一種新型UPS后備蓄電池組切換解決方案

劉俊健，袁林波，劉西翠

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司東莞分公司，東莞 513129）

一種新型UPS后備蓄電池組切換解決方案

劉俊健，袁林波，劉西翠

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司東莞分公司，東莞 513129）

本文提出一種新型UPS后備蓄電池組切換的解決方案，在雙機(jī)并聯(lián)功率均分UPS系統(tǒng)中，當(dāng)一臺UPS輸出故障時(shí)，兩臺UPS的后備蓄電池組自動(dòng)同時(shí)為負(fù)載供電，從而實(shí)現(xiàn)了蓄電池組實(shí)際后備時(shí)長無縮減、并聯(lián)操作無安全隱患的效果。

UPS；蓄電池；自動(dòng)切換

基于通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的供電安全性、可靠性要求高，通信機(jī)房UPS電源系統(tǒng)普遍采取雙機(jī)并聯(lián)功率均分的運(yùn)行結(jié)構(gòu)。為使單機(jī)故障時(shí)后備蓄電池能夠互相投用，目前兩臺UPS蓄電池組之間普遍裝有手動(dòng)切換開關(guān)，當(dāng)一臺UPS輸出故障時(shí)，維護(hù)人員通過手動(dòng)切換開關(guān)將兩臺UPS的蓄電池組全部投入為負(fù)載供電。

目前的手動(dòng)切換方式具有蓄電池組實(shí)際后備時(shí)長大幅縮減、手動(dòng)切換并聯(lián)操作安全隱患大等缺點(diǎn)。為解決當(dāng)前存在的問題，東莞公司通過對UPS結(jié)構(gòu)、蓄電池切換柜結(jié)構(gòu)以及自動(dòng)雙電源切換斷路器原理進(jìn)行深入分析，并結(jié)合UPS廠家及斷路器廠家意見，提出了一種新型UPS后備蓄電池組切換的解決方案，實(shí)現(xiàn)兩臺UPS的后備蓄電池組在故障發(fā)生時(shí)立即同時(shí)為負(fù)載供電，以提升系統(tǒng)蓄電池組實(shí)際后備時(shí)長并且消除并聯(lián)操作安全隱患。

1 現(xiàn)有UPS后備蓄電池組切換解決方案

通過調(diào)查分析，目前UPS后備蓄電池組切換柜有兩種方案。

1.1 常規(guī)UPS蓄電池組手動(dòng)切換柜

常規(guī)UPS蓄電池組手動(dòng)切換柜是目前結(jié)構(gòu)最簡單、使用最廣泛的方案。假設(shè)UPS1故障，該切換柜操作的條件及順序如下：

（1）市電故障且UPS1逆變器故障，負(fù)載由UPS2接管；

（2）UPS2蓄電池組單獨(dú)向負(fù)載供電；

（3）維護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場，斷開UPS1電池開關(guān)Q1，使故障UPS脫離系統(tǒng)；

（4）維護(hù)人員閉合手動(dòng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)Q5，使UPS1蓄電池組接入U(xiǎn)PS2；

（5）UPS1蓄電池組與UPS2蓄電池組并聯(lián)經(jīng)過UPS2為負(fù)載供電。

1.2 UPS后備蓄電池手動(dòng)轉(zhuǎn)換柜

UPS后備蓄電池手動(dòng)轉(zhuǎn)換柜是第二種解決方案，目前在部分省市公司使用。該解決方案由6個(gè)斷路器和2個(gè)過渡電阻組成。

假設(shè)UPS1故障，該切換柜操作的條件及順序如下：

（1）市電故障且UPS1逆變器故障，負(fù)載由UPS2接管；

（2）UPS2蓄電池組單獨(dú)向負(fù)載供電；

（3）維護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場斷開UPS1電池開關(guān)QSA1、QSA2，使故障UPS脫離系統(tǒng)；

（4）拔出聯(lián)絡(luò)開關(guān)下的熔絲FU5、FU7；

（5）合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)QSA3，等待10s后裝上熔絲FU5；

（6）合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)QSA4，等待10s后裝上熔絲FU7；

（7）UPS1蓄電池組與UPS2蓄電池組聯(lián)合經(jīng)過UPS2為負(fù)載供電。

2 現(xiàn)有解決方案缺點(diǎn)

