【doc】UPS“双总线输出”供电系统用负载自动切换开关（上）

【doc】UPS“双总线输出”供电系统用负载自动切换开关（上） UPS“双总线输出”供电系统用负载自动切 换开关(上) 《电源世界》20114年第12期 UPS"双总线输出" 不间断电源 供电系统用负载自动切换开关 (上) TheLoadTransferSwitchforParallel—RedundantUPS SystemwithDual—BusTypeofOutputCircuits 李成章中国科学院计算技术研究所,艾默生网络能源公司(北京100036) LiChengzhangInsfitu 【eofComputingTechnology,CAS:~mersonNetworkPowerCo.Ltd.(100036) 摘要:统计资料显示.在信息网络机房巾仅配置"__【"UPS余供电系统.并能消除网辨瘫痪"故障为确保位于互联同上的 毽网络没备如服务器的安全运行,有必要在双总线输出线路巾配置"负戴f{动切换开关".以便向各种网络设备提供信息网络" 皱的优匝电源采用DSP垒数字技术驶多重冗杂例控技术设汁的负载自动切换开.吖使网络供电系统获得如下优点:消除单点 瓶颈"故障隐患一提高供咀质量的"择忧烘电"功能;增强网络设备的运行安全胜曲"故障隔离"保护功能等;本文详细地分析和讨论负 载自动切换开父的型号,'I作原理,执行安全切换操作的前提条件,作模式,技术参数,选用注意事项及供电系统的设r 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 叙词:负载日动切换开关"单点瓶颈故障隐患择优供电故障隔离 Abstract:Therelatedstatisticshaveshownthat"N"1yoftheparallelredundantUPSsystemca nnotelin~Jnntethefailureofthe networkparalysisinthenetworkx)mcompletely.Inordertoensurereliablealldsafe0-豫【ion()fthPkeynetworkequipmems.such selxrers?whicharesuppliedbytV.'OorthreeindDndentpowersuH}lies.itisnecessarythatthedualbustypeoftheparallelredun dantUPSsystemshot:ldheeq1tipped~xdththe~.ttiorn&tleStaticTransferS'a,itches(STS.Therefor{,.avarietyofnet~vorkequipments canhesuppliedbyaso-calledinformationnetworklevelofhighquality? ircesDueIDthatnr2~vST$Bredesignedandmadeby13ev~, I)SPandmulti— redundantlogiccontroltechniques.itcarlprovidethelnllowingsuperloridesfornetworkequipments:theeliminationof single-point'typethehdlures:tbechooseofhigherqualityofpowersupplyfromtwoindependent.~ource.g:theisolationofthefail— L1res;theincreaseoftherdiahilityand[auttl:oleranPforUPSsystmandsoO[1Thetypeoftheloadtransferswitches.theoperation principle— theessentialconditionsforsafetransferoperatkmoftheSTS.thetechnicalparaT'Jletersandspecifications,theapplication andmattersneedingattention-thedesignschemesoftheparallelredundantUPSsystemwithdual—bL】stypeofoutputcircuitsamstud— ledandanalyzediwdetalied. Key~3rds:atlt[JnlatieStaticTransferSwitcbes{STS)singk~point''typethefailureschooseofhigherqualilYofpowersupplyiso tationofthefailures [中囤丹类号:TNg6:文献标识码:A文章编号:1561034~{2004)12一,2C,3307 33ITrioW~'ldofPo 1配置负载自动切换开关的必要性 不间断电源 UPS 当今的市场经济和社会活动对信息网络(互联网,电信网, 工业自动化控制网,政府的电子政务网站等)的依赖程度是如此 之高,那怕是仅几分钟的"网络瘫痪"就可能会给公司,企业及行 政管理机构的销售,经营管理,声誉,及公众形象带来难以估量 的损失,也会影响社会生活的正常运行.