XX超白玻璃项目
生产线UPS供电系统技术建议书
XX电源有限公司
二零壹壹年七月
目录
前言 (3)
第一章项目设计目标与原则 (4)
一、设计的目的 (4)
二、设计的基本原则 (4)
第二章XXXUPS系统建议书 (7)
一、系统设计 (7)
1．基本情况 (7)
2．方案设计 (8)
1）设计原则 (8)
2）设计依据 (10)
二、系统方案 (10)
1．控制系统供电方案 (10)
1）UPS主机 (10)
2）电池配置 (10)
3）设备清单 (12)
4）系统图 (12)
5）外部配电 (14)
6）安装建议 (14)
2．熔解区设备供电方案 (16)
1）UPS主机 (16)
2）电池配置 (16)
3）设备清单 (17)
4）系统图 (18)
5）外部配电 (20)
6）安装建议 (20)
第三章主机介绍 (22)
一、技术特点 (22)
二、其它安装参数 (36)
三、参数表 (37)
前言
承蒙对XXX电源公司的信任和支持，提供我们参与贵厂不间断供电系统（UPS）的机会，我们不胜感激及深表荣幸。本公司将本着诚挚、科学的态度，充分考虑贵院的需求，利用我们先进的科技和丰富的设计、项目经验，提供最佳的专业服务，以及高性价比的系统设计方案，为数据中心提供一套优质的不间断电源建设方案。
第一章项目设计目标与原则
一、设计的目的
不间断电源系统项目是为解决生产线熔解区及成型区设备不间断，并随时提供优质电源的供电，特别是成型区的设备供电更为重要。为此，需要考虑新建系统的安全、可靠为基本原则。本方案建设的目的，主要分为2个部分：保障所有设备的不间断供电，保障向所有设备提供优质电源。其次，还须坚持“绿色环保”的原则。
在我们的建议方案中所使用的设备都是目前具有先进可靠技术的环保绿色设备，在系统中尽量避免出现“单点故障”的瓶颈处，同时需合理布局电源机房及电池房。同时我们也考虑到未来几年的发展，并给出一些建设性意见。
二、设计的基本原则
这次项目的建设，主要以不间断供电、安全可靠和绿色环保这几个方面为基本原则，确保供电系统的正常运行。
鉴于不间断电源系统在整个中心机房系统中的重要地位和关键作用，因此，我们制订并遵循如下的基本原则：
安全可靠性
为保证中心机房全部系统的毫无间断地正常运行，不间断电源系统必须具有高可靠性，以保障整个中心机房所有系统毫无丝毫的间断。
实用性和先进性
采用先进成熟的技术满足不间断供电的需求，兼顾成本的投入，尽可能地完善设计达到整个系统在一段时期内保持技术的先进，并具有良好的发展潜力，以适应未来业务发展和升级的需要。
灵活性与可扩展性
根据业务的不断发展，其信息系统也会随之而发展。因此，不间断电源系统应该具有良好的扩展性。能够根据未来业务的不断深入发展的需要，方便地扩展、
提高使用地灵活性。
开放性/跨平台互连性
系统能够具备与多种协议计算机通信网络互连互通的特性，确保可以使用网络系统对其进行管理和监控。在通讯界面上真正实现开放。
经济性/投资保护
以较高的性能价格比构建系统，使资金的产出投入比达到最大值。能以较低的成本、较少的人员投入来维持维护系统的可靠运转。提供高效能与高效益，使得系统投入使用后，有一个合理的运行费用支出。
绿色环保
鉴于环保切实需要，目前不间断电源系统也正朝着这个利国、利民的趋势发展。为此，在设计建设时，采用绿色环保的材料及设备就显得至关重要。
传统的UPS 在运行时，将向电网注入大量的谐波电流，引起谐波损耗和干扰，同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象，即所谓“电力公害”。谐波电流不仅污染电网，而且首先污染了系统本身。由于它的输入功率因数低，输入无功功率大，要求系统配电容量和系统中其他设备的功率容量都要增大50%；这将使得电网的电压波形受到干扰，电网配线的载荷能力下降，严重时可能导致该线路供电系统的震荡或者其他设备工作异常。高次谐波还消耗大量无功功率，增大线路的损耗，引起电子保护装置的误动作，使电机会产生附加力矩和附加损耗，影响仪器、仪表的计量准确度，对计算机网络、通信系统产生电磁干扰现象等。