2.1 常規(guī)UPS蓄電池組手動(dòng)切換柜

常規(guī)的UPS蓄電池組手動(dòng)切換柜，當(dāng)一臺UPS逆變故障時(shí)，需要維護(hù)人員趕赴現(xiàn)場后才能手動(dòng)操作斷開故障UPS，然后閉合手動(dòng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，使兩臺UPS的蓄電池組并聯(lián)為負(fù)載供電。這樣存在以下缺點(diǎn)：

（1）蓄電池組實(shí)際后備時(shí)長大幅縮減。維護(hù)規(guī)范要求UPS故障后維護(hù)人員須在30min內(nèi)趕赴現(xiàn)場。經(jīng)計(jì)算，假設(shè)UPS系統(tǒng)正常情況下常載總后備時(shí)長為2h，若UPS1故障后由UPS2的蓄電池組放電30min后再并入U(xiǎn)PS1的蓄電池組，系統(tǒng)實(shí)際總后備時(shí)長為1.5h，蓄電池組實(shí)際后備時(shí)長縮減了25%。

（2）并聯(lián)操作安全隱患大。當(dāng)其中一臺UPS的蓄電池組放電30min后，兩臺UPS蓄電池組間將存在較高的電壓差，并聯(lián)操作將造成瞬時(shí)大電流和電弧的產(chǎn)生，存在影響操作人員和設(shè)備安全的隱患。

2.2 UPS后備蓄電池手動(dòng)轉(zhuǎn)換柜

UPS后備蓄電池手動(dòng)轉(zhuǎn)換柜的方案中，由2個(gè)過渡電阻消除并聯(lián)操作時(shí)產(chǎn)生的電弧，保障操作人員和設(shè)備的安全，但依然存在以下缺點(diǎn)：

（1） 蓄電池組實(shí)際后備時(shí)長大幅縮減。由于該方案在UPS故障后需要維護(hù)人員趕赴現(xiàn)場才能進(jìn)行手動(dòng)切換，故與常規(guī)UPS蓄電池組手動(dòng)切換柜一樣，蓄電池組實(shí)際后備時(shí)長縮減了25%。

（2）并聯(lián)操作仍有一定安全隱患。并聯(lián)操作時(shí)兩臺UPS的蓄電池組依然是容量差、電壓差較高，并且該方案操作較常規(guī)手動(dòng)切換柜更為復(fù)雜，存在帶電情況下拔插熔絲的操作，需要維護(hù)人員緊急情況下邏輯思路清晰、操作熟練。故該方案在并聯(lián)操作時(shí)仍有不少的安全隱患。

目前兩種UPS蓄電池組切換柜解決方案的缺點(diǎn)均是由于一臺UPS逆變故障時(shí)，兩臺UPS的后備蓄電池組不能立即同時(shí)為負(fù)載供電。本文旨在解決這一技術(shù)問題，提出一種新型切換解決方案。

3 新型UPS后備蓄電池組切換解決方案

為解決現(xiàn)有UPS后備蓄電池組切換柜方案存在的問題，東莞公司提出了UPS后備蓄電池組自動(dòng)切換裝置的方案。

3.1 UPS后備蓄電池組自動(dòng)切換裝置主電路

圖1 UPS后備蓄電池組自動(dòng)切換裝置結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示，該裝置中的自動(dòng)切換開關(guān)Q1、Q2為自動(dòng)雙電源切換斷路器，斷路器的額定電壓、額定電流等參數(shù)需根據(jù)UPS輸出總電壓、UPS蓄電池組總電壓以及UPS負(fù)載電流的大小而選定。自動(dòng)雙電源切換斷路器的兩個(gè)切換觸點(diǎn)分別接入U(xiǎn)PS1及UPS2，根據(jù)控制電路的控制信號使蓄電池組在兩臺UPS之間相互切換。