鉴于公众对"信息网 络"的正常运营服务所期望的高度"时效性",因此,要求负责向 网络供电的UPS供电系统必须具有提供100"高可利用率"的 供电能力.目前,常采用的技术措施之一是:在各种重要的信息 网络机房中,配置"N+1"型UPS冗余并机系统,从而为确保各 /存储数据和各种信息资 种网络设备能安全,可靠地处理/传输 料创造出优良的电源运行环境.多年来的运行实践证明:"N+ 1"型UPS冗余并机系统具有如下技术优势: ? 增强UPS供电系统的"容错"功能:在由"N+1"台UPS 所构成的UPS冗余并机系统的运行中,如果其中某台UPS因故 "出故障"时,剩下的N台UPS具有足够的"带载能力"向后接的 网络设备提供纯洁的,稳压的UPS逆变器电源,从而确保各种 网络设备的安全运行.这意味着:对于这样的带"容错"功能的 UPS冗余供电系统而言,即使在遇到某台UPS因故出故障时, 它仍能向它的负载提供具有100"高可利用率"的高品质电源. ? 提高UPS供电系统的可靠性:例如"1+1"并机系统的平 均无故障工作时间(MTBF)是UPS单机的6倍左右.如果再考 虑到:当今的中大型UPS的MTBF值已高达4O,50万小时的 话,"1+1"UPS冗余供电系统的MTBF值可达250万小时左右. 同普通市电电源的99.9%的可利用率相比,它可将UPS供电系 统的可利用率提高到99.99997%以上.由此可见:它对提高供 电系统的可靠性的作用是多么的巨大. ? 提高UPS供电系统的可维护性:它允许在UPS的逆变器 电源供电的条件下,对位于UPS并机系统中的某台UPS单机执 行"不带电"的定期维护/故障检修操作. 尽管在配置"N+1"型UPS冗余并机系统后可极大地改善 信息网络的供电环境.然而,近年来对当今IDC机房的运行状 况的调查发现:仅靠"N+1"型UPS冗余并机系统并不可能 100地确保在它的输出端,再也不会出现"停电"事故.相关的 统计资料证明:由于UPS的机型选配不当,或输入配电系统/输 出配电系统的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 不当,造成的在UPS冗余并机系统中出现从 几十毫秒到几秒的"短暂停电"或超过几分钟的"长时间停电"的 事故仍然睛有发生(但发生这种故障的相对比例很低).众所周 知:在"信息网络"的运行中,如果遇到超过2O毫秒以上的"瞬间 供电中断"故障,就可能会导致服务器,小型计算机,网关等网络 '电源世界>2004年第12期 机"后,在极短的时间内,自动执行重新"开机启动"操作.这样 一 来,它必然会导致信息网络的操作系统和用户的应用软件被 破坏及关键数据的丢失),从而致使"网络瘫痪"事故发生.相关 的统计资料证明:一旦出现这种局面,要使信息网络恢复正常工 作,往往需"耗时"短则几十分钟,长则到几小时以上,从而致使 网络瘫痪事故的影响面被急剧扩大.例如:某电信公司的电信 网络在运行中,因UPS供电系统出现约3秒的"短暂供电中断" 而导致其计费系统及电话号码的自动查询等关键系统停止工 作,从而造成高达数百万元的营运损失及用户的大量投诉.为 消除这种不幸事故的发生,所采用的有效技术途径之一是配置 如图1所示的UPS"双总线输出"供电系统. 图1UPS"双总线输出"冗余供电系统控制框图 从UPA和UPS-B两套UPS供电系统送出的两路交流电 源负责向各种网络设备供电(在这里,UPS-A,B两套系统既可以 是UPS单机,也可以是"N+1"型UPS冗余并机系统.在工作 实践中,在重要的刀DC机房中,常采用"1+1"/"2+1"型UPS冗 余并机系统来作为它的网络设备的供电电源).位于LIPS"双总 线输出"供电系统的输出端的网络设备可分为三大类; (1)非关键性设备(例:打印机,复印机及供浏览网络用的 PC机等):对非关键的设备而言,当因电源问题而造成它们发生 "停止工作"的故障时,一般说来,仅会给用户带来工作不便/工 作时间的浪费之类的烦恼,并不会造成重大的经济损失.