UPS冗余方式介绍

UPS冗余工作方式介绍及配置举例

第一部分：系统性冗余（即单机双母线冗余）UPS配置方案

一、系统性冗余和设备冗余

前置说明：系统性冗余又叫单机双母线字冗余 1. 什么叫系统性冗余

系统性冗余就是由两个完全独立的系统组成互为备用的冗余系统。它包括UPS主机、电池、防雷器、双电源自动切换开关、旁路隔离变压器、输入/输出开关、配电盘和连接电缆线等所有的设备、配件、辅件都是冗余的,互为备用的。 2. 什么叫设备冗余

在某一系统中对于重要环节增加一台设备作为备用，而对于其它部分是没有冗余配置的，如：双机并联冗余UPS系统和双机热备份UPS系统均属于设备冗余。因为并联冗余和热备份仅仅是UPS主机和电池是冗余配置，虽然互为备用，但不完全独立。另外，其它配套件如防雷器、双电源自切开关、旁路隔离变压器、输入/输出开关、配电盘和连接电缆线等均不是冗余配置。 3. 系统性冗余和设备冗余的适用场合

·系统性冗余的UPS系统适用于具有2个交流输入端的DCS负载或主要负载为DCS的

场合，UPS一般选用三进单出UPS。当然对于多个DCS负载，也可选用三进三出UPS。 ·设备冗余的UPS系统适用于所有的不能停电的重要场合，特别适用于只有1个交流

输入端的非DCS负载。UPS选用三进单出或三进三出均可。

二、系统性冗余UPS系统在不同负载情况下的配置方案

1. 纯DCS负载的系统性冗余UPS系统的配置

对于纯DCS负载，采用系统性冗余UPS方案，在方案设计、设备采购、安装施工和调试检修等都非常简单。即选购2台功率相等的UPS，将UPS1的输出端连接到DCS交流电源输入端1，将UPS2的输出端连接到DCS交流电源输入端2，这样就组成了系统性冗余UPS系统。

2. 除了DCS负载外还有其它单交流输入端的负载的系统性冗余UPS系统的配置

① 选购2台功率相等的UPS。

② 将UPS1输出端与DCS交流电源输入端1连接，UPS2输出端与DCS交流电源输入

端2连接。这样对于DCS负载而言，实现了系统性冗余UPS配置。

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③ 其它单交流输入端的负载要实现供电系统的冗余配置，必须增加STS设备。将

UPS1的输出端与STS的N输入端相连接，将UPS2的输出端与STS的R输入端相连接，STS的OUT输出端与负载相连接。

④ STS就是静态转换开关，STS的切换时间﹤5ms,因此是不间断的。其工作原理如

下：

·当UPS1和UPS2均正常时，负载由UPS1供电。

·当UPS1停电时，STS自动地不间断地切换到UPS2，负载由UPS2供电。 ·当UPS2停电时，STS自动地不间断地切换到UPS1，负载由UPS1供电。 ⑤ STS的型号和数量是根据单交流输入端负载的功率和数量而定，一个STS设备可

以带多个负载。

⑥ 采用STS实现供电系统冗余配置的特点如下： ·STS的切换是自动的不间断的。

·2台UPS是完全独立的，STS的切换是先断后通，因此它克服了并联冗余UPS

系统的缺点。 ·UPS检修比较方便。 ·可靠性高。

·投资比并联冗余和热备份稍多。

三、系统性冗余UPS系统电原理框图（见图1） 四、系统性冗余UPS系统的工作原理

1. 在DCS系统中，两套直流电源是并联冗余的，而且它的切换时间为0。 2. 2套UPS均为单机工作方式，是完全独立的。

3. UPS1的输出端与DCS系统的交流电源输入端1连接，UPS2的输出端与DCS系统的

交流电源输入端2连接。

4. 当UPS1和UPS2均正常时，UPS1和UPS2同时对DCS系统供电，且各带50%的负载。 5. 当UPS1故障时，UPS1自动地不间断地切换到旁路，DCS系统由UPS2和市电2供电。 6. 当UPS2故障时，UPS2自动地不间断地切换到旁路，DCS系统由UPS1和市电1供电。 7. 当UPS1和UPS2同时故障时，UPS1和UPS2同时自动地不间断地切换到旁路，DCS

