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模块化UPS产品解决方案

2015-4-15 10:56:12      点击:
一、系统设计规划
1 系统概述
       随着电子计算机在国防、科研、生产自动化、管理等领域的广泛应用,近二十几年里在我国如雨后春笋般地建成了很多大、中、小各种规模的计算机机房,为计算机寻求和建造一个合适的工作环境以确保计算机可靠,充分发挥其设计性能,延长机器的使用寿命以及确保工作人员身心健康的问题越来越受到建设方的重视,并成为追求目标。
       力迅电子有限公司具有完整的网络能源产品线、并且网络能源主设备全部为自有品牌。力迅电子有限公司利用自身的技术优势,为客户提供端到端的一体化解决方案,这样降低了客户选型、采购、工程管理的整体成本,大幅度提高工程建设速度,缩短工程周期,加快机房投产,统一和缩小客户的维护工作界面,这样有助于客户专注于核心业务,提高客户的核心竞争力。
2 系统设计依据
       本项目将依据国家标准及行业标准设计和管理施工,所引用的文件及标准包括:
       1) 业主提供的建设资料
       2) 施工现场条件和勘测资料
       3) 相关国家标准及规范文件:
       ★ GB 50174-2008《电子信息系统机房设计规范》
       ★ GB 50462-2008《电子信息系统机房施工及验收规范》
       ★ GB 50243-2002《通风与空调工程施工质量验收规范》
       ★ GB 50311-2007《综合布线系统工程设计规范》
       ★ GB 50312-2007《综合布线系统工程验收规范》
       ★ GB/T 50314-2006《智能建筑设计标准》
       ★ JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》
       ★ GB 50052-95《供配电系统设计规范》
       ★ GB 50303-2002《建筑电气工程施工质量验收规范》
       ★ YD5040-2005《通信电源设备安装工程设计规范》
       ★ YD5098-2005《通信局(站)防雷与接地工程设计规范》
       ★ GB50057-2000《建筑物防雷设计规范》
       ★ GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》
       ★ GB 50370-2005《气体灭火系统设计规范》
3 系统设计原则及系统特点

       本系统集交流不间断供配电系统整体解决方案。
         通用性
       本系统的设计符合国家设计标准;
        可靠性
       设备具有良好的电磁兼容性和电气隔离性能,不影响其他设备正常工作;
       一体化供电能统筹设计保证主设备的不间断供电;
        稳定性
       所有产品都经过全球主要电信商、数据网长期的运行考验;
        安全性
       符合高等级的抗扰度国际标准,工作安全可靠;
        可维护性
       主设备采用模块化结构设计,便于故障的维护处理;
        扩充性
       在系统设计中充分考虑到用户后期的扩容,做了合理的冗余设计;
        智能化设计
       系统主设备UPS、动力监控等均采用智能化设计,不需要另购智能接口板;
        经济性
       系统整体设计,可合理设计设备容量,减少设备成本;同时动力一体化解决也降低了设备的额外成本,给后期设备维护带来一站式服务;

二、UPS设计方案
1 概述
       根据信息中心机房技术要求,提供交流不间断系统(UPS)产品方案。
2 UPS供配电系统
2.1 总体说明
       1)本项目中心机房进线电源采用三相五线制。
       2)机房内用电设备供电电源均为三相五线制及单相三线制。机房空调、新排风系统,正常照明,临时检修插座,普通办公设备等均采用市电供电;机房区域信息设备、应急照明、消防安防用电均采用UPS供电。
       3)机房强弱电系统分开布置,合理设计。机房配电间内合理设计总输入配电柜、市电输出配电柜、UPS输出配电柜。
       4)UPS系统选用力迅MP系列100KVA UPS系统作为不间断供电系统主体,系统后备时间按系统满载延时30分钟设计。
我们这种分区集中式就近供电的方案,首先力迅MP系统采用机架设计,系统可直接安装于设备机房机柜列附近,最大程度缩短配电系统与负载机柜间距离,节省线缆敷设开支,进一步降低电能损耗,达到更优化的节能目的;其次提供了更加灵活的系统结构,完全实现按需扩展而无需提前投入大量基础投资,最大程度保护用户利益;再次将对日常维护、未来扩容提供了极大便利,最大化降低机房管理部门的工作难度,提高工作效率。以上各项优点均充分保证了机房供配电系统的可靠性及经济性要求。
2.2 电源系统配置