因此, 仅向它们提供单路供电电源. (2)采用"1+1"式冗余供电的,带"双电源输入端"的关键性 网络设备(例:服务器,磁盘阵列机,网关等);对于带"双电源输 入"的网络设备而言,从UPS-A,B的输出配电柜所输出的两路 UPS电源被分别送到这种设备的两个输入端上.在这样的冗余 式"双路交流电源"供电设计的条件下,当遇到某套UPS供电系 统因故出现"停电"事故时,它也能确保这些IT设备的正常运 行.通过对当今的信息网络机房的调查发现:因各类用户的网 络设备的配置水平/更新的速度的不同,所采用的"双电源输入" 供电的网络设备在总网络设备的配置中所占的比例大约在3O 设备出现"开机自检''误动作(此时的服务器会在瞬间"自动关到9O之间(注:对于某 些重要的服务器而言,它们甚至采用"2 wbrof户IrSuiteI34 '电源世界)2oo4~12期不间断电源 UPS +1"冗余式的"三电源输入"供电设计方案). (3)带"单电源输入端"的关键性网络设备:为确保向位于信 息网络中的关键"单电源输入"的网络设备提供365×24小时的 高品质UPS电源,就需要配置一种"负载自动切换开关"LTM (LoadTransferModule).分别来自两套UPS并机系统A和B 输出端的两路逆变器电源被送到负载自动切换开关(LTM开 关)的两个输入端上.在此,用户可以通过调整它的系统参数设 置的办法,将其中的一路UPS电源设置为"优先供电电源",将 另一路UPS电源设置为"备用电源".正常工作时,"单电源输 入"的负载同用户所指定的承担"优先供电"任务的UPS电源相 接通.当这路"优先供电电源"因故出故障时,LTM开关将立即 把用户的负载切换到处于正常工作状态下的"备用UPS逆变器 电源"上.因此,利用这种LTM开关就能消除可能出现在UPS 并机系统的输出端与用户负载端之间的"单点瓶颈"故障隐患. 这样一来,就能向用户的关键负载提供具有1000A"高可利用率" 供电特性的高品质的电源,从而为信息网络能长期,安全地和可 靠地运行创造出优良的电源运行环境. 有鉴于此,配置LTM开关后,它将有助于UPS的输出线路 能顺利地完成如下调控任务: (a)提高UPS供电系统的可利用率:它能消除从UPS输出配电 柜到用户负载端之间可能出现的"单点瓶颈'傲障隐患,从而能最大 限度地降低网络设备因"输入停电'而出现网络瘫痪故障的概率. (b)"择优供电"功能,提高UPS供电系统的供电质量:用户 可以通过对输入到LTM开关上的两路交流源的电压和频率设 置"不同级别"的工作窗口大小的办法,将具有最高供电质量的 那路UPS电源送到用户的负载上. (c)提高UPS供电系统的可维护性:当某套UPS供电系统 因故需要执行停电维护或检修时,可通过重新选择"优先供电电 源"的办法,将用户的负载自动切换到原来的备用电源上,从而 达到在继续向负载提供高品质的UPS逆变器电源的同时,将原 来处于"优先供电电源"工作状态的那套UPS供电系统置于"停 电"和"脱机"的工作状态之下,以便为操作人员提供一个执行安 全维修/检修操作的优良工作环境. (d)增强UPS供电系统的"故障隔离"功能:从上述可知,造 成LTM开关执行切换操作的前提条件是:从"优先供电电源"送 到LTM开关的输入端上的电源,一定是因故曾经出现过"停电" 或"严重超限"事故.众所周知:能导致产生这种事故,此时它所 应执行的调控功能有: ? 当承担"优先供电电源"任务的那套UPS电源因故出现 "停电"或"严重过压/欠压"故障"时,对于设计合理的LTM开关 来说,要求它必须自动执行"先断后通"的快速切换操作,以便在 确保后接的网络设备安全运行的同时,还能有效地防止上述故 35ITheWorldofPowerSupply 障从"优先供电电源"系统扩散到另一套处于正常工作状态下的 备用电源供电系统上. ? 当因故在LTM开关的后接负载端出现"短路/严重过载" 故障时,它不仅具备有禁止切换的保护功能.还具备能承受往巨 大的短路电流冲击的能力.这样一来,就能将短路故障的影响范 围局限在最小范围之内,将可能造成的损失降低到最小程度. (e)采用模块化的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 设计,降低它的平均维修时间(MT- TR):鉴于LTM开关是处于"上接"两路冗余输入电源,"下接" 各种网络设备的枢纽供电位置上及重要的信息网络必须向用户 提供365×24小时的不间断的互联网增值服务的实际需求,不 仅将它的各个关键部件(例:可控硅切换模块,断路器开关部件) 设计成允许值班人员执行"带电,热插拔"操作的模块化结构. 