UPS 在为所保护的负载提供纯净电源的同时，自身又会产生新的电磁干扰。如何有效消除这些电磁干扰已成为UPS 技术发展的一个重要问题，用户对无污染的绿色UPS 的呼声也越来越高。电源系统的绿色化有两层含义：首先是显著节电，这意味着发电容量的节约，而发电是造成环境污染的重要原因，所以节电就可以减少对环境的污染；其次这些电源不能（或少）对电网产生污染。国际电工委员会（IEC）对此制定了一系列标准，如IEC555、IEC917、IECl000 等。1996 年1 月1 日起，欧洲联盟EU（15 国）开始强制执行89/336/EEC 有关EMC（欧洲电工委员会）的指令，要求所有的电子电器产品（含变频器和UPS 装置）必须符合EMC 要求，并加贴CE标记才能在欧洲市场上销售。IEC 国际电工委员会对电磁兼容定义为：“设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不对环境中任
何事物构成不能承受的磁干扰的能力”。
由电磁兼容的定义可见: 设备系统不仅应具有抑制外部来的电磁干扰能力，而且其所产生的电磁干扰不得影响同一电磁环境中其他电子设备的正常工作。UPS既是一个受电设备，电网在向它提供有功、无功功率的同时，电网中的浪涌、尖波毛刺等谐波及辐射、感应偶合进来的电磁干扰信号也一并输入；UPS 又是一个干扰源，它除了向负载提供稳频、稳压净化电源外，其整流部分对电网产生的高次谐波反向注入电网，造成电网电压畸变，影响同一个电网上的电气设备，它变成干扰源。另外，这些高次谐波还以电磁场方式，向内部和外部空间产生射频干扰，会影响计算机、电子仪器仪表，通信和无线电设备正常工作。
传统6脉冲整流UPS在工作时，会产生30%以上的谐波干扰。为了使UPS不对电网造成干扰，必须抑制传统可控硅整流技术产品的高次谐波，并限制其电磁干扰。抑制UPS 电源输入侧高次谐波，需要增加一定的补偿功率因数环节或滤波器，增加整流器的脉冲数，改6 脉冲整流为12 脉冲整流等。
但各种滤波器不但增加了配置UPS 的费用，效果也并不理想，且必须消耗额外的电能为代价，系统运行效率大大降低。由于12脉冲整流是在6脉冲的基础上增加一套6脉冲整流电路，因此，其中的一套6脉冲整流必须通过变压器作30度的相移，而变压器工作时的损耗大大降低了整机的效率，另一方面也增加了体积和重量。由于两套6脉冲整流器并联工作，就需要对并联的整流器增加电流分配均衡电路，从而又增加了故障环节。为了降低采用可控硅整流器的电流谐波，需要在原本单一的整流器环节外，增加移相变压器、多一套整流器、并联均流器等3个以上的故障节点！在大功率UPS 系统中，使用12脉冲整流器和增加谐波滤波器后的体积及重量会增加2～3 倍，既增加安装成本也限制了安装场地。而采用有源滤波装置，虽然重量体积不需要增加很多，但是需要耗费比12脉冲整流更多的电能，去抵消谐波，可以说是不得已而为的补救措施。
从以上分析得知，采用传统可控硅整流技术的UPS，低污染、低能耗、靠可靠是完全矛盾的，无法兼顾。
第二章XXXUPS系统建议书
一、系统设计
1．基本情况
根据生产设备的重要性及区域，分别配置UPS。从筹建处及设计院了解到，熔解区的控制系统要单独配置UPS；该区域其它设备的功率在360kW，需要配置一台UPS；成型区的设备功率约190kW，该区域的设备特别重要，供电绝对不能
中断。
2．方案设计
1）设计原则
由于生产设备24时运转，要求UPS及配电系统也必须24小时连续不间断运行，为确保供电安全可靠，UPS系统需要有充足的负载余量及系统冗余能力，特别是成型区设备，要求采用冗余运行。
在保证系统可靠性的前提下，降低乃至消除返灌谐波电流，同时保障系统的运行效率。选择高可靠的、成熟的节能环保产品，减少UPS设备自身的功耗，在降低碳排放的同时，也能够降低用户的电费开支，包括可以减小空调配置、节省空调运行费用。