系统由市电1和市电2供电。

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系统性冗余UPS系统电原理框图

市电1市电2市电2市电1C级防C级防C级防雷器雷器旁路C级防隔离雷器雷器旁路隔离变压变压ASCO双电源自动切换开关器ASCO双电源自动切换开关器主电源主电源电输入端旁路电源输入端电输入端旁路电源输入端池UPS1池UPS2组组D级防D级防雷器雷器NRNRNR16A16A16ASTS1STS2......STSnOUTOUTOUT交流输入交流输入交流输入交流输入端1端2端1端2其他其他其他直流电源1直流电源2直流电源1直流电源2重要重要......重要负载负载负载12nDCS1DCS2图1

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8. 当UPS1或UPS2需要检修时，可以将其中一台UPS关闭或切换到旁路运行后即可进行，它不影响到另外一套UPS的正常运行。

五、系统性冗余UPS配置方案的特点

1. 优点：

·它保留了并联冗余和热备份UPS系统的全部优点 ·它克服了并联冗余和热备份UPS系统的全部缺点

·对于DCS系统而言，只有在UPS1、UPS2、市电1、市电2同时发生故障和停电时

才会失电，因此系统性冗余UPS配置方案的可靠性极高，其平均无故障时间MTBF高达120万小时。 2. 缺点：

① 当UPS系统的负载除了DCS系统外还有其它负载时：

·其它负载可直接接到UPS1上，或UPS2上，或根据具体情况分配到UPS1和

UPS2上，这时其它负载的供电系统无冗余保护。

·如果其它负载的供电系统必须具有冗余保护，那么必须增加STS（静态转换

开关）设备实现供电系统的冗余保护（如图1所示）。 ② 投资稍有增加。

六、系统性冗余UPS系统配置方案

1. UPS主机配置 ·品牌：***

·制式：双变换在线式 ·类型：工业型

·相数：三相380V输入/单相220V输出 ·功率：30KVA

·工作方式：系统性冗余工作方式（实际上就是单机工作方式） ·供电方式：2路市电供电

·UPS主机外形尺寸：高×宽×深=1900×1015×825㎜ ·重量：600㎏ ·产地：法国原装进口 ·数量：2台 ·UPS组成：

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——整流器 ——逆变器

——输出隔离变压器 ——静态开关 ——自动旁路开关 ——检修旁路开关 ——主控板 ——电源板 ——驱动板 —— ?? 2.电池配置

·品牌：汤浅

·类型：全密封免维护铅酸蓄电池 ·能量密度：高密度电池 ·后备时间：30min ·型号：UXH100-12 ·电压：12V/节 ·容量：100Ah/节 ·设计寿命：10-12年

·数量：每机32节，2台UPS共64节 ·连接方式：32节串联 ·安装方式：柜式安装

·电池连接电缆线：进口原装梅兰日兰专用高级阻燃软电缆，

铜芯截面积：25㎜2

·电池柜尺寸：1900×1000×825㎜ ·电池柜重量：1400㎏

·电池柜数量：每机1个，2台UPS共2个 ·电池制造商：日本独资，广东汤浅蓄电池公司 3.通信方式选配

A）干接点通信（标配） ·中继11接点板

此板提供6对隔离的继电器接点，容量为250伏5安（6×2个转换接点），

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它可用于触发指示灯或蜂鸣器，提示用户UPS和电池的运行状态，包括下列信息：

——UPS逆变器供电； ——电池供电；

——旁路供电（维修位置）； ——电池低电压预报警； ——综合报警； ——完全关机。

B）选用J-BUS/RS485通信接口板

·利用此板，操作人员可用JBus协议提供的地址和数据表，对应用参数进

行设置。它可以通过JBus/ModBus网络和采用Monitor-Pac监视软件将UPS连接到一个集中管理系统。

·数量：每机1套，2台UPS共2套。 ·产地：法国

4.旁路隔离变压器柜

·品牌：正泰 ·功率：30KVA

·相数：单相200V输入/单相200V输出 ·隔离：初级和次级完全隔离

·屏蔽：初级和次级之间加接地屏蔽层 ·在次级侧留有2-3个电压调节抽头 ·在旁路隔离变压器柜上安装1个冷却风扇

·旁路隔离变压器柜的高度、深度和颜色与主机基本相同 ·旁路隔离变压器柜的外形尺寸：高×宽×深=1900×800×825㎜ ·旁路隔离变压器柜的重量：250㎏ ·数量：每机1台，2台UPS共2台 ·产地：中国 5.浪涌保护器