还采用将"弱电"控制部件同"强电"切换部件进行彻底电隔离的 机械设计方案,从而达到消除因人为误操作而导致诱发其他的 灾难性故障的目的. 2负载自动切换开关的型号 目前在市场上销售的负载自动切换开关可大体分为三大类: (1)由可控硅所构成的三相,大功率STS(StaticTransfer Switch)静态开关式的负载自动切换开关:其典型的标称输出电 流有:6OA,100A,160A,250A,400A,600A,800A,1000A和 1200A(注:少数厂家的STS产品是用在400V工作电压时的标 称输出功率千伏安数来进行标注的); (2)由两组大功率的快速继电器构成的中功率,ss(Smart Switch)智能式负载自动切换开关(ss型开关):它包括三相25A 和50A的开关及单相16A,25A和50A的开关; (3)由一个中间继电器所组成的小功率冗余开关(Redun- dantSwitch)式的负载自动切换开关:其品种为:单相10A,16A (这是60Hz时的参数.如果在50Hz下运行,其额定工作电流仅 为:8A,13A). 下面将以艾默生公司的STS型的静态开关为例,对三相,大 功率的负载自动切换开关的工作特性进行分析和讨论. 3大功率S型负载自动切换开关 艾默生公司的STS-2型自动切换开关的控制框图示于图2. 它是以"反向并联可控硅"为核心部件所组成的大功率的静态开 关式的负载自动切换开关. 3.1主控切换通道 (1)自动切换供电通道:由输入电源1,外置断路器开关l(a, 断路器开关CB1,sl和公用输出开关CB3组成第1条供电通 道.由输入电源2,外置断路器开关I(b,断路器开关CN,s1,S2 和公用输出开关CB3组成其第2条供电通道.其中的STS1和 不问断电源 UPS 图2静态转换开关STS的控制框图 S1'2"静态开关"均由反向并联的SCR可控硅来构成自动切换 开关的"可控交流供电通道".当我们将输入电源1和输入电源 2分别选作LTM开关的优先供电电源和备用电源时,在来自逻 辑控制板的SCR的栅极触发信号的调控下,sl和s1将分 别处于导通和关断状态.在此条件下,输入电源1就将通过K, CBl,S1和C通道向后接负载供电.反之,如果将输入电源 2选作LTM开关的"优先供电电源"时,输入电源2就将通过 K,CB2,STS2和CB3供电通道向后接负载供电. (2)维修旁路供电通道:它是由两组带二匙二锁"机电互锁" 功能的CBl,CB2,CB3,C和CB5等断路器开关所组成的两条 维修旁路组成.设置维修旁路的目的是:(i)确保LTM开关在 连续地向后接的网络设备供电的条件下,能对它内部的STS功 率切换部件或断路器开关等部件执行脱机式的更换操作;(ii)防 止因误操作而致使两路交流输入电源同时被误接通,并进而造 成在它的输出端发生停电等不幸事故(为进一步提高LTM开关 的容错功能,艾默生公司还能提供带双公共输出开关CI33和 CB3A的产品). (3)"热插拔"更换操作:为确保在向后接负载不间断地供电 的条件下,能对LTM开关执行"带电式"的热插拔操作.所有 STS功率切换模块及断路器开关都采用可热插拔的,模块化的 设计方案.在此条件下,操作人员就可根据从它的LCD显示屏 上所获得的故障信息,采用带电式热插拔操作的办法,迅速而准 确地更换掉相关的有故障部件,从而达到缩短平均维修时间 (MTI'R)的目的. 3.2逻辑控制部件 为确保UPS双总线输出供电系统能获得信息网络级的高 可靠性,在这种STS型负载自动切换开关的控制电路中采用如 下多重冗余设计方案来增强它的容错功能(见图3). (1)采用全数字的DSP调控技术及CANBUS数字通信技 术,大大地提高它的调控精度和响应速度. <电源世界)2OO4年第12期 一=翘„ 辑控制板I— 2 疯输入电源蝴. 图3带多重冗余设计的STS逻辑控制装置 (2)为确保DSP芯片和可控硅驱动电路能稳定而可靠地运 行,对负责向它供电的直流辅助电源采用下述的多重冗余设计 方案:(i)由两路具有平均无故障工作时间高达230万小时的"N +1"UPS冗余并机系统+EMC输入滤波器所组成的电路向两 套具有"双路交流输入端"供电特性的直流辅助电源1和2提供 冗余式的"净化"电源;(ii)从两套冗余式的直流电源所输出的两 路DC电源以"双母线"的形式向3个逻辑控制板及可控硅驱动 板提供它们所需的控制电源. (3)为确保鲫型可控硅功率模块能准确无误地运行,由3块 逻辑控制板共同对它提供"2+1':余式的'栅极触发"调控信号. (4)为确保LTM开关能准确无误地执行切换操作,对于它 内部的"2+1"冗余式的逻辑控制板来说,还对LTM开关的两路 输入电源和输出电源的如下运行参数执行不问断的高精度的监 控及数据采样操作:相序,频率,相位差,快速"过压及欠压"(脉 宽<4ms的瞬态浪涌/电压下陷),缓慢"过压及欠压",峰值电流 LhKV?A,KW,Pf,直流电源的冗余度,风扇的冗余度等. (5)为提高LTM开关的可靠性,在它的所有的"弱电"逻辑 控制部件同"强电"功率部件之间的机械设计上,都采用"分开隔 离安装"的配置方案.