UPS冗余方式介绍

UPS冗余工作方式介绍及配置举例

第一部分：系统性冗余（即单机双母线冗余）UPS配置方案

一、系统性冗余和设备冗余

前置说明：系统性冗余又叫单机双母线字冗余

1.什么叫系统性冗余

系统性冗余就是由两个完全独立的系统组成互为备用的冗余系统。它包括UPS主机、电池、防雷器、双电源自动切换开关、旁路隔离变压器、输入/输出开关、配电盘和连接电缆线等所有的设备、配件、辅件都是冗余的,互为备用的。

2.什么叫设备冗余

在某一系统中对于重要环节增加一台设备作为备用，而对于其它部分是没有冗余配置的，如：双机并联冗余UPS系统和双机热备份UPS系统均属于设备冗余。因为并联冗余和热备份仅仅是UPS主机和电池是冗余配置，虽然互为备用，但不完全独立。另外，其它配套件如防雷器、双电源自切开关、旁路隔离变压器、输入/输出开关、配电盘和连接电缆线等均不是冗余配置。

3.系统性冗余和设备冗余的适用场合

·系统性冗余的UPS系统适用于具有2个交流输入端的DCS负载或主要负载为DCS的场合，UPS一般选用三进单出UPS。当然对于多个DCS负载，也可选用三进三出UPS。

·设备冗余的UPS系统适用于所有的不能停电的重要场合，特别适用于只有1个交流输入端的非DCS负载。UPS选用三进单出或三进三出均可。

二、系统性冗余UPS系统在不同负载情况下的配置方案

1.纯DCS负载的系统性冗余UPS系统的配置

对于纯DCS负载，采用系统性冗余UPS方案，在方案设计、设备采购、安装施工和调试检修等都非常简单。即选购2台功率相等的UPS，将UPS1的输出端连接到DCS 交流电源输入端1，将UPS2的输出端连接到DCS交流电源输入端2，这样就组成了系统性冗余UPS系统。

2.除了DCS负载外还有其它单交流输入端的负载的系统性冗余UPS系统的配置

①选购2台功率相等的UPS。

②将UPS1输出端与DCS交流电源输入端1连接，UPS2输出端与DCS交流电源输入

端2连接。这样对于DCS负载而言，实现了系统性冗余UPS配置。

③其它单交流输入端的负载要实现供电系统的冗余配置，必须增加STS设备。将

UPS1的输出端与STS的N输入端相连接，将UPS2的输出端与STS的R输入端相

连接，STS的OUT输出端与负载相连接。

④ STS就是静态转换开关，STS的切换时间﹤5ms,因此是不间断的。其工作原理如

下：

·当UPS1和UPS2均正常时，负载由UPS1供电。

·当UPS1停电时，STS自动地不间断地切换到UPS2，负载由UPS2供电。

·当UPS2停电时，STS自动地不间断地切换到UPS1，负载由UPS1供电。

⑤ STS的型号和数量是根据单交流输入端负载的功率和数量而定，一个STS设备可

以带多个负载。

⑥采用STS实现供电系统冗余配置的特点如下：

·STS的切换是自动的不间断的。

·2台UPS是完全独立的，STS的切换是先断后通，因此它克服了并联冗余UPS

系统的缺点。

·UPS检修比较方便。

·可靠性高。

·投资比并联冗余和热备份稍多。

三、系统性冗余UPS系统电原理框图（见图1）

四、系统性冗余UPS系统的工作原理

1.在DCS系统中，两套直流电源是并联冗余的，而且它的切换时间为0。

2.2套UPS均为单机工作方式，是完全独立的。

3.UPS1的输出端与DCS系统的交流电源输入端1连接，UPS2的输出端与DCS系统的

交流电源输入端2连接。

4.当UPS1和UPS2均正常时，UPS1和UPS2同时对DCS系统供电，且各带50%的负载。

5.当UPS1故障时，UPS1自动地不间断地切换到旁路，DCS系统由UPS2和市电2供电。

6.当UPS2故障时，UPS2自动地不间断地切换到旁路，DCS系统由UPS1和市电1供电。

7.当UPS1和UPS2同时故障时，UPS1和UPS2同时自动地不间断地切换到旁路，DCS

系统由市电1和市电2供电。

系统性冗余UPS系统电原理框图

市电1市电2市电2市电1

图1

3

8.当UPS1或UPS2需要检修时，可以将其中一台UPS关闭或切换到旁路运行后即可

进行，它不影响到另外一套UPS的正常运行。

五、系统性冗余UPS配置方案的特点

1.优点：

·它保留了并联冗余和热备份UPS系统的全部优点

·它克服了并联冗余和热备份UPS系统的全部缺点

·对于DCS系统而言，只有在UPS1、UPS2、市电1、市电2同时发生故障和停电时才会失电，因此系统性冗余UPS配置方案的可靠性极高，其平均无故障时间MTBF 高达120万小时。

