UPS作為重要的備用電源設備，已經在金融、通信等傳統領域的數據中心得到了廣泛的應用，隨著大功率UPS制造技術的不斷突破，UPS正逐步大量應用于制造業、工業等領域的自動化生產線和DCS、PLC系統中。UPS供電系統接地設計、UPS供電方式及綠色性能等受到相關技術人員的關注。　　
　　
在UPS供電系統接地設計中，如何處理雩地電壓問題，石化行業UPS應用中，針對不同的DCS系統接地方式，如何選擇合理、適用的UPS接地方式，以及UPS供電系統與備用發電機如何實現容量匹配，本期欄目將繼續邀請UPS用戶專家和UPS廠商技術人員針對上述話題以及UPS選型等問題進行討論、交流，同時歡迎感興趣的讀者能夠積極參與。　　
　　
議題一、UPS供電系統接地設計　　
　　
1、UPS接地方式應與DCS采用的系統接地方式相配合(周瑤強／助理工程師新疆獨山子乙烯廠電氣車間)　　
　　
石化系統設計中，DCS有三種系統接地方式：隔離的中性點(IT)、接地的中性點(TT)和外露導電零部件連接到中性點(TN，又分為TN—C和TN—S)。DCS采用何種系統接地方式應從人身安全、設備保護和運行觀點出發進行判斷，選擇正確的接地方式。當DCS采用的系統接地方式確定以后，就需要UPS采用相應的接地方式配合。　　
　　
DCS采用中性點隔離系統(IT)時，當發生一相接地時，接地電流、電壓都很小，不會危害人員安全，也不會造成設備保護動作。如果此時采用絕緣監視裝置(IMD)及時發現接地故障，并由一臺故障定位裝置進行定位并進行維修，消除故障點，那么不會造成任何損失。中性點隔離系統(IT)可以提供最好的服務連續性，化工企業必須使用這種系統才可以確保其連續運行的可靠性。　　
　　
DCS采用中性點接地系統(TT)時，當發生一相接地時，接地電壓大，電流小，可能造成斷路器不跳閘，危害人員安全，也會造成設備損壞。此時必須采用殘余電流檢測保護裝置(RCD)才可以立刻將故障點斷開，那么此斷路器所帶的設備將全部失電，可能因此造成裝置停工。中性點接地系統(TT)是最容易設計和安裝的方案，但是必須在所有的出線開關上裝設殘余電流檢測裝置(RCD)。
　　
DCS采用外露導電零部件接中性點系統(TN)時，當發生一相接地時，接地電壓，電流都很大，會危害人員安全，也會造成設備損壞。但是由于此時的故障電流比采用中性點接地系統(TT)大4089／15.3=267倍，所以斷路器可以非常快速地切斷故障點，而不需要使用殘余電流檢測保護裝置(RCD)，可以最大限度地保護人身安全。但這種方式是以斷開故障點為代價，斷路器所帶的設備全部失電，可能因此造成裝置停工。外露導電零部件接中性點系統(TN)在故障時有大的故障電流流過，很高的EMC性能，可以非常迅速地切斷故障電流，最大限度地保護人身，設備的安全。　　
　　
用于UPS的接地系統類型可能采用的系統接地方式取決于：　　
　　
1)UPS上線已有的系統接地方式或為UPS上線專門選擇的系統接地方式。
　
2)UPS下線的系統接地方式，其選擇可能取決干：再次使用與上線相同的系統；上線或者下線安裝有隔離變壓器，它能改變系統的接地方式；負載要求(如計算機系統要求使用TN—C或TN—S)。下線配電系統的結構，帶有靜態切換開關(STS)。　　
　　
3)某些要求是安全標準所強制執行的，例如，在保護導體PE或PEN中，永遠也不允許中斷以保證故障電流的流通。TN—C系統(沒有中斷的PEN)可以安裝在TN—S系統的上線(N和PE是分離的)，但絕對不能反過來，將TN—S系統安裝在TN—C系統的上線。
　　
2、UPS零地電壓的產生及解決方法(江偉石／工程師中達電通UPS產品處技術總監　
　　
UPS零地電壓產生的原因是由于在高頻諧波下，導線之間不再是一個純電組性元件，而是一個集電感、電容和電阻為一體的混合體。因為線間存在耦合電感和電容，高次諧波將在零線，地線之間產生一定的高頻電流，也可能抬升零地電壓。　　
　　
解決UPS零地電壓有以下方法：　　
　　