·品牌：德国OBO

·防雷等级：UPS输入端选用C级防雷器 UPS输出端选用D级防雷器

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·型号：C级：V20-C/3+NPE D级：VF230AC

·数量：V20-C/3+NPE 每机 2个，2台UPS共4个 VF230AC 每机 1个，2台UPS共2个

·安装：C级防雷器安装在双电源自切柜中，D级防雷器安装在配电柜中，防雷

器与电网之间，防雷器与UPS输出端之间必须加32A的空气开关，不允许直接与市电和UPS输出端连接。

·产地：德国 6.双电源自动切换开关柜 ·品牌：ASCO

·型号：ASCO300C3 230H1 ·电流：230A ·级数：3级

·功能：具有缺相检测 具有自动切换功能 具有手动切换功能 具有液晶显示屏 ·产地：美国

·安装：装入旁路隔离变压器柜中 ·重量：120㎏

·数量：每机1套，2台UPS共2套 7.输出配电柜

·开关品牌：施耐德 ·具体要求：由用户提供

·外形尺寸：高×宽×深=1900×600×825㎜ ·重量：150㎏ ·产地：国产

·数量：每机1台，2台UPS共2台 8．静态转换开关 ·品牌：梅兰日兰 ·型号：STS-16A

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·额定电流：16A ·相数：单相220V ·切换时间：﹤ 4ms

·数量：根据非DCS负载的功率和数量而定，小功率负载可以几个负载公用一个

STS，暂时按3个STS-16A作概算。

·产地：法国

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第二部分：双机并联冗余UPS系统配置方案

一、双机并联冗余UPS系统电原理框图

市电1市电2市电2C级防C级防雷器雷器旁路隔离ASCO双电源自动切换开关变压器主电源旁路主电源旁路输入输入输入输入UPS1电电池池UPS2组组D级防雷器交流输入交流输入交流输入交流输入端1端2端1端2直流电源1直流电源2直流电源1直流电源2其他其他其他重要重要负载负载......重要负载12nDCS1DCS2图2

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二、双机并联冗余UPS系统的组成及连接

·组成：由2台具有并联控制器的同品牌、同型号、同功率的UPS组成。即由2台

梅兰日兰Galaxy 1000PW-30KVA并联型UPS组成。

·连接：将2台UPS的主电源输入端连接在一起，再连接到双电源自切系统的输出

端；2台UPS的旁路输入端连在一起，再连接到旁路隔离变压器的输出端；2台UPS的输出端连在一起，再连接到UPS的输出配电柜的输入端。

三、双机并联冗余UPS系统的工作原理

·2台UPS并联的条件：同频同相等幅，因此，每台UPS中必须配有并联控制器，

它完成 2台UPS之间的均流、同步和管理。

·当市电1、市电2、UPS1和UPS2均正常时，2台UPS均处在逆变供电状态且各带

50%的负载。

·当双机并联冗余UPS系统中有一台UPS故障时，有故障的那台UPS被关闭，100%

的负载由另一台无故障的UPS供电。

·当UPS1和UPS2同时故障时，并联UPS系统切换到旁路，负载由市电2供电。 ·当市电停电时，UPS1和UPS2均处在电池供电状态，2台UPS各带50%的负载，当2台UPS中有1台UPS电池放电到终止电压时，该台UPS被关闭，100%的负载由另一台UPS供电。当2台UPS的电池均放电到终止电压时，UPS1和UPS2同时切换到旁路，负载由市2供电。