对于这样的LTM开关来说,只要有一路 输入电源工作正常,位于它内部的所有"可维护的电气部件"均 可在向负载连续供电的条件下执行热插拔式的"更换"操作. 在此基础上,当今的STS型LTM开关的平均无故障工作 时间(MTBF)已高达100万小时以上.显然,这样的MTBF值 是远高于当今UPS工业所制造出的UPS单机的MTBF值(40 , 50万小时)的. 4负载自动切换开关能执行安全切换操作的前提 4.1两路输入的交流电源必须处于"相互同步入锁"工 作状态 长期的运行实践表明:为确保UPS双总线输出供电系统能 安全可靠地运行,负责向LTM开关供电的两路交流电源必须处 TheWorlddPower&蚋I36 '电源世界)2004~12期不间断电源 UPS 于"相互入锁"的工作状态.这意味着:当LTM开关在执行切换 操作的瞬间,期望两路交流电源之间的相位差尽可能地接近于 零(见图4(a)).在这里,为讨论方便,将输入电源1和电源2分 别指定为优先供电电源和备用电源,并且假定电源1和电源2 是处于同频率,同相位的理想运行状态之下,当电源1因故出现 停电或"过压/欠压"故障时,LTM开关就会自动执行如图4(a) 所示的"同相"切换操作,从而确保信息网络的安全运行.反之, 如果在要求它执行切换操作的瞬间,不能确保电源1和电源2 是处于同相位的工作状态的话(此时,即使这两路交流电源的频 率和电压幅值都相等),"此时的"LTM开关就会因两路输入电 源之间的相位差过大,而被置于"禁止切换"操作的工作状态之 下,从而造成在LTM开关输出端出现"停电"故障,并进而导致 网络瘫痪故障的发生. 在此条件下,如果因故致使LTM开关执行"误切换操作"或 不顾后果地强迫它执行切换操作的话,就有可能因为在两路交 流电源之间作"异相切换操作"时所产生的瞬态电压值相差过大 (见图4(b))而导致出现如下更加严重的故障: (1)LTM开关的供电线路中的上游侧的断路器开关跳闸, 造成网络设备的大面积停电; (2)分别来自两套UPS电源的电源1和电源2因出现"输出 过流"故障而同时进入"自动关机"状态; 有用负载电流). 在此需特别说明的是,此时易产生如下误解:既然LTM开 关已采用"先断后通"的切换方式,似乎就没有必要再要求送到 LTM开关上的两路交流电源一定是处于"相互同步入锁"状态 之下.然而,回答是否定的.其原因是:为确保信息网络的安全 运行(注:网络设备允许的瞬间供电中断时间为20ms左右), LTM开关的切换时间被限定在4~5ms左右.根据可控硅的工 作原理,对于原来处于导通状态的可控硅来说,一旦它被置于触 发导通状态之后,即使把送到它的栅极上的触发脉冲撤除掉,它 仍将继续处于导通状态,直至输入电源的电压下降到"过零点" 为止.对于呈现电感性的供电线路而言,还要求流过可控硅中 的"滞后电流"下降到可控硅的截止电流以下.因此,对于50Hz 的供电电源来说,仍有处于优先供电通道上和备用电源供电通 道上的两对SCR可控硅同时处于导通状态的可能性(其重叠导 通时间在0~5ms之间).正是基于上述原因,确保UPS双总线 输出系统的安全运行所需的条件仍然是:两路交流电源应该处 于"相互入锁"状态. (3)因在切换操作瞬间所形成的瞬态浪涌电压过高而损坏 网络设备(如烧毁网路中某些服务器,网关等)或致使部分网络„ 设备因执行"重新开机启动"的误操作而进入"网络瘫痪"状态. 解决上述矛盾的技术措施之一是:在两套UPS供电系统之 间配置负载同步控制器LBS(LoadBusSynchronizer),从而确保 从两套UPS供电系统所输出的电源总是处于相互同步跟踪的 "入锁状态"之中. 4.2执行"先断后开"的切换操作 从上面的分析可知:只有当"优先供电电源"因故出现停电/ 电压或频率超限故障时,才需要LTM开关执行切换操作.显 然,在此瞬间,优先供电电源肯定是处于故障工作状态之下的. 为防止在两路输入电源之间,因出现过大的"交叉性"的和破坏 性的"环流"而致使原来处于正常工作状态的"备用电源"也被拖 入到"自动关机/被损坏"的不幸事件之中.在LTM开关的设计 中,采用的是"先断后开"的切换操作方式,其典型的切换操作时 间为4ms左右(包括故障诊断时间和切换操作时间).这就意味 着:当出现上述故障时,处于"优先供电"通道上的sTsl开关应 该首先被关断.