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CSB蓄电池 HR12120W UPS技术安装蓄电池 CSB

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技术应用

一、概述

随着经济的飞速发展以及基层央行对网络建设认识的不断加深，中心机房建设和改造，近几年如火如荼。但随之而来的就是日益庞大的电费开销，中心机房在建设中的投资，其中电气、电源、制冷等系统设施占了一半以上的投资比例，高额的电能消耗使得整个数据中心运行成本居高不中心机房面临“建得起却用不起”的尴尬境地。

降低中心机房的运营成本和节能降耗成了基层央行有关部门关注的问题，节约能源可以从以下几方面入手。首先是机房环境的节能，包括制冷环境、供电环境;其次是从IT硬件设备节能，减少IT设备的能耗;**是IT设备内部各集成电路的节能，比如CPU的节能等。UPS处于交流供电环节的**一环，机房几乎所有的IT设备由UPS供电，提高运行时的能效势在必行。UPS的节能必须从方案、电池、配电等方面全方位进行。

二、按需扩容的柔性规划

一般地市级中心机房的建设都不是一步到位，会考虑今后未来5到10年的需求，但是UPS一般都是一步到位，一次就安装了2套大功率的UPS并机，结果初期负载只有规划容量的10%～20%，没等承载所规划的负载就进入了设备淘汰期。这不仅造成投资的浪费，而且也无法使UPS运行在较高的效率点，造成电能的浪费。如何避免这种情况的发生，从UPS供电系统角度考虑，应该包括以下几个方面。

供电方案设计

(一)供电方案设计

目前UPS供电方案主要有分散供电、集中供电2种。分散供电的特点是一台UPS为一台或多台负载设备供电。分散供电的好处是分散风险，不会因为一台UPS供电异常而造成大面积停电;缺点是UPS分散布置，不便管理，而且布线不易规划。另一种是采用集中供电方案，由一套大功率的UPS供电系统直接对机房的所有负载供电。集中供电的好处是便于规划、管理方便、维护方便;缺点是如果UPS系统异常，容易引起大面积停电事故，此缺点可以通过采用各种并联构架来避免。因此，以上两种方案各有优缺点，目前的中心机房一般都采用集中供电方案，也集中了供电的风险。当机房UPS装机总容量超过一定限度时，建议将机房按几期规划分成几个区域进行供电。

(二)UPS在线并机扩容功能

机房UPS容量的规划，可以根据不同时期的负载容量要求采用逐步扩容的方案，使投资方案更经济，同时也能使UPS工作于较佳的效率点。目前中、大功率段的UPS均已经具备冗余并机功能，不仅提高了系统的可靠性，同时也为机房扩容提供了条件。只要规划时在UPS前后配电箱预留足量的空气开关，并在机房规划相应空间，即可实现UPS并机扩容功能。关键是并机的过程处理，多种品牌UPS并机时需要对UPS的设置进行修正，此时要求UPS必须在维修旁路状态工作，UPS由市电直接带载，如果此时市电波动较大甚至停电，将造成系统的大面积瘫痪。所以并机扩容必须具备在线并机功能，即UPS并机扩容时，只需将新增UPS软件修改至与原UPS系统一致后，在不关闭原有UPS系统的情况下直接将新增UPS并入原有系统即可，扩容前后，UPS均工作于在线模式下，避免切换至旁路供电的高风险操作。

采用模块化UPS实现逐步扩容

目前，模块化UPS已经开始在国内应用，模块化UPS特点主要包括：可扩容、平均故障修复时间(MTTR)短、可经济实现“N+X”冗余并机。以台达C系~IJUPS为例，每个模块为20kVA，整个系统**可扩容至160kVA，可以根据机房的实际容量需求，逐步扩容，只要在机房初期规划好配电容量即可。同时，实现“N+X”冗余比较划算，以60kVA的容量要实现“N+I”冗余为例，传统方案必须扩容一台60kVAUPS，而采用模块化UPS，则只需扩容一个20kVA的模块即可，节省大笔资金的投入。

三、提高UPS自身能效，优化负载效率曲线

目前UPS均为在线式双变换构架，在其工作时整流器、逆变器均存在功率损耗。以一个容量为60kVA的UPS为例，每度电按1.2元计算，UPS效率每提高1%，一年节省的电费为5045.76元。可见提高UPS的工作效率，可以为数据中心节省一大笔电费，也是降低整个机房能耗的**方法。因此采购UPS应尽量采购效率更高的UPS。