设备构成:单机系统

设备名称型号

数量

备注

1

NETION力迅
MP100KVA UPS

1台

UPS模块;输出功率因数0.9;标准19英寸机架式,高度3U;重量65Kg;满载输入功率因数0.99;含机架L型导轨

2

力迅12V150AH铅酸阀控蓄电池

40节

支持80KW负载延时半小时

3

力迅C-40电池柜

1个

每个电池柜可装力迅12V150AH蓄电池40节

2.3 力迅MP模块化UPS系统
1)模块化UPS简介
       模块化UPS电源的系统结构极具弹性,功率模块的设计概念是在系统运行时可随意移除和安装而不影响系统的运行及输出,使投资规划实现弹性需求。

NETION™力迅模块化UPS

“随需扩展”,让用户随业务发展实现“动态成长”,既满足了后期设备的随需扩展,又降低了初期购置成本。用户在预计UPS容量时,时常会出现低估或高预计等情况,模块化UPS电源有效的解决以上问题,帮助用户在未来发展方向尚不明确的情况下分阶段进行建设和投资。当用户负载需要增加时,只需根据规划阶段性的增加功率模块。 
   应用领域: 
   数据处理中心、计算机机房、ISP服务商、电信、金融、证券、交通、税务、医疗系统等 
   性能特点: 
   ● 可为单相或三相, 联机电池系统 
   ● 可被设定为1/1, 1/3, 3/1 或 3/3系统 
   ● 为模块结构,由1到10块模块组成 
   ● 为冗余可升级系统,可根据您需求进行升级 
   ● 采用N+X冗余技术,性能可靠 
   ● 共享电池组 
   ● 输入/输出电流平衡分配 
   ● 绿色电源, 输入THDI≤5% 
   ● 输入功率因数PF≥0.99 
   ● 采用连续电流模式(CCM)运行,减少电网干扰 (RFI/ EMI) 
   ● 体积小,重量轻 
   ● 轻松维护 - 模块级 
   ● 系统控制器进行通信及诊断 
   ● 采用集中式静态开关模块 
   ● 特有的系统性能分析器 
2)模块化UPS解决方案
   模块化UPS采用标准的机架结构设计,每套系统由功率模块、监控模块、静态开关组成。其中功率模块可并联,平均分担负载。如遇故障自动退出系统,由其它功率模块来承担负载,既能水平扩展,又能垂直扩展。独特的冗余并机技术使设备无单点故障,以确保电源的最高可用性。所有的模块可以实现热拔插,可以实现在线更换,维修是最安全的电源保护方案。 
   本方案由模块化UPS主机、智能化配电系统、电池组合而成。 
模块化UPS主机: 
   模块化UPS功率模块采用双变换在线式结构,包括整流器、逆变器、充电器、控制电路、与输入输出电池母排的断路开关。具有输入功率因数补偿功能。所有模块均可在线热插拔更换,提供最高级别的可用性、可维护性。 
   模块化UPS主机控制模块采用工业CAN BUS总线控制结构,由两块冗余的可热插拔的控制模块来完成对系统的控制管理。一个控制模块故障不会影响到系统的正常工作。控制模块可在线热插拔更换。功率模块的并联也由控制模块集中管理,按照统一的并机参数运行,一个功率模块故障可自动的退出并联系统,不会对整个并联系统造成危害。 
   模块化UPS系统采用独立的静态旁路模块,不采用多个静态旁路结构,以避免转旁路时的多个旁路不均流而造成的过载损坏。模块并联输出电压精度为±1%,并机环流<1%。 
   标配SNMP卡,采用HTTP协议、SNMP协议、TELNET协议等。可对UPS中市电状态、电池状态、旁路状态、逆变状态、自检状态、开机状态和输入电压、输出电压、负载百分比、输入频率、电池电压、电池容量、电池放电时间、UPS机内温度、周边环境温度等等UPS电源的运行情况一目了然,提高UPS电源保障系统的管理效率和管理品质。选用开放的windowsNT/ windows2000/windowsXP/windows2003操作系统平台。 
   可以选配备温湿度传感器,插入多功能网卡,通过网络实现对机房环境的温湿度监控和报警。
智能化配电系统 
   该系统为UPS电源的输入和输出一体化配电集成系统,与UPS主机配套使用,内含UPS的输入开关、输出开关和维修旁路开关以及系统的总输入开关,主开关均配置辅助触点;内含电流传感系统,并与UPS主机通讯。 