然后,再将处于"备用供电"通道上的另一个 STSz开关接通,从而达到消除位于LTM开关的上游侧的两路 交流电源之间出现交叉性的"环流"的可能性("环流"是指在两 套交流电源之间流动的破坏性电流,它不是流进网络设备中的 37I111eWorldofPowerSupply 同相切换点 (a)两路交流电源作"同相切换时的波形 异相切换点 源2 (b)两路交流电源作"异相"切换时的波形 图4负载自动切换开关的切换波形 源1 5大功率负载自动切换开关的工作模式 5.1正常工作模式和自动切换工作模式 如图5(a)所示,来自两套UPS并机供电系统的电源1和电 源2被分别送到4个负载自动切换开关LTM1,2,3,4的两个输 入端上(为便于负载均衡供电及有利于增强故障隔离功能,在该 双总线输出供电系统中,配置有4个LTM开关.此时,用户可 在STS型LTM开关的控制面板的LCD监示屏上,采用人一机对 话的菜单操作的方法来确定将哪套UPS并机系统的输出电源 作为它们的"优先供电电源".例如:在这里,我们将送到LTM1 和2开关上的输入电源1和2分别选定为它们的优先供电电源 和备用供电电源,将送到LTM3和4开关上的电源2和电源1 分别选定为它们的优先供电电源和备用供电电源.在此条件下, 只要优先供电电源的电压和频率在其所允许的工作范围之内, 电源1将分别通过LTM1和LTM2开关向后接负载提供^和 ,,?,,, , , ? , , , 源 电 不问断电源 UPS ;电源2分别通过LTM3和LTM4开关向后接负载提供 I2电流 I.和L电流.在LTM开关的运行中,当因故致使输入电源1发 生故障时(如发生电源1"停电"或频率/电压超限故障时), LTM1和2开关就会自动地以先断后通的工作方式,在3,5ms 时间内,将用户的负载同原来处于"备用供电电源"状态的电源2 相接通(见图5(b)),从而确保信息网络的安全运行(对于当今的 网络设备来说,它们所允许的瞬间供电中断时间约为20ms左 右.因此,上述的3~5ms的切换时间是绝对不会影响到信息网 络的正常运行的). c正常工作时';' 图5LTM开关的控制原理图 "短"消除后 5.2"手动/自动返回式切换"工作模式 在LTM开关因故执行从优先供电电源向备用供电电源切 换操作之后,当承担优先供电电源任务的输入电源1恢复正常 工作时(它的电压,频率及同备用供电电源之间的相位差均符合 所 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的窗口要求),必须经过适当的时间延迟后,才允许LTM 开关根据用户所设置的不同的返回式切换工作模式来分别执行 手动或自动的返回式切换操作.此时,它可根据用户的愿望被 分别设置成自动复位(Reset)或手动复位(Reset)两种工作模式. 例如:如果LTM1和2开关被设置成自动复位工作模式,当优先 供电电源恢复正常工作状态后,连接在IM1和2开关后面的 网络设备将会自动地重新恢复到由电源1供电的正常工作状态 (见图5(a)).在这里,为返回式切换操作设置一定的时间延迟 的目的是:防止因优先供电电源在尚未进入稳定工作状态时,因 仓促执行切换操作而诱发LTM开关频繁地执行"误切换操作". 在实践中,LTM开关的典型的切换延时时间为3秒左右,其可 调范围为:1,6O秒.反之,如果LTM开关被设置成手动复位 工作模式,当优先供电电源恢复正常工作状态后,则要求用户通 过在LTM1和2开关的I佃屏上发出执行手动切换操作的指 令,它才会执行返回式切换操作.否则,这些LTM开关的后接 负载将被继续锁定在被禁止切换"的工作状态(见图5(b)),继续 由原定的备用电源供电. {:电源世界)2004年第12期 5.3"禁止切换"工作模式 在LTM开关的负载端出现严重过流/短路故障时,故障"未 排除"前,为防止因它执行"误切换"操作而将上述故障的影响扩 散到另一套处于备份供电工作状态的UPS并机供电系统上,在 LTM开关的运行中,当在其输出端因故出现严重的"输出过载/ 输出短路"故障时,负责向这路出现短路故障的负载供电任务的 LTM开关将被置于"禁止"作任何切换操作的锁定状态之中,以 便将短路故障的影响面缩小到最小的范围之内. 如图5(c)所示,在UPS双总线输出供电系统的运行中,当 因故在LTM2开关的后接负载中,产生输出短路/严重过载/过 高峰值电流的浪涌等故障之一时,由上述故障所诱发出的故障 现象是:输入电源1因输出电流急剧增大而致使其输出电压值 下降到极低值.在此条件下,位于同一优先供电电源供电通道 上的其他LTM开关是否允许执行切换操作,将取决它的输出电 流是否发生过"异常增大"的现象.