機電講解備用電源與市電的切換

摘要：講解備用電源與市電的切換，受運行成本制約，數據中心的終端設備采用市電作為主用電源，備用電源在市電失電時才給終端設備供電，當市電恢復后，設備恢復到市電系統供電，因此，數據中心的配電系統涉及到備用電源與市電的電源切換設計。
備用電源與市電之間的切換，按電源切換點在配電系統的電氣位置不同，分電源端切換和負載端切換，按備用電源向市電切換是否造成負載端停電，分為斷電切換和非斷電切換。
1、備用電源與市電的電源端切換和負載端切換
（1）備用電源在電源端與市電切換
備用電源在電源端與市電切換的特點。采用備用電源與市電在電源端切換，每一個終端設備可以通過單一饋線斷路器柜、單回電纜供電，因而配電系統的設備投資較少。然而，這種配電設計在一定程度上降低終端設備的供電可靠性，因為饋電線路上任何設備故障或計劃性檢修，都將造成終端設備停電。備用電源與市電在電源端切換的有效應用。備用電源與市電的電源端切換，投資少但可靠性低，不適合于直接應用于供電可靠性要求高的數據中心，但可結合圖3，將其有效地應用于備用電源與一路市電的電源切換設計，從而在實現數據中心高供電可靠性的同時，有效降低配電系統的投資成本。
（2）備用電源與市電之間的負載端切換
為備用電源與市電的負載端切換，按該切換設計，備用電源與市電之間的電源切換點在配電系統末端，通過自動切換開關ats，實現備用電源與市電之間的切換。
備用電源與市電在負載端切換的特點及其有效應用。備用電源與市電在負載端切換時，各負載均需配兩路配電支路，因而配電投資明顯增加，各負載供電可靠性也因此提高如果采用帶旁路的ats，則ups上游任何配電設備進行計劃性檢修，都不會中斷ups的供電，但當ats及其下游ups等設備故障時，仍然會造成計算機等終端設備的供電中斷。因此市電供電可靠性非常高、ats及其下游ups等設備的質量很好的小型數據中心的發配電設計，可以考慮采用備用電源與市電在負載端的切換方式，參考圖5進行相應的配電設計。需要在此基礎上提高配電系統的不停電檢修能力和“容錯”能力，可參閱圖3、圖4完善備用電源系統發配電可靠性設計。
2、備用電源與市電的斷電切換和不斷電切換
無論何種電源切換方式，當市電失電數據中心的供電電源從市電向備用電源切換時，都會造成ups等設備供電中斷；而當備用電源帶所有負載運行而市電恢復時，備用電源向市電切換不一定中斷設備供電，供電是否中斷，取決與備用電源與市電的切換方式。
（1）備用電源與市電之間的斷電切換（open transition）
當備用電源帶所有負載運行而市電恢復時，如果備用電源向市電的切換中斷了負載設備的供電，則電源切換方式為斷電切換。電源的自動切換一般由ats完成。執行斷電切換功能的ats只有一個觸頭，且固定在負載端，市電正常供電時開關的狀態，觸頭擲于左邊市電側；當市電失電時，備用機組啟動，機組穩定可帶負載時，ats自動切換到右側備用電源供電；當市電恢復正常后，ats自動切換回到左側正常電源側供電，然后機組冷卻停機?？梢?，由“單刀雙擲”ats完成的斷電切換，兩次電源切換都會造成ups等下游負載停電。由于ats的切換速度較快，當ats下游負載為容量較大的電動機時，備用電源向恢復正常的市電切換，將導致容量不可忽視的電動機感應電源與市電非同步并聯，從而損壞電動機及電氣上臨近的其它負載設備，因此斷電切換電動機等感性負載時，需要ats觸頭在中間位置停留一段時間，然后再向市電側切換，觸頭在中間位停留時間的長短，取決電動機電壓的衰減時間常數。
斷電切換的特點及其在數據中心的應用。斷電切換方式使數據中心所有ups投入退出的頻率為市電停電頻率的兩倍，當市電供電可靠性很低時，導致一定壽命的ups的使用天數，較不斷電切換（相應ups投入退出的頻率與市電停電頻率相等）明顯縮短，而數據中心終端設備的高供電可靠性需求，可能因此而不得不配置冗余ups。此外當ats給感性負載供電時，斷電切換需要觸頭在中間位停留長短取決于負載的一段時間，而增加了ats有效應用的難度。因此，斷電切換適用于市電供電可靠性很高的數據中心非感性負載的電源切換。
（2）備用電源與市電之間的不斷電切換（close transition）
當備用電源帶所有負載運行過程中市電恢復時，如果備用電源向市電的切換不中斷負載設備的供電，則備用電源向市電的切換為不斷電切換
具有不斷電切換功能的ats，如圖7所示具有兩套動觸頭。市電正常供電時左側的動觸頭閉合而右側的動觸頭斷開，負載由市電供電，當市電失電時，備用機組啟動，機組穩定可帶負載時，ats左側的動觸頭斷開而右側的動觸頭閉合，ats自動切換到右側備用電源供電；市電恢復正常時，ats控制備用機組與市電同步，達到同步條件時控制左側的動觸頭合閘，然后機組將負載自動轉移到市電，最后斷開右側動觸頭，完成備用電源向市電的自動切換，機組隨后冷卻停機。可見，由“雙刀雙擲”型ats執行的不斷電切換，市電的失電和恢復，只造成ups等負載設備一次停電。
備用電源向市電的不斷電切換，不會造成電動機的感應電源與市電非同步并聯，因而不會損壞電動機及電氣上臨近的其它負載設備。不斷電切換的特點及其在數據中心的應用。不斷電切換方式使數據中心所有ups投入退出的頻率等于市電停電頻率，為斷電切換方式下ups投切頻率的一半，因此當ups設備及配電設備質量很高，市電的供電可靠性很高，且參考圖3采用雙路市電加備用電源設計時，可根據終端負載設備需求，適當減少冗余ups的配置數量。此外當ats帶感性負載，且很難估算電源ats觸頭在中間位置合適的停留時間時，則可考慮采用不斷電切換方式。


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