   该配电系统由输入配电单元、分路输出配电模块、监控模块、隔离变压器组成。输出配电单元每个配电模块配置了18个输出分路,每个分路的电流从6A-32A随需设定,并根据现场负载的配置及变化情况调整三相平衡,配电系统可安装最多6个即插式配电模块,配电模块数量可选。 
   该配电系统与UPS主机同尺寸外观,同颜色。标准配置为:液晶显示器、UPS维护旁路面板(含系统总输入开关、UPS输入开关、输出开关、维修旁路开关,为带辅助触点开关)。检测电路主板,三相输入输出的电压和电流传感器组件,中线电流、地线电流传感器,外接EPO信号接口。 
   可选装输入K值隔离变压器和支路电流监控器。 
   该配电系统可配备网卡,能够通过网络监控该配电柜的参数、状态和历史纪录以及报警信息。能网络监控配电柜的输入输出三相电压、电流、频率,中线电流,地线电流,每相的KVA数,KW数,功率因数,支路电流等。并可设定电流高低电压报警门限值。 
外接电池及电池柜 
   电池采用NETION力迅12V150AH免维护全封闭铅酸蓄电池,电池柜采用NETION力迅C-40电池柜.
模块化单机可靠性分析
   评估UPS系统履行职责的可靠性,不仅要考量UPS的MTBF,还要考量UPS的MTTR及市电的MTBF。当UPS发生故障的同时市电也发生故障时,负载将会失去电力,也就是说UPS关键职责的失效。负载暴露在没有保护的市电之下的时间长短取决于维修时间的长短。如果维修一台UPS需一周时间,而市电的平均无故璋时间也是一周,那么,UPS发生故障时,负载将很可能失去电力。如果UPS的MTTR是1小时,那么市电的MTBF将不会对关键负载的失效概率产生很大影响。很显然,降低UPS的 MTTR将会降低对关键负载的失效概率。降低UPS的MTTR最好的方法就是尽量减少可能影响UPS维修的因素 。模块化单机UPS因为具有在线热插拔的功能,自然是最好的选择。 
   从设计原则上讲,承担供电任务的整个电源系统都必须采用具有高度“容错”功能的冗余式的供电方案,以确保无论是在市电电网出故障时或是在任何模块(包括系统控制模块)发生故障时,还是在进行日常维护/检修操作时或因故致使保险丝烧毁/断路器开关“跳闸”时,互联设备均应由“在线式UPS”的逆变器电源来供电,而不应进入由普通的市电电源/应急备用发电机组经UPS的交流旁路来供电的状态。 
综上所述,模块化单机UPS具有最长的履行职责平均无故障时间(λmission),最小的平均维修时间 (MTTR)及最强的抗市电干扰风险能力及高度“容错”功能,是最可靠的电力保证。 
3)模块化UPS最佳性能特点
具有多种工作制式 
   该产品具有多种制式可供选择,易于操作,可实现多种进出线方式:1/1,1/3,3/1或3/3、输入频率可为50Hz也可设置输出频率60Hz、输出电压可设为220V、230V、240V。若再配置输入、输出变压器则可满足全球范围内所有国家和地区的供电需求。 
体积小,功率密度大 
   工作效率高,功率密度大,是其最大的特点。可提供5KVA(4000W),10KVA(8000W),15KVA(12KW)以及20KVA(16KW)的功率输出。 
环保性 
   UPS总谐波失真(THDI)3%,线性负载下的输出总谐波失真低于2%,对电网的谐波干扰降到最低,有效减少电网负荷和电源损耗。优良的输入参数,对市电电网表现出纯电阻特性,是理想的环保高效性UPS。 
高效节能型 
   节能降耗,国家提倡环保节能的今天,绿色节能型模块化UPS备受关注,输入功率因数达0.999以上。减少了线路损耗,提高了电源利用率。其逆变效率可达98%以上,从而提高了整机工作效率,降低了损耗、节省了电能。 
扩展性,便于安装、维护、更换、升级 
   该机型由各个模块组成,可实现热插拨功能,且各模块机架可完全分离,便于用户以后的扩容或减容,使用方便,可实现在线更换、在线维护,降低了维护难度、减少了维护时间。且各模块尺寸均按照标准19英寸结构设计,使整机外形与标准机架一致,美化了机器外形,且模块可与标准机架通用。 
冗余性,分散式并联逻辑控制 
   各模块之间的并联控制采用了分散式逻辑控制方式,没有主机与从机之分,任何一个模块拨出或插入均不会影响其它模块的正常工作,按需构成N+1,N+X冗余系统,减少了系统本身和负载的风险系数,是负载受UPS保护时间全面提升。既增加了整机工作的可靠性,又简化了用户维护难度。