如图5(c)所示,LTM1开关 通过检测自已的输出电流大小发现并鉴定出"短路"故障不是发 生在它的输出端上,这是因为它所检测到的输出电流L很小. 此时,处于输出电流"无异常增大"工作状态下的IM1开关将 通过执行自动切换操作而从"备用电源"2源源不断地获得电源 供应.与此相反,LTM2开关由于检测到其输出电流Iz出现急 剧增大现象而判断出:短路故障是发生在它的输出电路中.此 时,处于输出电流异常增大工作状态下的LTM2将被锁定在"禁 止切换"工作模式下.这样,就能实现负载自动切换开关对故障 "隔离"的调控功能,从而将这种短路故障的影响面局限在 LTM2开关的后接负载侧的"有限的"范围之内.在此条件下, LTM2开关将根据故障电流jz的大小和di/dt增长速率的不同 而分别执行如下操作: ? 当负载故障为短路/严重过载时,它会利用由电源1所提 供的能量将位于LTM2开关后面的断路器开关置于"脱扣跳闸" 状态或采用烧毁保险丝的办法来排除故障(如图5(d)所示,此时 的Iz=O).显然,一旦出现这种局面,在查出并排除相应的故障 之后,再经过适当的"时间延时"之后,LTM2开关就能够重新恢 复到它的正常工作状态. ? 当负载侧的故障为峰值很高的浪涌电流时,一旦瞬态浪 涌消失并经适当的延时后,LTM1开关就能通过自动地执行返 回式切换操作而恢复到正常工作状态(见图5(a)). 5.4"禁止自动返回"工作模式 为防止因输入电源供电质量不高而造成LTM开关频繁地执 行切换操作,并进而导致损坏它的SCR型"静态开关"的事故发生 (在执行切换操作的期间,无法保证双路输入电源的电压,频率和 相位都是相同的).在LTM开关的运行中,如果在5分钟的时间 TheWorldofR脯r&科)IyI38 '电源世界>2004年第12期不间断电源 upS ,它就会进入"禁止自动返 内执行切换操作的次数超过5次以上 回"工作模式.在此条件下,LTM开关将一直处在由备用电源向 负载供电的状态.除非同时满足如下两个条件:优先供电电源能 恢复到稳定的正常工作状态;操作人员执行Reset操作. 5.5"紧急切换"工作模式 为确保对网络设备供电的连续性,防止因人为误操作或设 备误动作而导致在负载自动切换开关(LTM)的后接网络设置 中,出现供电中断的故障隐患.当LTM开关在其输出端检测到 它的输出电源"消失"时,它将会在<5ms的时间间隔内,无条件 地自动执行切换操作,从而将网络设备置于同另一路正常工作 的备用电源相接通的工作状态之下.执行这种紧急切换操作的 惟一限制条件是:不应该在LTM开关的输出端上存在短路故 障. 5.6"维修旁路供电"工作模式 众所周知:在UPS双总线输出供电系统中,配置负载自动 切换开关的主要目的是:确保向网络设置提供100高可利用率 的UPS电源.为此,在这种LTM开关中配置有如图2所示的 由CB1,CN,CB3和CB2,CB5,CB3所分别组成的采用"两匙两 锁"结构设计的,带"机,电互锁"保护功能的两条维修旁路供电 通道,以便在需要对LTM开关执行维修操作时,能确保在对网 络设备不间断地提供"优先供电电源"供电的同时,防止发生备 用电源被误连接到同一网络设备上的事故.例如:在输入电源1 被选定为LTM开关的"优先供电电源"的条件下,当因故需要对 这个LTM开关中的"srsl静态开关"式功率切换模块进行检修 时,则可通过如下的操作步骤,将LTM开关从正常的自动切换 工作状态转变成维修旁路供电状态: (1)确认优先供电电源(电源1)处于正常供电状态; (2)从CB5断路器开关的插孔中的取出互锁钥匙l(3,并将 该钥匙l(3插入CN开关的钥匙孔中; (3)关断备用电源(电源2)的输入开关CB2; (4)在CB2开关上,施转并取出互锁钥匙K2; (5)在将互锁钥匙K2插入C&开关的钥匙孔中后,再施转 这个互锁钥匙K2,直至将它的钥匙扞置于缩回到CN开关的钥 匙孔中的状态之下; (6)闭合C&开关,让优先供电电源直接地通过CN开关向 后接负载供电; (7)关断电源1的输入开关CB1; (8)从CBl开关的钥匙孔中取出互锁钥匙K,并将该钥匙 插入CB5开关的钥匙孔中; (9)关断CB3开关.至此,电源1将直接经过C&开关向后 接的网络设备供电; 39ITheWorldofPower~gg)ly (1O)将处于断电工作状态下的srsl静态开关功率模块取 出,并执行"脱机"维修操作. 5.7"手动切换操作"工作模式 只要输入到LTM开关上的两路电源的电压,频率,相位差 在所允许的范围内,用户都可按需在优先供电电源和备用供电 电源之间执行手动切换操作.例如:当需要紧急排除故障或要 求在"不停电"的条件下执行调机操作时,就需要执行手动切换 操作.