2.缺点：

①当UPS系统的负载除了DCS系统外还有其它负载时：

·其它负载可直接接到UPS1上，或UPS2上，或根据具体情况分配到UPS1和

UPS2上，这时其它负载的供电系统无冗余保护。

·如果其它负载的供电系统必须具有冗余保护，那么必须增加STS（静态转换

开关）设备实现供电系统的冗余保护（如图1所示）。

②投资稍有增加。

六、系统性冗余UPS系统配置方案

1. UPS主机配置

·品牌：***

·制式：双变换在线式

·类型：工业型

·相数：三相380V输入/单相220V输出

·功率：30KVA

·工作方式：系统性冗余工作方式（实际上就是单机工作方式）

·供电方式：2路市电供电

·UPS主机外形尺寸：高×宽×深=1900×1015×825㎜

·重量：600㎏

·产地：法国原装进口

·数量：2台

·UPS组成：

——整流器

——逆变器

——输出隔离变压器

——静态开关

——自动旁路开关

——检修旁路开关

——主控板

——电源板

——驱动板

——……

2.电池配置

·品牌：汤浅

·类型：全密封免维护铅酸蓄电池

·能量密度：高密度电池

·后备时间：30min

·型号：UXH100-12

·电压：12V/节

·容量：100Ah/节

·设计寿命：10-12年

·数量：每机32节，2台UPS共64节

·连接方式：32节串联

·安装方式：柜式安装

·电池连接电缆线：进口原装梅兰日兰专用高级阻燃软电缆，

铜芯截面积：25㎜2

·电池柜尺寸：1900×1000×825㎜

·电池柜重量：1400㎏

·电池柜数量：每机1个，2台UPS共2个

·电池制造商：日本独资，广东汤浅蓄电池公司

3.通信方式选配

A）干接点通信（标配）

·中继11接点板

此板提供6对隔离的继电器接点，容量为250伏5安（6×2个转换接点），

它可用于触发指示灯或蜂鸣器，提示用户UPS和电池的运行状态，包括下列信

息：

——UPS逆变器供电；

——电池供电；

——旁路供电（维修位置）；

——电池低电压预报警；

——综合报警；

——完全关机。

B）选用J-BUS/RS485通信接口板

·利用此板，操作人员可用JBus协议提供的地址和数据表，对应用参数进行设置。它可以通过JBus/ModBus网络和采用Monitor-Pac监视软件将UPS

连接到一个集中管理系统。

·数量：每机1套，2台UPS共2套。

·产地：法国

4.旁路隔离变压器柜

·品牌：正泰

·功率：30KVA

·相数：单相200V输入/单相200V输出

·隔离：初级和次级完全隔离

·屏蔽：初级和次级之间加接地屏蔽层

·在次级侧留有2-3个电压调节抽头

·在旁路隔离变压器柜上安装1个冷却风扇

·旁路隔离变压器柜的高度、深度和颜色与主机基本相同

·旁路隔离变压器柜的外形尺寸：高×宽×深=1900×800×825㎜

·旁路隔离变压器柜的重量：250㎏

·数量：每机1台，2台UPS共2台

·产地：中国

5.浪涌保护器

·品牌：德国OBO

·防雷等级：UPS输入端选用C级防雷器

UPS输出端选用D级防雷器

·型号：C级：V20-C/3+NPE

D级：VF230AC

·数量：V20-C/3+NPE 每机 2个，2台UPS共4个

VF230AC 每机 1个，2台UPS共2个