当然UPS效率高不仅仅是满载时效率高，同时也必须具备一个较高的效率曲线，特别是在“1+1”并机系统时，根据系统规划，每台UPS容量不得大于50%，如果此次效率仅为90%以下，就算满载效率达到95%以上，也是没有意义的，所以要求UPS必须采取措施优化效率曲线，使UPS效率在较低负载时也能达到较高的效率。

除了提高UPS自身的效率之外，UPS的一些功能也可加以利用。比如像ECO经济运行模式，其原理是在较好的市电环境下，激活此功能，使UPS由静态旁路直接供电，此时逆变器处于待机状态，正常工作但不输出能量，_旦市电异常，UPS立即切换到逆变器供电状态，切换时间一般在1毫秒以内，由于逆变器处于待机状态，所以自身损耗很小，此时UPS的整机效率可以达~1J97%以上，比正常模式减少3%以上的损耗。

使用ECO模式必须具备2个条件：一是静态旁路必须采用两组高可靠晶闸管，不得采用接触器加晶闸管的组合，因为接触器吸合时接触点会打火，一般工作数百次之后就不能正常工作，而晶闸管则不存在此问题，同时可以缩短切换时间。二是建议在较好的电力环境下使用，比如一级供电单位等。

四、降低输入电流谐波，提高功率因数

谐波产生的根本原因是由于电力线路呈现一定阻抗，等效为电阻、电感和电容构成的无源网络。由于非线性负载产生的非正弦电流，造成电路中电流和电压畸变，称为谐波。谐波的危害包括：引起电气组件附加损耗和发热(如电容、变压器、电机等);电气组件温度升高，效率低，加速绝缘老化，降低使用寿命;干扰设备正常工作;无功功率增加，电力设备有功容量降低(如变压器、电缆、配电设备);供电效率低;出现谐振，特别是柴油发电机发电时更严重;空开跳闸、熔丝熔断、设备无故损坏。UPS对电网而言是一个非线性负载，在工作时会产生大量的谐波。以配置6脉冲整流器的UPS为例，其输入功率因数一般为0.75左右，谐波大于30%。降低UPS32作谐波的

主要方法

有以下几种。

(一)12脉冲整流器

其原理是在原有6脉冲整流器基础上，在输入侧增加一个移相变压器和6脉冲整流器。采用该技术方案后，可以将谐波降低至10%左右。优点是较为简单，谐波改善明显;缺点是对功率因数改善有限，价格略高。

(二)无源滤波器

依据LC滤波电路原理，对UPS产生的谐波进行滤除，并对功率因数进行补偿。优点是技术简单，成本较低;缺点是只能补偿将点阶次的谐波，同时受负载阻抗影响较大，无法适用于全功率段。

(三)有源滤波器

原理是利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。优点是可以补偿多个阶次的谐波，且不受负载阻抗大小的影响;缺点是购置成本较高。

(四)高频IGBT整流及PFC功率因数校正电路设计

整流器原理是采用高频率PWM控制IGBT导通，对输入电压波形进行分割，使输入的电流波形尽量接近正弦波，并对输入电压和电流相位差进行补偿。优点是体积轻，价格便宜，效果好;缺点是技术结构复杂，不易维护，受功率器件影响，目前容量大小受到限制。

以上几种技术，性能及投资对比，可以根据实际需求选择合适的方案。

五、电池管理及配电管理技术

UPS都配备了电池，用户在电池组上的投资往往占整个UPS供电系统投资的很大比例，甚至超过UPS本身的投资，而电池的使用年限明显低于UPS主机。由于电池主要材料是重金属铅、硫酸和不易分解的塑料，都会对环境造成严重的污染。因此减少电池使用数量，延长电池循环使用寿命，不仅节省直接和间接的电池投资，而且还减少整个机房设备对环境的污染。所以UPS可以通过以下几个技术实现电池的节能。

(一)并机共用电池组功能

共用电池组原理是通过特殊的整流器隔离故障，使并机系统中的2台或多台UPS的整流同步，母线均流，使系统中的各台UPS母线直接并联，然后将满足系统后备时间要求的电池并联后接人并联母线系统中，实现电池的共享，减少电池投资。以“1+1”为例，传统的UPS方案，系统后备—小时，考虑其中一台UPS故障时，UPS2的电池不能为UPS1使用，所以UPS1和UPS2必须各配置一套-4,时的电池组，才能保障系统在断电后还能备用一小时。采用共用电池组方案后，因为UPS1故障后，系统中的电池仍能为UPS2提供能量，所以整个系统仅需配置一套一小时电池即可。这不仅节省了电池直接投资，同时也节约机房在空间、承重及空调等方面的投资，也降低了对环境的污染。

