第一章 用戶需求

    1.1 用戶需求分析

    本次UPS供電系統(tǒng)建設(shè)主要是為工廠內(nèi)的產(chǎn)線生產(chǎn)設(shè)備供電，因產(chǎn)線幾秒鐘的斷電也會(huì)讓用戶蒙受很大的損失，因此需要提供高可靠的供電電源方案。

    1、通過與工廠相關(guān)部門溝通，我們了解到：

    A、產(chǎn)線設(shè)備主要為數(shù)控機(jī)床，單臺(tái)機(jī)床設(shè)備為380V供電，額定電流為3A；

    B、工廠分為三個(gè)廠房，共有上述機(jī)床設(shè)備1000臺(tái)左右，每個(gè)廠房的機(jī)床數(shù)量按330臺(tái)左右配置；

    C、工廠配有發(fā)電機(jī)組。UPS后備延時(shí)時(shí)間按10分鐘配置。

    D、有一定的冗余度，以保證高可靠的用電保障。

    2、根據(jù)以上信息，計(jì)算得：

    A、單臺(tái)數(shù)控機(jī)床功率為： 380*3*1.732=1974.48KVA。

    B、故廠房數(shù)控機(jī)床總功率為：1974.48*1000=1974.48KVA。

    C、所有負(fù)載差不多平均分為3個(gè)廠房，故每個(gè)廠房負(fù)載量為：1974.48/3=658.16KW。  

    3、UPS配置方案設(shè)計(jì)原則——適合、夠用，避免浪費(fèi)和不必要的成本提升

    A、根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在正常生產(chǎn)中產(chǎn)線設(shè)備的實(shí)際功率約為標(biāo)稱值的60%左右。即以上負(fù)載實(shí)際使用時(shí)負(fù)載量約為1974.48*80%≈1600KVA。故每個(gè)廠房負(fù)載約為530KVA。我們會(huì)以此負(fù)載量來配置UPS，做到為客戶配置合適、夠用的UPS，盡量避免UPS容量配置過大，造成浪費(fèi)和成本的提升。

    B、UPS的容量選擇主要是由負(fù)載的大小,負(fù)載的特性以及預(yù)留容量的大小來確定的。通常考慮的因數(shù)是：
首先,UPS的容量必須大于所帶負(fù)載的總?cè)萘?

    其次,不同特性的負(fù)載對(duì)UPS的容量要求也不同.如負(fù)載接近電阻特性,輸入功率因子大于UPS的輸出功率因子(一般為0.7-0.8)，則按 UPS的輸出功率因子來計(jì)算;如負(fù)載的輸入功率因子小于UPS的輸出功率因子,則按負(fù)載的輸入功率因子來計(jì)算。

    第三,為保證UPS長期穩(wěn)定地運(yùn)行,負(fù)載容量一般不超過UPS容量的80%, 并且新裝UPS一般還要留出一定的負(fù)載擴(kuò)容余量。

    第四，為了提高可靠度，可采用N+1并聯(lián)冗余的方式，為負(fù)載高可靠的電力供應(yīng)。即N臺(tái)設(shè)備為負(fù)載提供電力供應(yīng)，1臺(tái)設(shè)備保證冗余度，當(dāng)系統(tǒng)中有任意一臺(tái)設(shè)備故障時(shí)，負(fù)載的電力供應(yīng)還可得到保障。

    第二章　UPS電源供電方案

    2.1 UPS供電方式設(shè)計(jì)原則

    1）采用冗余供電的方式，為負(fù)載提供高可靠的電力供應(yīng)。

    2）在保證可靠的前提下，避免UPS容量設(shè)計(jì)過大，造成不必要的浪費(fèi)成本提升。

    3）電池采用多臺(tái)UPS共用的方式，以減低電池成本，提高電池利用率。

    2.2 UPS供電方案：

    2.2.1 UPS的選擇：

    1、基于前面分析和技術(shù)，可知每個(gè)廠房的實(shí)際負(fù)載功率約為530KVA 左右，我們建議UPS供電方總?cè)萘坎恍∮?30KVA。