·安装：C级防雷器安装在双电源自切柜中，D级防雷器安装在配电柜中，防雷器与电网之间，防雷器与UPS输出端之间必须加32A的空气开关，不

允许直接与市电和UPS输出端连接。

·产地：德国

6.双电源自动切换开关柜

·品牌：ASCO

·型号：ASCO300C3 230H1

·电流：230A

·级数：3级

·功能：具有缺相检测

具有自动切换功能

具有手动切换功能

具有液晶显示屏

·产地：美国

·安装：装入旁路隔离变压器柜中

·重量：120㎏

·数量：每机1套，2台UPS共2套

7.输出配电柜

·开关品牌：施耐德

·具体要求：由用户提供

·外形尺寸：高×宽×深=1900×600×825㎜

·重量：150㎏

·产地：国产

·数量：每机1台，2台UPS共2台

8．静态转换开关

·品牌：梅兰日兰

·型号：STS-16A

·额定电流：16A

·相数：单相220V

·切换时间：﹤ 4ms

·数量：根据非DCS负载的功率和数量而定，小功率负载可以几个负载公用一个STS，暂时按3个STS-16A作概算。

·产地：法国

第二部分：双机并联冗余UPS系统配置方案

一、双机并联冗余UPS系统电原理框图

市电1市电2市电2

图2

二、双机并联冗余UPS系统的组成及连接

·组成：由2台具有并联控制器的同品牌、同型号、同功率的UPS组成。即由2台梅兰日兰Galaxy 1000PW-30KVA并联型UPS组成。

·连接：将2台UPS的主电源输入端连接在一起，再连接到双电源自切系统的输出端；2台UPS的旁路输入端连在一起，再连接到旁路隔离变压器的输出端；

2台UPS的输出端连在一起，再连接到UPS的输出配电柜的输入端。三、双机并联冗余UPS系统的工作原理

·2台UPS并联的条件：同频同相等幅，因此，每台UPS中必须配有并联控制器，

它完成 2台UPS之间的均流、同步和管理。

·当市电1、市电2、UPS1和UPS2均正常时，2台UPS均处在逆变供电状态且各带50%的负载。

·当双机并联冗余UPS系统中有一台UPS故障时，有故障的那台UPS被关闭，100%的负载由另一台无故障的UPS供电。

·当UPS1和UPS2同时故障时，并联UPS系统切换到旁路，负载由市电2供电。

·当市电停电时，UPS1和UPS2均处在电池供电状态，2台UPS各带50%的负载，当2台UPS中有1台UPS电池放电到终止电压时，该台UPS被关闭，100%的负载由

另一台UPS供电。当2台UPS的电池均放电到终止电压时，UPS1和UPS2同时切

换到旁路，负载由市2供电。

四、双机并联冗余UPS系统特点

1．优点：

·可靠性高，平均无故障时间≥50万小时。

·抗超载和抗负载短路的能力特别强。

·在正常情况下，2台UPS各带50%负载，2台UPS的老化程度一致。

·可随时随地地进行扩容，实现N+1并联系统。

·并联UPS系统的后备时间等于每台UPS后备时间之和。

2．缺点：

·2台并联的UPS是有环流的，2台并联的UPS输出电源是有一定的相差，因此并联UPS系统的输出电源质量有所下降。

·当其中1台UPS发生故障时,存在故障扩散和窜扰的可能。

五、双机并联冗余UPS系统配置方案

1.UPS主机配置表

注：以下“三进三出”均写作“S33”，“三进单出”均写作“S31”