(1)縮短零線長度，增大零線截面積可減小零線電抗，從而將低零地電壓。該解決方案的優點是效果明顯，從零線電抗計算公式Zn=ρL／S看，當線長L減小，導線載面積增大，Zn隨之減小，零地電壓也同時降低。但受到現場實際情況限制，不太容易實現。需要在機房初期設計階段充分考慮，否則很難更改。　　
　　
(2)對于雙變換在線UPS，當逆變器工作時，UPS輸入端零線電流理論上應該為零。但由于機房輸入配電柜內流過所有電纜的都是大電流，這些電流包括UPS、機房的逆變器、本樓層的照明以及空調等。每一根電纜都含有大量的電磁干擾，所有的這些電纜被捆扎在一起走長線，使得這些高頻干擾互相串擾，高頻干擾電流在零線、地線上流過帶來了零、地之間的壓降。從測試波形上看，零地之間的高頻成分呈非固定頻率的雜波，也可以反映干擾為多種設備電流的電磁干擾疊加。
　　
將UPS的相線和零線、地線分開走線，兩者的距離應該保證在20cm以上，最好能做到40cm。其他動力電纜也應該遠離UPS零線。如現場施工不能分開，零線和地線可考慮用鎧裝屏蔽電纜，可達到同樣效果。　　
　　
(3)UPS負載端加隔離變壓器，并將隔離后的零線接地。這種解決方案的優點在于能夠非常有效地解決負載端零地電壓問題。因為隔離后的零線接地，可以保證負載的零地電壓趨近于零。隔離變壓器是一個非常成熟的產品，品種全，可以滿足各種功率等級的要求，供貨周期短，價格低廉，而且安全可靠，無風險。目前計算機機房用戶多采用這種配電方式。　　
　　
綜上所述，推薦使用UPS負載端加裝隔離變壓器方案，此方案可一勞永逸地解決零地電壓問題。在某些場合方案三不能實施時，可考慮方案一、二為備選。

3、較大的零地電壓可加隔離變壓器(施耐德一APC公司中國產品技術部技術總監　　
　　
零地電壓的產生是由于不平衡負載產生的基波電流)以及3次和3n次諧波產生的高次諧波電流，其有效值包括不平衡基波電流和高次諧波電流，標準限值為有效值2V(GB50174—2008)，這是衡量零線是否接好的方法；但是lV不等于沒有問題，5V也可能不發生問題。可通過平衡三相負載，降低諧波電流；降低零線電流傳輸阻抗(增大導線截面，減小節點阻抗，縮短零線傳輸距離，增加UPS端、負載端隔離變壓器)對零地電壓進行治理。UPS的內置逆變變壓器不隔離中線，零地電壓是系統原有特性。旁路加隔離變壓器，重新產生中線，零地電壓降低。對于無逆變變壓器的UPS，最有效的隔離方法是在輸入端采用兩個獨立的變壓器，也町在輸出端增加一個隔離變壓器，或可在旁路增加一個隔離變壓器，并使輸入端共用。
　　
議題二：UPS供電系統與上級電源匹配問題　　
　　
1、發電機+電力穩壓器+“1+1”UPS并機系統的匹配調控 (李成章／高級工程師艾默生網絡能源有限公司高級技術顧問)　　
　　
相關的檢測數據表明：對于同一套UPS供電系統而言，不管工作在市電供電條件下，還是工作在發電機供電條件下，它不僅具有幾乎相同的cosφ，輸入功率因數PF，輸入諧波電流絕對值，而且還具有非常近似的輸入電流諧波的頻譜分布曲線。發電機電源的高內阻是造成UPS供電系統輸入電壓失真度增大的主要原因，它極易導致電力穩壓器及發電機的自動調壓系統發生誤動作／誤調操作。為此，過去為UPS業界所經常使用的技術措施是利用增大發電機的輸出功率同UPS的輸出功率的容量比的辦法改善發電機的帶載特性(其實質是通過增大發電機容量的辦法降低發電機的內阻)，從而導致投資成本增大。
　　
通過適當地“錯開”兩臺電力穩壓器的開機起動浪涌電流的發生時間及適當地調低電力穩壓器的穩壓精度，就能用l臺150kV·A發電機驅動由兩臺100kV·A電力穩壓器+80kV·A“1+1”UPS并機系統所組成的UPS供電系統，從而達到節約投資和運行成本的目的。　　
　　
為確保由電力穩壓器+“1+1”UPS并機系統所組成的供電系統在發電機供電的條件下，也能安全和可靠地工作，需要對這套UPS供電系統執行如下的技術改進：　　
　　
將原來的輸出功率為110kV·A的備用發電機組調換為150kV·A的備用發電機(常行功率)。　　
　　