以目前市场上技术最先进、产品最成熟、可靠性最高为原则，我们选择XXXXXX的全IGBT技术产品。XXXUPS基于军用级的可靠性要求设计，配合优秀的热同步无数据线并机技术，可以彻底消除并机单点故障点，将并联系统的内的设备融为一体；本方案所推荐的XXX9395系列，采用IGBT整流、逆变技术，且都是XXX公司的成熟产品，具有广泛的高端客户、重要机房应用案例。
IGBT整流技术的优势在于，可轻易地将功率因数提高到接近1，从根本上解决了对电网回馈干扰的问题，如下图所示。
增加整流器的脉冲数会减少高次谐波电流的次数及数值。若采用 6 脉冲叠加的方式，即12 脉冲、18 脉冲、24 脉冲，则随着脉冲数的增加，电源侧输入
谐波电流也随着降低，但会导致整流结构复杂、成本增加及可靠性降低。一般大于12 脉冲较少有实际采用。
使用IGBT 整流技术的整流器利用高频切换脉宽调制电流，达到正弦波式输入电流的目的。IGBT 整流技术可将输入谐波电流降至极低，IGBT 整流技术还不受负载量的影响，克服了滤波器效率随功率大小变化的问题，滤波器实现无输入电流真正正弦波输入。IGBT 整流技术的UPS 单一的输入功率因数>0.99，对于电网表现为近似纯阻性负载。
IGBT 整流技术的优势明显。目前对于大功率三相整流电路进行功率因数校正通常只能做到无源功率因数补偿，6 脉冲整流不加滤波器仅为0.65左右，12脉冲整流仅为0.8左右，而且滤波器体积大、重量高、价格昂贵。表1为三者具体参数对比。
以发电机兼容性为例：300kVA的6脉冲UPS 需要配置750kVA的柴油发电机组的功率容量；300kVA的12脉冲UPS需要配置450kVA的柴油发电机组的功率容量；300kVA的IGBT整流UPS只需要配置300kVA的柴油发电机组的功率容量。
简而言之，使用IGBT整流技术的UPS具有重量轻，拓扑结构简单的特点，稳定性更高，电流谐波值小，可以适应各种负载，功效与负载多寡无关，且组件少、体积小，无共振及过容量危险。
使用IGBT整流技术的UPS可以实现双向保护，除了可以降低自身对电网的污染外，还可以消除所带负载对电网谐波污染和校正功率因数。采用IGBT整流技技术，为UPS后端提供纯净的正弦波，对于电网前端其所带的负载组表现为低谐波的近似阻性负载。
2）设计依据
UPS主机设备采用节能环保、无污染的绿色电源；并根据负载量及设备是否分区域来规划供电系统，熔解区控制系统，下称控制系统单独配置三进单出UPS 一台，熔解区除控制系统以外的设备下称熔解区设备，和成型区设备不在同一地点，我们准备了两个方案供选择。
鉴于熔解区的设备用电量为360kW，重要性相对较低，至少配置一台450kV A 单机UPS；而成型区的设备用电量为180kW，负载重要性很高，至少配置2台300kV A并机UPS。两区合计540kW，按照正常运行80%实际用电量计算为430kW。
综合安全性与经济性的考量，建议将2区做集中供电，配置3台300kV A不间断电源并联，组成2+1冗余系统。系统在负载量不大于480kW时，具备1台300kV A的UPS容错能力。集中供电的好处是，在不损害成型区核心设备供电安全性的情况下，可以降低熔解区的UPS容量，并且使得该区域的供电具备冗余性。
二、系统方案
1．控制系统供电方案
1）UPS主机
熔解区控制系统的额定功率为20kW的单相负载，运行时按照80%计算实际功率约16kW。按照UPS安全运行建议，配置一台XXX9155-30kV A三相输入单相输出UPS，带载率为60~70%。
2）电池配置
熔解区控制系统按实际20kW负载计算，电池配置2组并联，以提高可靠性。30分钟和15分钟后备时间配置如下：
选择法国RUZET路盛电池科技公司高倍率HR系列电池（10年寿命HR系列），查RUZET HR系列数据彩页中的恒功率放电参数表（Discharge ratings in Watts per cell）,在30分钟列、放电终止电压为1.67V时：12HR80型电池在30分钟、终止电压至1.67V的恒定放电功率参数为52.2(瓦特/2伏单元), 大于计算要求值48.75瓦特/单元.