3.2 UPS后備蓄電池組自動(dòng)切換裝置控制電路

圖2 UPS后備蓄電池組自動(dòng)切換裝置電氣控制圖

UPS后備蓄電池組自動(dòng)切換裝置的電氣控制電路圖如圖2所示。圖中的K1-1、K1-2分別為UPS1市電故障告警干接點(diǎn)及UPS1逆變器故障告警干接點(diǎn)；K2-1、K2-2分別為UPS2市電故障告警干接點(diǎn)及UPS2逆變器故障告警干接點(diǎn)；MC Q1、MC Q2分別為Q1、Q2的控制線圈。

為保證控制電路始終有工作電源，控制電路需從UPS系統(tǒng)總輸出處取電；為提高控制線路可靠性，避免控制線路開路故障時(shí)觸發(fā)誤動(dòng)作，全部告警干接點(diǎn)需采用常開觸點(diǎn)。斷路器的控制線圈MC與UPS市電故障告警干接點(diǎn)、逆變器故障告警干接點(diǎn)串聯(lián)，當(dāng)兩個(gè)告警干接點(diǎn)同時(shí)閉合時(shí)，控制線圈MC得電工作，斷路器動(dòng)作。

3.3 UPS后備蓄電池組自動(dòng)切換裝置動(dòng)作順序

UPS系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下，UPS后備蓄電池組自動(dòng)切換裝置內(nèi)各器件的工作狀態(tài)及動(dòng)作順序如下。

（1） 正常工作：告警接點(diǎn)K1-1、K2-1及K1-2、K2-2均開路，兩個(gè)線圈MC失電，Q1、Q2處于正常狀態(tài)，分別投擲在UPS1和UPS2上；

UPS1、 UPS2分別為UPS1、 UPS2后備蓄電池組充電。

（2） 市電故障：告警接點(diǎn)K1-1及K2-1閉合，K1-2及K2-2開路，兩個(gè)線圈MC失電，Q1、Q2處于正常狀態(tài)，分別投擲在UPS1和UPS2上；

UPS1、 UPS2后備蓄電池組分別經(jīng)過UPS1、UPS2為負(fù)載供電。

（3）市電故障且UPS1逆變器故障：告警接點(diǎn)K1-1及K2-1閉合，K1-2閉合，K2-2開路；

線圈MC Q1得電工作， Q1自動(dòng)投擲至UPS2，UPS1后備蓄電池組接入U(xiǎn)PS2；

UPS1及UPS2的后備蓄電池組并聯(lián)經(jīng)過UPS2為負(fù)載供電。

（4） 市電故障且UPS2逆變器故障：告警接點(diǎn)K1-1及 K2-1閉合，K1-2開路，K2- 2閉合；

線圈MC Q2得電工作， Q2自動(dòng)投擲至UPS1，UPS2后備蓄電池組接入U(xiǎn)PS1；

UPS1及UPS2的后備蓄電池組并聯(lián)經(jīng)過UPS1為負(fù)載供電。

4 新型解決方案優(yōu)點(diǎn)

UPS后備蓄電池組自動(dòng)切換裝置與目前的手動(dòng)切換柜相比，優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）單臺UPS輸出故障時(shí)兩臺UPS的后備蓄電池組自動(dòng)同時(shí)為負(fù)載供電。本方案將自動(dòng)雙電源切換系統(tǒng)與UPS后備蓄電池切換柜相結(jié)合，創(chuàng)新設(shè)計(jì)發(fā)明了UPS后備蓄電池組自動(dòng)切換裝置的主電路以及控制電路。當(dāng)一臺UPS輸出故障時(shí)，控制電路檢測到市電告警及逆變器告警，觸發(fā)雙電源自動(dòng)斷路器動(dòng)作，使兩臺UPS的后備蓄電池組自動(dòng)接入正常運(yùn)行的UPS為負(fù)載供電。

（2）單臺UPS輸出故障時(shí)UPS系統(tǒng)總后備時(shí)長無縮減。市電故障但UPS無故障時(shí)，兩臺UPS的后備蓄電池組同時(shí)為負(fù)載供電，假設(shè)系統(tǒng)總后備時(shí)長為2h；本方案中市電故障且單臺UPS逆變故障時(shí)，兩臺UPS的后備蓄電池組自動(dòng)同時(shí)為負(fù)載供電，系統(tǒng)總后備時(shí)長依然為2h。因此本提案具有單臺UPS逆變故障時(shí)UPS系統(tǒng)總后備時(shí)長無縮減的優(yōu)點(diǎn)。

