松下蓄電池特點:
1、長壽命、高容量、優(yōu)越的過放電后的***性；
2、氣密性好、安全性高、可快速充電；
3、防漏液的結(jié)構(gòu)、具有免維護的特性；
4、具有抗過充電、抗過放電、耐振動、耐沖擊的特點，
5、可任意位置放置，便于保護和使用；
6、能量密度的提高，實現(xiàn)了電池的小型化，輕量化；
松下電池能滿足客戶需要，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域
松下蓄電池產(chǎn)品規(guī)格部分參數(shù)如下:
型號 電壓 容量 外形尺寸（mm） 總重約(KG) 端子型號
20小時率 長(L） 寬（W） 高(H) 總高(TH)
LC-R127R2 12 7.2 151 64.5 94 100 2.47 187,250M
LC-RA127R2 12 7.2 151 64.5 94 100 2.36 187,250M
LC-RD1217 12 17 181 76 167 167 6.5 L,BOLT
LC-P1224ST 12 24 165 125 175 179.5/175 9.0 L,BOLT
LC-P1238ST 12 38 197 165 175 180/175 13.0 L,BOLT
LC-P1265ST 12 65 350 166 175 175 19.0 L
LC-P12100ST 12 100 407 173 210 236 29.0 L
LC-P12120ST 12 120 409 174 210 236
近幾年來,廣電行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施以及環(huán)境建設(shè)都取得了很大的成績,但是從***的角度來講,還是有很多可以優(yōu)化和改善的地方。廣電行業(yè)新的技術(shù)模式和業(yè)務(wù)模式對一切業(yè)務(wù)和應(yīng)用的基礎(chǔ)——電源系統(tǒng)建設(shè)提出了更多要求和新的挑戰(zhàn)。
IDC或MDC以及民航空管部門等重要負載對供電系統(tǒng)的要求需要達到“6個9”,即99.9999%,這些重要用戶一年內(nèi)所能承受的停電時間不能大于31.8s(見表1),即每天的停電不得多于0.09s,否則將給這些重要負載帶來不可估量的損失,而廣播系統(tǒng)的要求更高。為此,需要分析供電系統(tǒng)不同方案的優(yōu)缺點,采用適合用戶使用的***佳方案,除了確保高可用性外,還使系統(tǒng)在線擴容成為可能,并可以升級。
對于供電系統(tǒng)的建設(shè),一般情況下可分為7個子系統(tǒng)來建設(shè):即高壓配電系統(tǒng)、發(fā)電機系統(tǒng)、低壓切換系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)、機房防雷和接地系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)等。這些子系統(tǒng)既相互***,又相互關(guān)聯(lián)。需要根據(jù)系統(tǒng)整體的要求來進行統(tǒng)一設(shè)計。
1 系統(tǒng)可靠性的基本知識
系統(tǒng)可用性A(t)的定義為:電子系統(tǒng)在使用過程中(尤其在不間斷連續(xù)使用的條件下),可以正常使用的時間與總時間之比。系統(tǒng)可用性可用平均無故障時間MTBF(是設(shè)備失效率λ的倒數(shù))和平均維修時間MTTR表示,即:
由式(1)可以看出,要提高系統(tǒng)的可用性,***根本的兩項措施是提高設(shè)備的可靠性和降低系統(tǒng)故障修復(fù)時間。
要提高設(shè)備的可靠性,通常的做法是:采用***的主電路結(jié)構(gòu)和控制技術(shù),對整機做專門的可靠性設(shè)計,包括控制電路的可靠性設(shè)計、功率電路和功率器件的可靠性設(shè)計、提高功率器件的規(guī)格和檔次并降容使用、熱可靠性設(shè)計、耐環(huán)境可靠性設(shè)計、電磁兼容可靠性設(shè)計、安全性可靠性設(shè)計、嚴格生產(chǎn)工藝、加強質(zhì)量管理等。
根據(jù)數(shù)學(xué)家Erich Pieruschka對串聯(lián)系統(tǒng)的分析得出了有關(guān)產(chǎn)品可靠度的Lusser定律,其表述形式是