    2、基于客戶負(fù)載為數(shù)控機(jī)床，為機(jī)械馬達(dá)類感性負(fù)載，對(duì)UPS的性能要求較高。故我們建議客戶選擇臺(tái)達(dá)NT 系列UPS，此UPS單機(jī)功率為20KVA 至500KVA ，是專門設(shè)計(jì)用在大型工礦企業(yè)的高可靠工業(yè)級(jí)UPS。由于其逆變器采用全橋設(shè)計(jì)架構(gòu)，具有輸出隔離變壓器，負(fù)載適應(yīng)性最強(qiáng)，能適應(yīng)各種負(fù)載特性的負(fù)載，且過載能力突出，可經(jīng)受負(fù)載運(yùn)行高峰的沖擊，且可帶100%不平衡負(fù)載，設(shè)備技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定可靠。最適合為企業(yè)的大型生產(chǎn)線提供穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行保障。

    2.2.2 UPS供電方案

    每個(gè)廠房采用4臺(tái)臺(tái)達(dá)NT 200KVA UPS組成3+1并聯(lián)冗余供電系統(tǒng)。即系統(tǒng)總?cè)萘繛?00KVA，可保證一臺(tái)UPS做冗余備份，即當(dāng)供電系統(tǒng)中有任意一臺(tái)UPS故障時(shí)，UPS系統(tǒng)的輸出容量任可達(dá)到600KVA ，滿足負(fù)載的用電需求，負(fù)載的供電任可得到保障，從而大大提高供電可靠度。UPS供電系統(tǒng)圖如下：
          
                              

    電池采用多臺(tái)UPS共享配置的方式，可大大提高電池的利用率，同時(shí)，還可降低電池配置成本。

    2.2.3 電池配置方案

    2.2.3.1 多機(jī)共用電池組  

    所謂共享電池組就是指兩臺(tái)或多臺(tái)UPS同時(shí)利用一組或多組電池的解決方案。市電正常時(shí)各臺(tái)UPS同時(shí)為蓄電池組充電，市電異常或者終斷時(shí)，各UPS又同時(shí)利用電池組的能量逆變成交流電供給負(fù)載使用。
多機(jī)并聯(lián)共用電池組供電架構(gòu)說明：
         
                       

    因此共享電池組具有以下優(yōu)點(diǎn)：

    (1) 節(jié)省購買電池的資金投資

    (2）節(jié)省安裝空間  

    (3)擴(kuò)容方便

    (4)延長電池壽命和提高電池利用率

    2.2.3.2 電池配置及容量計(jì)算

    經(jīng)過前面的分析，我們知道實(shí)際量約為530KVA，一般廠房的數(shù)控機(jī)床設(shè)備類設(shè)備的功率因數(shù)約為0.7～0.8。為使電池延時(shí)做夠，我們?nèi)∝?fù)載的功率因數(shù)為0.8，則 根據(jù)恒功率電池容量計(jì)算法：

    電池容量計(jì)算方法：

    恆功率后備時(shí)間對(duì)應(yīng)電池容量計(jì)算方式：

    P（W） -- 電池提供總功率 A -- UPS標(biāo)稱容量（VA） N -- 電池CELL 數(shù)  

    C -- 電池組數(shù) D -- UPS實(shí)際帶載量（UPS實(shí)際帶載量一般不超過滿載80%）

    Pf -- UPS功率因數(shù) η -- 逆變轉(zhuǎn)換效率 Pc -- 電池放電曲線表中查的放電功率

    Pnc -- 電池每CELL需要提供的功率 B -- UPS主機(jī)配置1組12V電池的節(jié)數(shù)  

    P（W）= { A * Pf } 或D / η 

    Pnc=P（W）/(B*N)  

    然后根據(jù)計(jì)算出電池的每個(gè)CELL需提供的功率，再查找電池恒功率放電曲線表對(duì)應(yīng)時(shí)間的最匹配的功率值。則此功率對(duì)應(yīng)的容量的電池就是我們要選用的電池。若計(jì)算出的功率大于最大容量電池相應(yīng)時(shí)間的放電功率，則就表明需要并聯(lián)電池組。