（3）兩臺UPS的后備蓄電池組并聯(lián)時(shí)無安全隱患。由于市電故障且單臺UPS逆變故障時(shí)，無需維護(hù)人員操作，雙電源切換開關(guān)會(huì)立即自動(dòng)動(dòng)作，使兩臺UPS的后備蓄電池組立即自動(dòng)并聯(lián)，這時(shí)兩臺UPS的后備蓄電池組容量及電壓差接近為零，并聯(lián)接入不會(huì)有瞬時(shí)大電流和電弧的產(chǎn)生。因此本方案具有兩臺UPS的后備蓄電池組并聯(lián)時(shí)無安全隱患的優(yōu)點(diǎn)。

5 結(jié)束語

雙機(jī)并聯(lián)功率均分UPS系統(tǒng)在通信電源系統(tǒng)中廣泛使用，本解決方案創(chuàng)新性的實(shí)現(xiàn)了單臺UPS輸出故障時(shí)兩臺UPS的后備蓄電池組自動(dòng)同時(shí)為負(fù)載供電，從而大幅提升了蓄電池組實(shí)際后備時(shí)長并且消除了并聯(lián)操作安全隱患，具有廣泛且重要的實(shí)用價(jià)值。

中國移動(dòng)安徽數(shù)據(jù)中心全面開工

2012年10月28日，中國移動(dòng)安徽數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目開工儀式在安徽淮南市隆重舉行。預(yù)計(jì)2014年一期工程投入運(yùn)行。安徽省常務(wù)副省長詹夏來，中國移動(dòng)通信集團(tuán)公司副總裁劉愛力、安徽省淮南市委書記楊振超、淮南市長曹勇、中國移動(dòng)安徽公司總經(jīng)理鄭杰等領(lǐng)導(dǎo)出席了開工儀式。

中國移動(dòng)安徽數(shù)據(jù)中心按照“立足安徽、服務(wù)華東、支撐全國”的發(fā)展定位，數(shù)據(jù)中心建成后，將成為一個(gè)高科技、信息化、綠色環(huán)保的世界一流信息園區(qū)，屆時(shí)將形成1.5萬個(gè)機(jī)架的托管能力，超過1萬G的互聯(lián)網(wǎng)出口帶寬，預(yù)計(jì)將孵化200家互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，吸引超過2000家互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、語音識別企業(yè)、動(dòng)漫企業(yè)、區(qū)域總部、車聯(lián)網(wǎng)企業(yè)等入駐。

中國移動(dòng)通信集團(tuán)公司副總裁劉愛力在開工儀式上表示，近年來，安徽搶抓機(jī)遇、厚積薄發(fā)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)實(shí)現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，走在了中部崛起的前列。信息之于社會(huì)，猶如貨幣之于經(jīng)濟(jì)。雙方在數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目上的合作，將為安徽省信息產(chǎn)業(yè)的跨越發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對促進(jìn)安徽的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、發(fā)展方式轉(zhuǎn)型起到重要的推動(dòng)作用。中國移動(dòng)將繼續(xù)加大對安徽的信息基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的投資力度，為公眾、企業(yè)、政府提供全方位的信息化服務(wù)，為安徽走出“六條新路”，打造“三個(gè)強(qiáng)省”，建設(shè)“美好安徽”做出新的更大貢獻(xiàn)。

A novel switching solution of UPS backup battery

LIU Jun-jian, YUAN Lin-bo, LIU Xi-cui
(China Mobile Group Guangdong Co., Ltd. Dongguan Branch, Dongguan 523129, China)

This article proposed a novel switching solution of UPS backup battery .When a UPS output fault, the two UPS backup batteries automatically load supply which can achieve the effect that battery backup time without reduction, parallel operation no security risks.

UPS; battery; suto-switch

TN86

A

1008-5599（2012）11-0017-04

2012-09-10