RS=R1×R2×R3×……Rn (2)
也就是說,一個串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度即是該系統(tǒng)所連接的子系統(tǒng)的可靠度之乘積。因此,系統(tǒng)的可靠度要遠遠低于其中任何子系統(tǒng)的可靠度。
但是,組成UPS主機的上千個元器件和幾千個接點,在可靠性模型圖上是串聯(lián)的,整個系統(tǒng)的可用性是這些器件和接點可靠度的乘積,所以以上措施對提高設(shè)備的可靠性雖然是有效的,但效果是有限的。
另外,整個供電系統(tǒng)除了UPS以外,還有高壓配電系統(tǒng)、低壓切換系統(tǒng)、柴油發(fā)電機系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)等,它們也是串聯(lián)的系統(tǒng)。
基于以上分析,供電系統(tǒng)的架構(gòu)從UPS單機系統(tǒng)發(fā)展到UPS冗余并機系統(tǒng),一直到***新的雙總線雙電源系統(tǒng)。
2 配電系統(tǒng)和低壓切換系統(tǒng)及柴油發(fā)電機
組的可靠性
由于廣電系統(tǒng)的重要性,目前基本上都采用了雙路市電供電模式,并且有的配備了柴油發(fā)電機組。
雙路供電系統(tǒng)及變壓器***好放置在不同的房間進行物理隔離,以免相互影響。高壓母線有互聯(lián)開關(guān),防止一路市電停電對后續(xù)負載的影響。
對于單機UPS系統(tǒng),市電及油機的結(jié)構(gòu)如圖1所示。ATS1的可靠性模型如圖2所示。
根據(jù)試驗和統(tǒng)計數(shù)據(jù),ATS的可用性At=0.99999,柴油發(fā)電機的可用性Ay=0.999,市電(在電網(wǎng)環(huán)境較好的地區(qū))的可用性Ai=0.999,則雙路市電通過ATS1后的可用性為
Ad=1-(1-Ai×At)2=0.99999897992
市電和油機通過ATS2后的可用性為
As=1-(1-Ad×At)×(1-Ay×At)
=0.99999998887
可用性已經(jīng)達到7個9以上,基本滿足系統(tǒng)的可靠性要求。
3 UPS 系統(tǒng)的可靠性分析
假定UPS單機的MTBF=1×105h,平均維護時間MTTR=8h,則UPS系統(tǒng)可用性的計算結(jié)果為Au=0.9999,不能滿足廣播系統(tǒng)的可靠性要求。為了提高UPS系統(tǒng)的可用性,目前一般采用冗余并聯(lián) 的方法。圖3所示為“1+1”UPS雙機冗余并聯(lián)的供電系統(tǒng)。UPS并聯(lián)的可靠性模型如圖4所示。
假設(shè)UPS輸入部分采用前面分析的雙路市電和油機的切換方案,即UPS輸入端電源的可用性為AS=0.99999998887,則UPS并機輸出的可用性為
Ab=1-(1-AS×Au)2 =0.99999999989977
可以看出,其可用性達到了9個9,完全可以滿足要求。
這里為了簡化,認為兩臺UPS的可用性是一樣的,冗余并聯(lián)后也沒有變化。實際上,兩臺UPS并聯(lián),增加了并機卡等信號互聯(lián)電路,兩臺UPS之間也互相影響,可用性則比上述模擬數(shù)據(jù)要低。
有時為了滿足大功率負載的要求,需要采用“N+1”增容冗余并聯(lián)的系統(tǒng)來增加UPS系統(tǒng)的輸出容量及可靠性,多機并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性如表2所示。
從表中可以得出下列結(jié)論:
(1)UPS并機系統(tǒng)能顯著提高單機的平均無故障時間,也就是提高其可靠性。
(2)當并機臺數(shù)增加時,雖然提高了UPS系統(tǒng)的利用率,但也降低了并機系統(tǒng)的可靠性。
節(jié)能型雷達站供電系統(tǒng)設(shè)備的選型方法
(1) UPS的穩(wěn)態(tài)功率和瞬態(tài)功率
傳統(tǒng)的設(shè)計方法是:依靠預(yù)留穩(wěn)態(tài)功率來啟動負載。如采用5倍或以上的負載穩(wěn)態(tài)功耗作為UPS額定功率。雖然這樣可行,但卻造成UPS長期工作在低負載率(本例負載率僅20%)的高耗狀態(tài)下運行。這也是傳統(tǒng)雷達站供電系統(tǒng)設(shè)計上不節(jié)能的原因之一。