    并聯(lián)電池組數(shù)（取整）= Pnc / Pc

    因此，計(jì)算如下：

    P（W）= { A * Pf*D } / η=530KVA*0.8/0.95≈446.3KW

    Pnc=P（W）/(B*N)=446.3KW/(29*6)≈2565W

    查表，可知，中達(dá)電池200AH/12電池10分鐘對(duì)應(yīng)的功率為592.9W（放電到1.75V時(shí)）

    則：并聯(lián)的電池組數(shù)=2656/592.9=4.3組，故電池組數(shù)取整數(shù)為4，即200AH/12V電池29*4=116只。

      說明：以上計(jì)算中功率因數(shù)PF為0.8，UPS的逆變效率η為0.95，每組電池的顆數(shù)B為29只，每只電池的CELL 數(shù)N為6 
                     

    2.2.3.3 電池組監(jiān)控：

    電池為UPS供電系統(tǒng)的重要部分，故我們特為本次電池組提供單體電池監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)UPS中備用電池組的在線偵測，測量數(shù)據(jù)包括單體電池電壓，單體電池溫度，單體電池內(nèi)阻，電池組電流，電池組端電壓以及環(huán)境溫度等，通過網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，在主控單元上進(jìn)行數(shù)據(jù)搜集，處理和存儲(chǔ)，并能通過通訊與上位機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

    使用本系統(tǒng)可以對(duì)電池進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測，從而方便地隨時(shí)對(duì)系統(tǒng)故障和電池使用狀態(tài)進(jìn)行分析， 

    從圖中可以看出系統(tǒng)包括： 1 個(gè)電池組偵測模塊 （SCMM），負(fù)責(zé)測量每組電池組的充放電電流和電池組的端電壓；最多240 個(gè)電池偵測模塊 （CMM），負(fù)責(zé)測量電池的電壓，溫度和配合計(jì)算內(nèi)阻的相關(guān)信息；1 個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊 （DPM ），處理來自CMM 和 SCMM 的無線數(shù)據(jù)。

    2.2.4 UPS監(jiān)控方案

    臺(tái)達(dá)UPS所設(shè)計(jì)的此次方案，采用了電力管理大師管理者的監(jiān)控軟件，監(jiān)控軟件來將三個(gè)廠房的所有UPS作集中監(jiān)控。以下對(duì)此集中監(jiān)控作進(jìn)一步介紹。

    臺(tái)達(dá)UPS UPSentry Manager遠(yuǎn)程集中監(jiān)控管理軟件:可以對(duì)所有的UPS系統(tǒng)經(jīng)由廣域網(wǎng)或?qū)＞€網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中監(jiān)管﹐以監(jiān)視各UPS的運(yùn)行情況并作記錄﹐當(dāng)各UPS有事件告警時(shí)﹐manager軟件會(huì)自動(dòng)亮燈告警﹐并跳出圖屏﹐顯示該告警UPS的問題﹐平時(shí)也可以點(diǎn)閱各聯(lián)網(wǎng)UPS，以階層式管理方式完成集中管理,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，當(dāng)機(jī)房內(nèi)出現(xiàn)火災(zāi)等情況時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS的遠(yuǎn)程關(guān)機(jī)。如圖：

    2.2.4.1 網(wǎng)絡(luò)管理達(dá)成效果﹕

    集中管理的好處不僅是減少人力資源的浪費(fèi)﹐并能在電力事件發(fā)生的瞬間便可以獲得準(zhǔn)確的信息﹐同時(shí)縮短反應(yīng)的時(shí)間。一旦電力事件發(fā)生時(shí)可以馬上獲得最快最正確的信息﹐并可以主動(dòng)聯(lián)系第一線的人員﹐指導(dǎo)其正確地處理程序﹐以減少損失。

    (1) 安全可靠的高品質(zhì)供電。

    (2) 分散供電﹐集中管理﹐人力資源的高效化。

    (3) 同時(shí)對(duì)全區(qū)多于500個(gè)的UPS集中監(jiān)管。

    (4) 對(duì)UPS無人職守的監(jiān)管﹐可達(dá)到實(shí)進(jìn)告警﹐實(shí)時(shí)處理。

    2.2.4.2 完整電源事件預(yù)防及應(yīng)急管理：

    電力管理大師對(duì)24個(gè)不同的電源事件或UPS狀態(tài)（如：斷電、復(fù)電、電池低電壓、過載、跳旁路、故障、預(yù)約開關(guān)機(jī)等）均可提前制定應(yīng)急計(jì)劃和控制。可安全與自動(dòng)存檔關(guān)機(jī)，自動(dòng)化事件記錄，自動(dòng)語音廣播，自動(dòng)尋呼及發(fā)送電子郵件，告警，自動(dòng)觸發(fā)運(yùn)行可執(zhí)行文件，插座控制等多種反應(yīng)行動(dòng)可供選擇。