采用2组并联，每组36节12HR80型RUZET法国路盛电池能够满足XXX 30KV A UPS(实际负载20KW)后备不小于30分钟的要求，终止电压大于10.02伏/节。
选择法国RUZET路盛电池科技公司高倍率HR系列电池（10年寿命HR系列），查RUZET HR系列数据彩页中的恒功率放电参数表（Discharge ratings in Watts per cell）,在15分钟列、放电终止电压为1.67V时，12HR60型电池在15分钟、终止电压至1.67V的恒定放电功率参数为60.4(瓦特/2伏单元), 大于计算要求值48.75瓦特/单元.
采用2组并联，每组36节12HR60型RUZET法国路盛电池能够满足XXX 30KV A UPS(实际负载20KW)后备不小于15分钟的要求，终止电压大于10.02伏/节。
3）设备清单
4）系统图
5）外部配电
注：零线不通过开关
6）安装建议
15分钟配置
30分钟配置
UPS主机外型尺寸图
2．熔解区设备供电方案
1）UPS主机
综合安全性与经济性的考量，建议将2区做集中供电，配置3台300kV A不间断电源并联，组成2+1冗余系统。系统在负载量不大于480kW时，具备1台300kV A的UPS容错能力。集中供电的好处是，在不损害成型区核心设备供电安全性的情况下，可以降低熔解区的UPS容量，并且使得该区域的供电具备冗余性。
正常工作时，三台UPS并联运行共同承担430kW负载，并自动均分，每台UPS承担33%约合145kW，负载率约60%。一旦其中一台UPS因故退出供电系统，剩余的2台UPS将承担所有负载，此时每台UPS的带载率约90%。
2）电池配置
熔解区控制系统按实际430kW负载计算，每台UPS至少配置2组电池并联运行，提高可靠性。30分钟和15分钟后备时间配置如下：
每台UPS实际负载P1=145kW，XXX9395系列UPS的逆变器效率取η=0.97，一组12V电池个数N=36节（XXX UPS要求为36~42节/组12伏电池），2伏单元的放电终止电压取1.67伏/单元。
本项目要求蓄电池至少采用2组及以上并联，以确保在一组中有电池故障时，可由其他电池组保障供电来提高可靠性；但不能超过4组并联，以确保减少电池内环流，保证安全性；由于现场负载大部分为容性负载（泵负载），建议使用15年设计浮充寿命的胶体蓄电池。
在30分钟里，每个2伏单元蓄电池（12伏电池内有6个2伏单元）应持续向UPS提供的恒定功率P：
P= UPS实际负载功率kW×1000
=
145KW×1000
= 692W/Cell 逆变器效率η×一组12V电池个数N×60.97×36×6
如果用2组并联，则每节的放电功率为P/2=346瓦特/2伏单元。选择法国RUZET路盛电池科技公司高耐用胶体系列电池（15年寿命LPG系列）：查RUZET LPG系列恒功率放电参数表（Discharge ratings in Watts per cell）,在30分钟列、放电终止电压为1.67V时，12LPG200型电池在30分钟、终止电压至1.67V的恒定放电功率参数为365.4(瓦特/2伏单元), 大于计算要求值346瓦特/单元.
因此每台UPS配置2组并联，每组36节12LPG200型RUZET法国路盛电池能够满足XXX 300KV A UPS(实际负载145KW)后备不小于30分钟的要求，终止电压大于10.02伏/节。
查RUZET LPG系列恒功率放电参数表（Discharge ratings in Watts per cell）,在15分钟列、放电终止电压为1.67V时，12LPG150型电池在15分钟、终止电压至1.67V的恒定放电功率参数为399(瓦特/2伏单元), 大于计算要求值346瓦特/单元.
因此每台UPS配置2组并联，每组36节12LPG150型RUZET法国路盛电池能够满足XXX 300KV A UPS(实际负载145KW)后备不小于15分钟的要求，终止电压大于10.02伏/节。
3）设备清单
4）系统图
5）外部配电
注：零线不通过开关
6）安装建议
UPS主机安装外型及尺寸