四、双机并联冗余UPS系统特点

1．优点：

·可靠性高，平均无故障时间≥50万小时。 ·抗超载和抗负载短路的能力特别强。

·在正常情况下，2台UPS各带50%负载，2台UPS的老化程度一致。 ·可随时随地地进行扩容，实现N+1并联系统。

·并联UPS系统的后备时间等于每台UPS后备时间之和。 2．缺点：

·2台并联的UPS是有环流的，2台并联的UPS输出电源是有一定的相差，因此并联UPS系统的输出电源质量有所下降。

·当其中1台UPS发生故障时,存在故障扩散和窜扰的可能。

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五、双机并联冗余UPS系统配置方案

1.UPS主机配置表 序项目 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 品牌 制式 类型 相数 功率 型号 工作方式 供电方式 主机柜尺寸：高×宽×深 重量 产地 数量 整流器 逆变器 输出隔离变压器 静态开关 13 UPS组成MKJ 自动旁路开关 检修旁路开关 主控板 电源板 驱动板 ?? 注：以下“三进三出”均写作“S33”，“三进单出”均写作“S31”

2．电池配置

·品牌：汤浅

·类型：全密封免维护铅酸蓄电池 ·能量密度：高密度电池 ·后备时间：30min ·型号：UXH100-12

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三进三出（S33）UPS 三进单出（S31）UPS 梅兰日兰 双变换在线式 工业型 三相380V输入/三相三相380V输入/单相220V380V输出 Galaxy PW-30KVA 输出 30KVA Galaxy 1000PW-30KVA 2路市电供电 1400×715×825㎜ 450㎏ 法国原装进口 2台 1900×1015×825㎜ 600㎏ 并联冗余或热备份 ·电压：12V/节 ·容量：100Ah/节 ·设计寿命：10-12年

·数量：每机32节，2台UPS共64节 ·连接方式：32节串联 ·安装方式：柜式安装

·电池连接电缆线：进口原装梅兰日兰专用高级阻燃软电缆，

铜芯截面积：25㎜2

·电池柜尺寸：1900×1000×825㎜ ·电池柜重量：1400㎏

·电池柜数量：每机1个，2台UPS共2个 ·电池制造商：日本独资，广东汤浅蓄电池公司 3.通信方式选配

A）干接点通信（标配） ·中继11接点板

此板提供6对隔离的继电器接点，容量为250伏5安（6×2个转换接点），

它可用于触发指示灯或蜂鸣器，提示用户UPS和电池的运行状态，包括下列信息：

——UPS逆变器供电； ——电池供电；

——旁路供电（维修位置）； ——电池低电压预报警； ——综合报警； ——完全关机。

B）选用J-BUS/RS485通信接口板

·利用此板，操作人员可用JBus协议提供的地址和数据表，对应用参数进

行设置。它可以通过JBus/ModBus网络和采用Monitor-Pac监视软件将UPS连接到一个集中管理系统。

·数量：每机1套，2台UPS共2套。 ·产地：法国 4.旁路隔离变压器柜

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·品牌：正泰 ·功率：30KVA

·相数：S33 UPS配：三相380V输入/三相380V输出的旁路隔离变压器。 S31 UPS配：单相220V输入/单相200V输出的旁路隔离变压器。

·隔离：初级和次级完全隔离

·屏蔽：初级和次级之间加接地屏蔽层 ·在次级侧留有2-3个电压调节抽头 ·在旁路隔离变压器柜上安装1个冷却风扇

·旁路隔离变压器柜的高度、深度和颜色与主机基本相同 ·旁路隔离变压器柜的外形尺寸：高×宽×深=1900×800×825㎜ ·旁路隔离变压器柜的重量：250㎏ ·数量：1台，（2台UPS公用） ·产地：中国

5.浪涌保护器

·品牌：德国OBO

·防雷等级：UPS输入端选用C级防雷器 UPS输出端选用D级防雷器 ·型号：C级：V20-C/3+NPE D级：VF230AC ·数量：V20-C/3+NPE 2个

VF230AC：3个（S33 UPS） 或 1个（S31 UPS）

·安装：C级防雷器安装在双电源自切柜中，D级防雷器安装在配电柜中，防雷

器与电网之间，防雷器与UPS输出端之间必须加32A的空气开关，不允许直接与市电和UPS输出端连接。

·产地：德国 6.双电源自动切换开关柜 ·品牌：ASCO

·型号： ASCO300C3 150H1 ·电流：150A ·级数：3级

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·功能：具有缺相检测 具有自动切换功能 具有手动切换功能 具有液晶显示屏 ·产地：美国