4)UPS参数特性

力迅MP 型号

MP-03020100L

输入参数

整流器类型

IGBT 整流

额定电压

220/380Vac单相三线/三相四线

输入电压范围

单相 120Vac~288Vac

输入频率范围

45Hz~55Hz

输入功率因数

单相>=0.99/三相>=0.95

电池

电池类型

12V铅酸免维护蓄电池

充电能力

标机回充至90%<6h

电池模块型号

NP-20-M

电池模块规格

430W×660D×88H (机架内高度 2U),50KG

输出参数

额定功率

100KVA/80KW

额定电压

单相220Vac

电压稳定度

3%

频率稳定度

0.25%

输出电压波形畸变率

<3%线性负载;<5% 非线性负载

负载最大峰值因数

3:1 (满足 IEC 62040-3)

阶跃型负载能力

100%

输出方式

端子

过载能力(% 额定负载)

105%~125% 5min;125%~150% 1min;>150% 500ms

系统参数及标准

变换类型

双变换在线式

安装方式

机架式

整机效率

>92.5%

切换时间

0 ms

噪声

<55 dB

语言

中英文

显示

LED+LCD

安规

IEC/EN 62040-1-1

电磁兼容

IEC/EN 62040-2;IEC/EN61000-3-11;IEC/EN 61000-3-12;YD/T 1095-2008

浪涌保护

IEC/EN 62040-2

防护类型

IP30

体积

430W×750D×130H (3U)

重量

65Kg

保修

3年

通信及管理

接口类型

USB/智能卡槽(干接点卡/干接点扩展卡/SNMP卡/RS485)

管理软件

UPSilon 2000

环境参数

运行温度

0~40℃

相对湿度

5~95%,无凝露

最大海拔高度

<1500m,超过1500m时参照GB/T 3859.2降额使用

2. 5 蓄电池系统
2.5.1概述
NETION力迅阀控式密封铅酸蓄电池是应用现代最新技术制造,公司科研技术力量雄厚,生产、检测设备先进,严格按照ISO9001系列国际标准组织和管理生产。产品性能稳定可靠,品质优良、使用安全、应用面广,通过泰尔、UL、CE等检测和认证。NETION力迅阀控式密封铅酸蓄电池系列产品广泛应用于邮电、金融、税务、公安、电力、水电、交通运输等部门。

1)特点:
密封:全密封设计无电解液渗漏、运输和安装使用都很方便。
安全:蓄电池有安全阀,并且不易产生气体,遇火不会爆炸,安全防爆。
无需维护:由于全密封设计生产和基本不分解水,从使用起不需加水维护。
自放电低:采用新型合金、高等级原材料和先进的制造工艺,常温下贮存期可达6个月。
无需均衡充电:在正常工作情况下,以恒压充电不需均衡充电。
使用寿命长:25℃环境条件下,全浮充正常使用寿命NP系列可达5年以上,GH、GFM系列可达10年以上。

2)用途:
邮电通信设备(程控交换机、微波通讯、移动通信、光纤通信等)。
大型UPS及计算机备用电源(金融系统、办公设备、计算机房等)。
电力系统(发电厂、水电站、输变电站、风能及太阳能发电设备等)。
应急照明系统、消防安全及报警、监视系统备用电源。
航天、航空、航海、铁路、公路交通运输及电储能。
电子开关及控制系统。
峰值负载补偿储能装置。