2)考慮到因發電機電源被投入到電力穩壓器的輸入端上的時刻可能出現在具有正弦波形的交流電源的不同相位點上，并進而導致它的開機起動浪涌電流的幅值會發生較大差異的工作特性(其變化規律是當發電機電源投入的時刻出現在正弦波的電壓峰值處時，它的輸入起動浪涌電流的幅值為最小值；當其投入的時刻出現在正弦波的電壓過零點處時，其起動浪涌電流的幅值為最大值)。

鑒于在過去的測試中，兩臺電力穩壓器的輸入端上曾經記錄到的最大開機起動浪涌電流是一串幅值為220A左右、持續時間較長達0.2s左右的單極性衰減波形。為改善發電機的運行環境，盡可能地降低由電力穩壓器的開機起動浪涌電流所可能帶來的不利影響。建議相應的電力穩壓器廠家將兩臺穩壓器的開機起動時間錯開3s左右。　　
　　
3)為改善發電機的運行條件，建議相應的UPS廠家對80kV·A“1+1”UPS并機系統進行再調整，以便盡量地減小兩臺UPS之間的輸入電流和輸出電流的均流不平衡度(通常期望值<5％)及它們之間的環流，從而提高UPS并機系統運行的可靠性的目的。　　
　　
為提高由150kV·A發電機+兩臺100kV·A電力穩壓器+80kV·A“1+1”UPS并機系統所組成的UPS供電系統的運行的可靠性和穩定性，常用的技術措施有：　　
　　
(1)降低UPS的輸入電流諧波分量對于中、大型UPS而言，可選用6脈沖整流+5次諧波濾波器型UPS、12脈沖整流器型UPS、12脈沖整流+11次諧波濾波器型UPS和6脈沖整流+有源濾波器型UPS。對于中，小型UPS而言，可選用IGBT脈寬調制整流器型UPS。　　
　　
(2)提高“l+l”UPS并機系統的并機性能：通過準確、合理的并機調機操作盡可能降低UPS并機系統的環流和兩臺UPS輸出電流的均流不平衡度，從而盡可能提高它對發電機電源的適應能力。　　
　　
(3)在此次對由發電機+電力穩壓器+“1+1”UPS并機系統所組成的UPS供電系統所執行的系統匹配性調控操作中，唯一沒有得到明顯技術改善的部件是用“熱同步并機”調控技術的UPS冗余并機系統的并機輸出特性較差。有關的并機調控操作的實踐表明：由于種種原因所限，對于這套80kV·A“1+1”UPS并機系統而言，它的并機工作特性、至今仍然處于不能令人滿意的工作狀態之中。　　
　　
(4)為盡可能地降低備用發電機的輸出功率同UPS供電系統的輸出功率的容量比，可供選擇的技術措施有：
　　
1)通過適當地“錯開”兩臺電力穩壓器的開機起動浪涌電流的出現時刻點之間的遲時值及適當地調低電力穩壓器的穩壓精度，就能用150kV·A發電機正常地驅動由兩臺100kV·A電力穩壓器+80kV·A“1+1”UPS并機系統所組成的UPS供電系統，從而達到避免使用過份地增大發電機容量技術措施的目的(如來用>250kV·A以上的發電機組)。　　
　　
2)對于配置有發電機運行控制信號的UPS來說，可供用戶選用技術手段是將來自發電機的主輸出開關上的發電機工作輔助觸點信號饋送到UPS的指定干接點通信接口上。此時，可利用這組輸入信號來限制UPS輸入電流及電池充電電流，并禁止逆變器與旁路電源同步，達到同時確保發電機和UPS穩定工作的目的。這個特性常用于市電停電后，由容量較小的發電機向UPS供電的用戶。　　
　　
3)在電力穩壓器和備用發電機的自動穩壓調控線路的電壓采樣輸入信號線路的前端、增配小功率的5次諧波／11次諧波濾波器。
　
2、UPS供電系統與上級電源之問的容量匹配(江偉石／工程師中達電通UPS產品處技術總監)　　
　　
在UPS與發電機匹配使用中，只需為UPS配置少量后備電池以備切換時使用。發電機與市電轉換即可以手動，也可以設置自動切換設備(ATS)。當市電出現故障，自動切換設備(ATS)將自動切換到發電機端，發電機經過一定的時間延遲(可根據客戶需要設定時間)自動起動，提供電力保障。
　　
由于發電機的內阻較高(比變壓器高2～3倍)，增加了諧波的副作用。對于同一套UPS供電系統言，當它處于發電機供電的條件下運行時，它的輸入電壓諧波分量明顯地高于在市電供電條件下的輸入電壓諧波分量。
　　
簡單來講，對于高頻機其與上級發電機的容量比可l：1.5。而對于工頻機，容量比為1：2~4。