(二)智能电池管理技术

影响电池寿命的因素有很多，主要包括温度、充电、放电、循环次数等。如果能够对上述几个因素进行综合处理，可以大大延长电池的使用寿命，延长电池更换周期，节约电池投资。UPS的智能电池管理击包括：电池均浮充管理(均浮充控制)、充电温月智能放电终止电压控制，除此之外还应具备电动检测和电池漏液检测功能。另外还可以选压范围较宽的UPS，减少电池放电次数。通过上述几种技术，可大幅度延长电池寿命2--3年。

UPS不间断电源蓄电池

UPS 称为不间断电源，是因为停电的时候，它能快速转换到'逆变'状态，从而不会让在使用中的电脑因为突然停电未来得及存储而失去重要文件。不是用来当备用电源用的，如果你只是想在停电的时候可以用电，光买逆变器就够了。一般家用UPS里用的大多是，免维护型铅酸蓄电池。

简介

关于充电

1、浮充充电时，请用充电电压2.275V/单格（20℃时的设定值），进行定电压充电或0.002CA以下的电流进行定电流充电。温度有0C以下或40C以上时，有必要对充电电压进行修正，以20C为起点每变化一度，单格电压变化-3mv。2、循环充电时，充电电压以2.40-2.50V/单格（20℃时的设定值），进行定电压电压充电。温度在5C以下或35℃以上进行充电时，以20℃为起点，每变化一度充电电压调整-4mv/单格。

充电初期电流控制在0.25CA以下。

充电量设为放电量的100-120%，但环境温度在5C以下时，设为120-130%。

温度越低（5C以下）充电结束时间越长，温度越高（35C以上）越容易发生过充电，所以特别是在循环使用时，在5C～30C内进行充电较好。

为防止过充电尽量安装充电计时器，或自动转换成涓流式充电方式。

充电时电池温度要控制在-15C～+40C的范围内。

关于放电

放电时请将电池温度控制在-15℃- +50℃的范围内。

连续放电电流请控制在3CA以下（H控制在6CA以下）。

放电终止电压依电流的大小而变化，大体如下所述。注意放时，电压不得低于下述电压。

放电以后请迅速充电。如不小心过放电之后也请立即充电。

放电电流

放电终止电压

0.2CA未满

1．75CA/单格

0.2CA以上0.5CA未满

1．70CA/单格

0.5CA以上 1.0CA未满

1．55CA/单格

1．0CA以上

1．30CA/单格

安装须知

安装蓄电池时，请务必遵守以下事项：

1．1不要在密封空间或火的附近安装蓄电池，否则有引发**及火灾的危险。

1．2不要用乙烯薄膜类有可能引发静电的东西盖住蓄电池，产生静电时有时会引起**。

1．3不要在有可能进水的地方安装蓄电池，否则有发生触电、火灾的危险。

1．4请不要在超过-40 °C~60 °C环境下安装蓄电池。

1．5不要在有粉尘的地方使用蓄电池，否则有可能造成蓄电池短路。

1．6将蓄电池放进箱内使用时，要注意空气流通。

1．7不要有粘性或标贴类物体压住上盖，因上盖下面有排气阀，电池内产生的气体将不能逸出。

1． 8并联的个数——浮充电时，插接式端子电池**只能关联三列，螺栓紧固式端子没有特别限制，但并联数量小可靠性增加。另外，并联接线时，有必要考虑使各列之间接线导体和接触电阻等同，为使各列充放电电池保持均衡，实际使用上请不要超过三列。

1．9同时使用容量不同、新旧不同，厂家不同的电池时，由于其特性值不同有可能使蓄电池和机器受到损坏，所以请避免使用。

关于保管

1．保管时请注意温度不要超过-20℃～+40℃范围

2．保管电池时必须使电池在完全充电状态下进行保管。由于在运输途中或保存期内因自放电会损失一部分容量，使用时请补充电。

3．长期保管时，为弥补保管期间的自放电，请进行补充电。在超过40C条件下保管时，对电池寿命有很坏影响，请避免！

4．请在干燥低温，通风良好的地方进行保管。5．如在保管或转移过程中电池包装不慎被水淋湿，应立即除掉包装纸箱，以避免被水打湿的纸箱成为导体造成电池放电或烧坏正极端子。

日常维护

1．定期对电池进行检查，如发现有灰尘等外观污染情况时，请用水或温水浸湿的布片进行清扫。不要用汽油、香蕉水等有机溶剂或油类进行清洗，另外请避免使用化纤布。

2．浮充时，电池充电过程中总电压或指示盘上电压表的指标值偏离下表所示基准值时（±0.05V/单格）应调查原因并作处理。

电池寿命

即使UPS使用的是同样的电池技术，不同厂家的电池寿命大不一样，这一点对用户很重要，因为更换电池的成本很高(约为UPS售价的30%)。电池故障会减小系统的可靠性，是非常烦人的事情。