·安装：装入旁路防离变压器柜中 ·重量：120㎏

·数量： 1套（2台UPS公用） 7.输出配电柜 ·开关品牌：施耐德 ·具体要求：由用户提供

·外形尺寸：高×宽×深=1900×600×825㎜ ·重量：150㎏ ·产地：国产 ·数量： 1台

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第三部分: 双机热备份UPS系统配置方案

一、双机热备份UPS系统电原理框图

市电1市电2市电2C级防C级防雷器雷器旁路隔离ASCO双电源自动切换开关变压器主电源旁路输入输入电池UPS2组主电源旁路输入输入UPS1电池组D级防雷器交流输入交流输入交流输入交流输入端1端2端1端2直流电源1直流电源2直流电源1直流电源2其他其他其他重要重要负载负载......重要负载12nDCS1DCS2图3

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二、双机热备份UPS系统连接

主用机：1台

备用机：1台，功率≥主用机功率

连接：备用机输出端与主用机旁路输入端相连接。

三、双机热备份UPS系统工作原理

·UPS1主用机，UPS2为备用机。

·当市电1、市电2、UPS1和 UPS2均正常时，负载由UPS1供电，UPS2处在备用状态。 ·当市电1、市电2、UPS2正常，而UPS1故障时， UPS1自动地不间断地切换到旁路 ， 负载由UPS2供电。

·当市电1、市电2、UPS1正常，而UPS2故障时，UPS2自动地不间断地切换到旁路，这时UPS1的旁路输入电源为市电2，它不影响UPS1对负载的正常供电。

·当UPS1和UPS2同时故障时，UPS1和UPS2同时切换到旁路，负载由市电2供电。 ·当市电1停电，市电2、UPS1和 UPS2均正常时，UPS1切换到电池供电状态，负载仍由UPS1供电。当UPS1的电池放电到下限时，UPS1自动地不间断地切换到旁路，负载由UPS2供电。

四、双机热备份UPS系统的特点

1．优点

·可靠性极高，平均无故障时间高达70万小时，可用性为100%； ·无环流，无相差，输出电源质量好；

·UPS系统的后备时间等于UPS1的后备时间加UPS2的后备时间； ·UPS维修、投运、更换都可以在装置正常运行的情况下进行。

2．缺点

·超载能力不强（与单机相同）； ·2台UPS的老化程度不一样；

·如果UPS1的旁路开关发生故障，UPS1无法切换到UPS2上去，负载就会停电。

五、双机热备份UPS系统的配置方案

双机热备份UPS系统与双机并联冗余UPS系统的配置完全一样，详细配置见《双机并联冗余UPS系统的配置方案》。

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附图1：单机双母线冗余UPS系统电路图

市电1市电2市电3三相380V三相380V三相380V11Q111Q211Q311FL111FL211FL3NNNPE11B1旁路隔离变压器11ATS11Q12Q11Q42Q41Q52Q51Q22Q21B12B11Q32Q3AC输入1AC输入2AC输入1AC输入2直流电源1直流电源2直流电源1直流电源2STS1 16ASTS2 16ASTS3 16ADCS1DCS2非DCS负载1非DCS负载2非DCS负载3 17

附图2：双机并联冗余UPS系统电路图

市电1市电2市电3三相380V三相380V三相380V4Q14Q24Q34FL14FL24FL3NNNPEPE4B380V/380VPE双电源切换ASCO300 C3 150 H1开关4SQ双电源切换开关/旁路隔离变压器UPS2UPS1Galaxy PW-120KVAGalaxy PW-120KVA1Q12Q11Q21Q42Q42Q252Q51B1Q11K22B电池组1电池1K1组22K11Q32Q33Q0输出配电柜3Q13Q23Q33Qn

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附图3：热备份UPS系统电路图市电2市电33B12Q1UPS2市电1整流器逆变器2B12K1整流器2Q31Q2电池1B11Q41K11K21Q5逆变器2Q2UPS1电池1Q12Q42K22Q51Q33Q03Q13Q23Q3??3Qn旁路隔离变压器及配电柜

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