3)关于电池的建议:
必须:
使用前必须检查电池外观;存储电池在阴凉处(温度最好不超过200C或6800F);把存放起超过三个月的电池加以适当的补充电;充电时要在通风良好的环境中进行;把电池牢固地安装在设备机箱内
切勿:
将电池放在靠近火源的地方或焚烧电池;将电池短路;将电池放在密闭箱内使用;野蛮装卸电池;使用跛裂或漏夜的电池;过度震动和摇晃电池

2.5.2蓄电池技术指标及运行性能
佛山市力迅电子有限公司12V150AH铅酸免维护蓄电池正常使用时保持气密和液密的状态。当内部气压超过预定值时,安全阀自动开启,释放气体。当内部气压降低后,安全阀自动闭合使其密封,以防止外部气体进入蓄电池内部。蓄电池在正常的使用寿命期间,正常的使用情况下无需补加电解液。蓄电池的各项技术性能指标完全符合甚至超过YD/T799-2002《通信用阀控式密封铅酸蓄电池》和GB/T19638.2-2005《固定型阀控密封式铅酸蓄电池》要求:

1、环境温度
蓄电池在环境温度-15℃~+45℃条件下使用。
2、结构
蓄电池的正、负极端子有明显标志、环氧树脂双重密封防漏液结构。T型端子设计,便于连接,提高电器连接性能。极性、端子、外形尺寸符合厂家产品图样。蓄电池内部结构符合厂家设计和工艺要求。
3、外观
蓄电池外观不得有变形、漏液、裂纹及污迹,标志要清晰。
4、阻燃性能
蓄电池壳、盖符合GB/T2408-2008中第8.4.1HB级(水平级)和第9.4 V-0(垂直级)的要求。
5、气密性
蓄电池能承受50Kpa的正压或负压不破裂,不开胶,压力释放后壳体无残余变形。
6、电池重量


电池型号

额定电压(V)

额定容量(Ah)

重量(Kg)

NP-XA12150CH

12

150

约44.5

7、容量
蓄电池在25℃下按规定的方法试验,各放电率容量如下表所示:


放电率

NP-XA12150CH

20h

162

10h

150

3h

115

1h

92

放电终止电压应符合下表规定。


放电率

蓄电池放电终止电压(V)

20h

10.80

10h

10.80

3h

10.80

1h

10.50

8、不同温度下的20小时率放电容量


温度

NP-XA12100CH

40℃

155AH

25℃

150AH

0℃

130AH

-15℃

98AH

9、大电流放电
蓄电池以30I10(A)放电3min,极柱、内部汇流排不应熔断,其外观不得出现异常。
10、容量保存率(25℃)
蓄电池静置1个月后其容量保存率不低于96%;静置3个月后其容量保存率不低于91%;静置6个月后其容量保存率不低于82%;静置12个月后其容量保存率不低于64%;
11、密封反应效率
蓄电池密封反效率不低于95%。
12、防酸雾性能
蓄电池在正常浮充工作过程中无酸雾逸出。
13、安全阀要求
安全阀具有自动开启和关闭功能,其开阀压力应是1~49Kpa,闭阀压力应是1~49Kpa。
14、耐过充电能力
蓄电池按规定要求试验后,其外观无明显变形及渗液。
15、蓄电池充电的管理
(1)蓄电池在使用前一般应进行补充充电,蓄电池最大充电电流不大于2.5I10(A),最大补充充电电压不大于14.40V。
(2)蓄电池均衡充电电压为14.20~14.40V。(25℃)
(3)蓄电池浮充电电压为13.60~13.80V。(25℃)
16、蓄电池端电压的均衡性
(1)蓄电池开路电压最高与最低的差值不大于40mV。
(2)蓄电池进入浮充状态24小时后,各蓄电池间的端电压差不大于480mV。
17、蓄电池内阻
满充电状态下的蓄电池内阻(25℃): NP-XA12150CH约5mΩ。
18、电池间连接电压降
蓄电池间连接的电压降ΔV≤10mV。
19、防爆性能
蓄电池在充电过程中遇有明火,内部应不引燃、不引爆
20、封口剂性能
蓄电池在环境环境温度-30℃~+65℃之间,封口剂不应有裂纹与溢流现象。
21、蓄电池寿命
长寿命铅酸免维护蓄电池浮充寿命10年以上,深度放电循环使用寿命600次以上。
普通铅酸免维护蓄电池浮充寿命6年以上,深度放电循环使用寿命400次以上。
2.5.3蓄电池产品图