温度影响

温度对电池的自然老化过程有很大影响。详细的实验数据表明温度每上升摄氏5度，电池寿命就下降10%，所以UPS的设计应让电池保持尽可能的温度。所有在线式和后备/在线混合式UPS比后备式或在线互动式UPS运行时发热量要大( 所以前者要安装风扇)，这也是后备式或在线互动式UPS电池更换周期相对较长的一个重要原因。

充电影响

电池充电器UPS非常重要的一部分，电池的充电条件对电池寿命有很大影响。如果电池一直处于恒压或“浮”型电器充电状态，则UPS 电池寿命能**提高。事实上电池充电状态的寿命比单纯储存状态的寿命长得多。因为电池充电能延缓电池的自然老化过程，所以UPS无论运行还是停机状态都应让电池保持充电。

电压影响

电池是个单个的“原电池”组成，每一个原电池电压大约12伏，原电池串联起来就形成了电压较高的电池，一个12伏的电池由6个原电池组成，24 伏的电池由12个原电池组成等等。UPS的电池充电时，每个串联起来的原电池都被充电。原电池性能稍微不同就会导致有些原电池充电电压比别的原电池高，这部分电池就会提前老化。只要串联起来的某一个原电池性能下降，则整个电池的性能就将同样下降。试验证明电池寿命和串联的原电池数量有关，电池电压就越高，老化的就越快。UPS容量一定时，设计时应尽可能让电池电压**，这样UPS电池寿命就越长，对于电池电压一定时，应选择数量少电压原电池串联的电池，不要选择数量多电压低的原电池串联的电池。有些厂家UPS的电池电压比较高，这是因为容量一定时，电压越高，电流就越小，就可选用较细的导线和功率较小的半导体，从而降低UPS成本。容量1KVA左右的UPS的电池电压一般为24～96V。

电流影响

理想情况下，为了延长UPS电池寿命，应让电池总保持在“浮”充电或恒压充状态。这种状态下电状态，充满电的电池会吸收很小的充电器电流，它称为“浮”或“自放电”电流。尽管电池厂商如此推荐，有些UPS的设计(很多在线式) 使电池承受一些额外的小电流，称为纹波电流。纹波电流是当电池连续地向逆变器供电时产生的，因为据能量守恒原理，逆变器必须有输入直流电才能产生交流输出。这样电池形成了小充放电周期，充放电电流的频率是UPS输出频率(50或60Hz)的两倍。

普通后备式、在线互动式或后备/铁磁式UPS不会有纹波电流，其它设计的UPS会产生大小不等的纹波电流，这取决于具体的设计方法。只要检查一下UPS的结构图就能知道该UPS能否产生纹波电流。

如果在线式UPS的电池在充电器和逆变器之间，那么电池就会有纹波电流，这是普通的“双变换”UPS。

如果用截止二极管、继电器、变换器或整流器把电池与逆变器隔离开，那么电池就不会有纹波电流。当然这种设计的UPS不总是一直“在线”，所以这种UPS被称为“混合后备/在线式”UPS。

总结

电池是UPS系统中最不可靠的部分，但是UPS设计得好坏直接影响到电池的可靠性。让电池一直保持充电状态(即使UPS停机)能延长电池的寿命，尽量避免选用电池电压高的UPS。有的UPS设计会使电池产生纹波电流，造成电池不必要的过热。大多数UPS使用的电池都差不多，但UPS设计不同会大大影响电池的寿命。一节电池是12V,UPS要接96V,也就是说要接8节。服务器780W,加20%,大约为1000W,2个小时，每节电池大约为20AH,可以用8节标称容量为24AH的电池。

品牌有很多，大多数人选国产免维护铅酸蓄电池，正规厂家品质保障，使用寿命长，性价比高。

充电时间

对备用的电池来讲，当电池供电后，对电池重新充满电所需要的时间，一般不少于 24 小时；对循环用电池来讲，如果知道上一次的放电量及初始充电电流，可以按如下公式计算出环境为25 ℃时需要的充电时间。

A. 当放电电流大于0.25C 时

Cdis

Tch = I +3 ～5

B. 当放电电流小于0.25C 时

Cdis

Tch = I +6 ～10

注：Tch = 电池充满电所需要的时间（小时）

Cdis = 电池上一次的放电的电量（安时）

I = **初始充电电流（安培）

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