2．电池配置

·品牌：汤浅

·类型：全密封免维护铅酸蓄电池

·能量密度：高密度电池

·后备时间：30min

·型号：UXH100-12

·电压：12V/节

·容量：100Ah/节

·设计寿命：10-12年

·数量：每机32节，2台UPS共64节

·连接方式：32节串联

·安装方式：柜式安装

·电池连接电缆线：进口原装梅兰日兰专用高级阻燃软电缆，

铜芯截面积：25㎜2

·电池柜尺寸：1900×1000×825㎜

·电池柜重量：1400㎏

·电池柜数量：每机1个，2台UPS共2个

·电池制造商：日本独资，广东汤浅蓄电池公司

3.通信方式选配

A）干接点通信（标配）

·中继11接点板

此板提供6对隔离的继电器接点，容量为250伏5安（6×2个转换接点），它可用于触发指示灯或蜂鸣器，提示用户UPS和电池的运行状态，包括下列信

息：

——UPS逆变器供电；

——电池供电；

——旁路供电（维修位置）；

——电池低电压预报警；

——综合报警；

——完全关机。

B）选用J-BUS/RS485通信接口板

·利用此板，操作人员可用JBus协议提供的地址和数据表，对应用参数进行设置。它可以通过JBus/ModBus网络和采用Monitor-Pac监视软件将UPS

连接到一个集中管理系统。

·数量：每机1套，2台UPS共2套。

·产地：法国

4.旁路隔离变压器柜

·品牌：正泰

·功率：30KVA

·相数：S33 UPS配：三相380V输入/三相380V输出的旁路隔离变压器。

S31 UPS配：单相220V输入/单相200V输出的旁路隔离变压器。

·隔离：初级和次级完全隔离

·屏蔽：初级和次级之间加接地屏蔽层

·在次级侧留有2-3个电压调节抽头

·在旁路隔离变压器柜上安装1个冷却风扇

·旁路隔离变压器柜的高度、深度和颜色与主机基本相同

·旁路隔离变压器柜的外形尺寸：高×宽×深=1900×800×825㎜

·旁路隔离变压器柜的重量：250㎏

·数量：1台，（2台UPS公用）

·产地：中国

5.浪涌保护器

·品牌：德国OBO

·防雷等级：UPS输入端选用C级防雷器

UPS输出端选用D级防雷器

·型号：C级：V20-C/3+NPE

D级：VF230AC

·数量：V20-C/3+NPE 2个

VF230AC：3个（S33 UPS）

或 1个（S31 UPS）

·安装：C级防雷器安装在双电源自切柜中，D级防雷器安装在配电柜中，防雷器与电网之间，防雷器与UPS输出端之间必须加32A的空气开关，不

允许直接与市电和UPS输出端连接。

·产地：德国

6.双电源自动切换开关柜

·品牌：ASCO

·型号： ASCO300C3 150H1

·电流：150A

·级数：3级

·功能：具有缺相检测

具有自动切换功能

具有手动切换功能

具有液晶显示屏

·产地：美国

·安装：装入旁路防离变压器柜中

·重量：120㎏

·数量： 1套（2台UPS公用）

7.输出配电柜

·开关品牌：施耐德

·具体要求：由用户提供

·外形尺寸：高×宽×深=1900×600×825㎜·重量：150㎏

·产地：国产

·数量： 1台

第三部分: 双机热备份UPS系统配置方案一、双机热备份UPS系统电原理框图

市电1市电2市电2

图3

二、双机热备份UPS系统连接

主用机：1台

备用机：1台，功率≥主用机功率

连接：备用机输出端与主用机旁路输入端相连接。

三、双机热备份UPS系统工作原理

·UPS1主用机，UPS2为备用机。

·当市电1、市电2、UPS1和 UPS2均正常时，负载由UPS1供电，UPS2处在备用状态。

·当市电1、市电2、UPS2正常，而UPS1故障时， UPS1自动地不间断地切换到旁路，负载由UPS2供电。

·当市电1、市电2、UPS1正常，而UPS2故障时，UPS2自动地不间断地切换到旁路，这时UPS1的旁路输入电源为市电2，它不影响UPS1对负载的正常供电。

·当UPS1和UPS2同时故障时，UPS1和UPS2同时切换到旁路，负载由市电2供电。

·当市电1停电，市电2、UPS1和 UPS2均正常时，UPS1切换到电池供电状态，负载仍由UPS1供电。当UPS1的电池放电到下限时，UPS1自动地不间断地切换到旁路，负载由UPS2供电。

四、双机热备份UPS系统的特点

1．优点

·可靠性极高，平均无故障时间高达70万小时，可用性为100%；

·无环流，无相差，输出电源质量好；

·UPS系统的后备时间等于UPS1的后备时间加UPS2的后备时间；

·UPS维修、投运、更换都可以在装置正常运行的情况下进行。

2．缺点

·超载能力不强（与单机相同）；

·2台UPS的老化程度不一样；

·如果UPS1的旁路开关发生故障，UPS1无法切换到UPS2上去，负载就会停电。五、双机热备份UPS系统的配置方案

双机热备份UPS系统与双机并联冗余UPS系统的配置完全一样，详细配置见《双机并联冗余UPS系统的配置方案》。

附图1：单机双母线冗余UPS 系统电路图

市电1三相380V

市电2三相380V 市电3三相380V

附图2：双机并联冗余UPS 系统电路图

市电1三相380V

市电2三相380V

市电3三相380V

附图3：热备份UPS系统电路图

市电2市电3