维护工作或对系统内工作，系统切换至无电（手动旁路开关在BYPASS 端）
涉及状态
整流器主输入不可用
旁路输入有效且允许范围内
Q050 在BYPASS 端
电池断开
Q004 关
涉及状态
整流器关
逆变器关
静态开关EN 关
输出电压直接由旁路输入供电
12.排除简单故障
故障原因
整流器不能开启整流器输入断路器Q001打开
整流器主输入输入电压超出允许范围或者错误的相序
整流器电源部件温度过高
供电电压故障或超限
整流器桥连接插件
逆变器不能开启直流电压超限
供电电压故障或超限
逆变器电源部件温度过高
插件电子线路连接转入TSM模式
报警指示问题解决
报警指示错误源可能的测试元件
整流器主输入故障30秒整流器输入电压
超限
测量输入电压保险板A001
接口
控制器
整流器故障5秒电源供应
电源半导体
整流器电源部件
温度过高
测量电源供应电源供应
风扇
直流超限整流器失控
电池放电
电池电路断路器
Q004
直流电压过高测量直流电压
电池电路断路器
Q004
接口
电池电路断路器
Q004
电池
电池运行5秒整流器故障主输入输入Q001
F001，F002 ，F003
电池放电3秒一个或多个电池
故障
电池放电检查电池组中是
否有电压严重背
离的电池
电池
电池组
电池断开5秒电池电路断开器
Q004 测量电池电压电池电路断路器
Q004
逆变器故障5秒开启逆变器超出
输出电压范围
逆变器电源部件
过热在F021
测量输入电压
F021
接口
控制器
风扇
过载逆变器/旁路30秒负载电流高于系
统正常电流
测量负载电流电流变压器P013
逆变器保险熔断
5秒
电源保险F021 检测保险F021 保险F021
同步30秒旁路频率超限测量旁路与系统
输出电压
控制器
旁路输入故障30秒旁路输入超限测量主输入电压保险板A006
接口
手动旁路开5秒手动旁路开关没
有切换至AOTO
手动旁路开关位
置
手动旁路开关
Q050
EN抑制旁路输入电压
或频率超限
EN电源部件温度
过高测量旁路输入电
压
静态开关EN
温度过高电源部件散热器
过热
饶线材料过热
空气入口堵塞测量温度
检查系统内空气
流动
温度调节装置和
布线材料
风扇故障风扇
风扇监测器
风扇变压器板
风扇电源检查空气流动
检查供电
风扇未连接
风扇监测器
A055
保险板A055
电源供应故障电源供应
交流或直流电源
保险P.C板
A001+A006 测量输出电源电
压
测量供电电压
Psu-变压器T005
Psu-变压器T004
保险p.c板
A001，A002，A006