此时,如果遇到这两路输入电源之间的相位差的窗口较 大时,则需要在LCD显示屏上,通过菜单操作将输入到LTM开 关的两路电源之间的相位差范围扩大到土300.相反,在正常操 作时,LTM开关所允许的相位差仅为<?15.. 当我们执行手动切换操作时,根据两路输入电源是否能满 足"相互同步入锁"条件的不同,可能出现如下几种截然不同的 切换操作状态: (1)"同步入锁"切换操作:当两路输入电源的电压,频率,相 位差都在LTM开关所允许的切换窗口范围之内时,LTM开关 执行自动切换操作的时间dims. (2)"异步差频入锁"切换操作:当两路输入电源的电压在 LTM开关所允许的切换窗口范围之内但频率不相同的条件下 运行时,此时两个电源之间的相位差将会周期性地按照这两路 电源之间的差频的节拍(它们之间的相位差?p从O.逐渐增大到 180.,然后再从从180.逐渐下降到O.)进入或离开LTM开关所 允许的"入锁切换"窗口的范围.这样一来,LTM开关执行自动 切换操作的时间延迟的长短将会呈现出很大的随机性.因为, 此时的LTM开关需要花时间去等待?重新进入允许执行''差 频入锁"切换操作的窗口范围.因此,在此条件下,有可能出现 LTM开关执行手动切换操作所需的等待时间超过20ms的情 况.在某些LTM开关的设计中,为防止LTM开关因执行切换 操作的"等待时间"过长而影响UPS供电系统的正常运行,往往 会规定一个最长的等待时限(例如:3分钟).一旦超过这个时 限,LTM开关将进入"禁止切换"的锁定工作状态. (3)"同频异相"禁止切换状态:当两路输入电源的电压在 LTM开关所允许的切换窗I:1范围之内,频率相同,但相位差?妒 超过LTM开关所允许的切换窗口范围的条件下运行时,此时的 LTM开关将会一直被锁定在"禁止切换"的工作状态之中. 从上所述可知,为LTM开关创造出能顺利地执行''自动切 换操作"的优良运行环境,在两套UPS供电系统之间配置负载 同步控制器(u3s)是其必备的条件之一(有关LBS的工作原理, "异步差频入锁"调控及"同频异相入锁"调控的分析请见关于 "双总线输出供电系统用负载同步控制器"). (下转第53页) '电源世界>2004年第12期蓄电池 Banerv 监测装置具有更好的性能. 为达到计算模型动态升级的目的,监测装置的软计算模型 以函数形式存储在Flash电写可擦除存储器中,通讯程序接受网 络传送来的软计算模型数据,监测装置识别该数据包的特征,如 果与所监测的电池类型相符,则更新模型. 6结语 本文针对后备方式蓄电池浮充状态下测量的局限性,研究 了以测量装置与智能充电机互动为主要特点的系统设计方案, 并设计了测量分析装置,实现连续有效的监测电池状态,取得了 较好的现场使用效果. 本文研究了利用网络对蓄电池进行远程和集中监控的方 案.并针对软计算技术的薄弱环节——训练样本不足的问题, 提出了网络环境下的监测模型进化的思想,随着网络技术的不 断发展,相信基于网络环境下的蓄电池智能监测系统必将得到 广泛应用. 参考文献 [1]张永胜,阀控式铅酸蓄电池在通讯系统中的应用,电池,Vo1. 28,No.4,1998:171—172. [2]郑裕,密封免维护铅酸蓄电池在变电站中的应用,福建电力 与电工,Vo1.12,No.1,1999:49—51. [3]张纪元,阀控铅酸蓄电池的使用和维护,电池,Vol?27,No. 6,1997:278—281. [4]刘军贤,杨秀敏,阀控式密封铅酸蓄电池早期失效问题的分 析与研究,CIBF,Beijing,1999. E5]肖明广,使用方法对阀控式铅酸蓄电池寿命的影响,电信技 术,No.6,1998:38—40 [6]史鹏飞,电化学工艺学,哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 1992:71—75. [7]P.Taylor,P.T.Moseley,P.CButler,InternationalLead ZincResearchOrganization-SnponsoredField-DataCollec- tionandAnalysistoDetermineRelationshipsBetweenServ- iceConditiosandReliabilityofValve-RegulatedLead-Acid BatteriesinStationaryApplications,J.PowerSources78 (1999),164—170. 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