    2.2.4.3 電源狀態(tài)記錄、分析：

    根據(jù)使用者喜好提供2-12個(gè)電表顯示實(shí)時(shí)值。可記錄電力中斷、復(fù)電、旁路等各項(xiàng)事件資訊。可記錄并圖示電壓、頻率、故障情況，并可在Excel下作資料分析。

    2.3 UPS供電系統(tǒng)的配電方案

    2.3.1 每個(gè)廠房UPS供電系統(tǒng)的輸入端配電
            
    1）UPS輸入配電柜，開關(guān)采用施奈德NSX系列塑殼開關(guān)，同時(shí)配置數(shù)字表頭和指示燈。連接線徑在圖紙上亦有標(biāo)注。具體如下圖：
                
             

    2.3.2 每個(gè)廠房UPS供電系統(tǒng)的輸出端配電
開關(guān)采用施奈德NSX系列塑殼開關(guān)，同時(shí)配置數(shù)字表頭和指示燈。連接線徑在圖紙上亦有標(biāo)識(shí)。
輸出配電分路暫時(shí)先按8路250A開關(guān)來配置。這個(gè)也可根據(jù)具體的要求后，更改數(shù)量和容量。
配電圖如下：
   
               

     2.4 系統(tǒng)配置清單

         

   2.5 臺(tái)達(dá)NT UPS與艾默生/易事特同等級(jí)UPS比較

    1）臺(tái)達(dá)UPS與艾默生UPS同為世界級(jí)一線品牌。其中臺(tái)達(dá)NT UPS和艾默生UPS在可靠度等級(jí)要求最高的通信運(yùn)營商領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。另外，在富士康、廣汽豐臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)等世界級(jí)的工廠里，臺(tái)達(dá)NT UPS也有廣泛的應(yīng)用，可見后面的應(yīng)用圖例。易事特為國內(nèi)UPS廠商，小功率UPS應(yīng)用較多。但在大功率UPS方面，較少廠家采用。

    2）臺(tái)達(dá)UPS和艾默生UPS皆通過了眾多的世界級(jí)嚴(yán)苛認(rèn)證，比如可出口歐盟的CE/CB、國內(nèi)工信部的TLC認(rèn)證等。另外還通過了抗震認(rèn)證。

    3）臺(tái)達(dá)NT UPS為適應(yīng)國內(nèi)工作環(huán)境，輸入工作電壓范圍為±30%，為業(yè)界最寬，可適應(yīng)惡劣的電力條件。而艾默生和易事特為±15%和±25%。

    4）臺(tái)達(dá)NT UPS與艾默生UPS效率皆可達(dá)92%以上，而易事特UPS效率僅為≥80%，這將耗費(fèi)大量的電能，帶來運(yùn)營成本的提升。（注：易事特UPS用戶手冊(cè)上的標(biāo)注效率為≥80%，而彩頁上標(biāo)注的效率為95%，顯然用戶手冊(cè)上標(biāo)注的效率值是可信的。應(yīng)為，在業(yè)界，工頻架構(gòu)的UPS，還沒有一個(gè)廠家在線效率能達(dá)到95%。）

    5）臺(tái)達(dá)NT UPS具有電池漏液偵測功能和電池組共享功能，此為臺(tái)達(dá)UPS專利技術(shù)，特及早發(fā)現(xiàn)鉛酸蓄電池漏液問題，還能大大提升電池組利用率，降低用戶成本。

    6）過載能力。臺(tái)達(dá)與艾默生UPS過載能力皆為125%負(fù)載時(shí)10分鐘，而易事特UPS過載能力為125% 1分鐘。前者過載能力是后者的10倍。