根據(jù)上述負載分析,由于負載從啟動到正常運行,存在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)兩過程,即負載功耗不是穩(wěn)態(tài)恒定的,因此,應(yīng)充分利用UPS的穩(wěn)態(tài)功率和瞬態(tài)過載能力特性,并尋求平衡點,以滿足負載需求:
?、賃PS標稱功率(穩(wěn)態(tài)功率)應(yīng)在滿足負載需求的基礎(chǔ)上盡可能低。
需要指出的是雷達站為***系統(tǒng),系統(tǒng)建成后,基本為雷達站專用,***有功率擴容的情況。因此,系統(tǒng)建設(shè)時適度預(yù)留功率即可,不宜增大預(yù)留功率儲備。
UPS的效率與帶載率(負載穩(wěn)態(tài)功耗與UPS標稱功率比值)成正比。帶載率80%的UPS比帶載率10%的UPS效率高。因此,UPS的額定功率“夠用”即可,不要預(yù)留太大的功率儲備,如將負載率控制在40%～80%之間,對于2kA的穩(wěn)態(tài)負載,UPS額定功率可為5kVA或更低。
UPS的額定功率與瞬態(tài)過載能力成正比,過低的額定功率配置有利于提高負載率,卻不能提供足夠的瞬態(tài)過載能力,以實現(xiàn)動力負載的起動。所以UPS的額定功率需要在考慮瞬態(tài)過載能力的同時尋求平衡點。
②應(yīng)充分利用UPS瞬態(tài)過載特性來啟動負載,而不是依靠UPS穩(wěn)態(tài)功率特性。
正確的做法是：充分選用UPS瞬態(tài)過載能力來啟動負載，而不是預(yù)留穩(wěn)態(tài)功率來啟動負載。如某品牌5kVA UPS功率模塊瞬態(tài)工作能力如表3所示。
對該5kVA模塊的實測發(fā)現(xiàn),該模塊125%～150%負載率時的瞬態(tài)過載能力可達到 6.25～7.5kVA/min,完全可以滿足雷達電動機功率為6.0kVA/<1s的起動要求。
由于目前市面三進三出UPS***小功率模塊絕大多數(shù)為10kVA,該UPS***小模塊單元為5kVA。一方面完全可以滿足2kVA的穩(wěn)態(tài)負載功率需求,但是依靠傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)選型方法,5kVA是無法滿足雷達電動機6.0kVA<1s的瞬態(tài)起動需求的。同樣穩(wěn)態(tài)選型方法將會放棄該模塊,而另外選擇更大功率模塊,比如10kVA功率模塊。經(jīng)過分析及實測表明,利用該UPS瞬態(tài)過載特性來啟動負載是完全可行的。
(2) 選用低負載率下***的UPS及ECO模式
當前市場上絕大多數(shù)UPS標稱的效率指標為UPS滿載效率,即《CSCG1604-2006不間斷電源節(jié)能產(chǎn)品認證實施規(guī)則》所描述的“在額定輸入電壓、額定輸出功率、電池斷開的條件下,UPS輸出端的功率與輸入端的功率之比” 。
UPS的滿載雙變換在線運行效率通常都能達到90%以上。但事實上,有如下幾種因素影響到UPS的實際運行效率:
?、俸苌儆杏脩魧PS工作在滿載條件下。比如上述例子中,為了應(yīng)對動力負載瞬態(tài)起動,必須選用至少5kVA額定功率的UPS。而2kVA的穩(wěn)態(tài)負載相對于5kVA的功率模塊,負載率為40%,顯然UPS可能無法實現(xiàn)80%以上的高載***運行;
②UPS除了工作在雙變換模式下,也經(jīng)常因為市電停電而工作在電池逆變模式下;
?、踀PS在ECO(經(jīng)濟模式)下也存在效率問題。
因此,節(jié)能型UPS在設(shè)計時需要在多個方面考慮運行效率:不僅在高負載率實現(xiàn)***率,在低負載率時,也能實現(xiàn)在線雙變換、電池逆變模式、ECO模式的***運行。只有這樣,才能保證UPS接入雷達站混合負載后有足夠高的效率,以進一步優(yōu)化供電系統(tǒng)效率。
由于很少有UPS提供低負載率下的效率指標,因此需要對所選擇的UPS進行必要的測試。
某***UPS在1kW低負載率下的實測效率指標(見表4):該UPS在額定情況下的滿載效率≥92%，在1kW低負載率下，不同工作模式的實測效率可高達80%以上。而有許多UPS由于設(shè)計上的原因，負載率在20%以下時，效率已經(jīng)≤50%甚至更低。
為了進一步提***率,可將UPS運行在ECO 模式下:ECO模式相比雙變換模式,能提高整機效率3%～10%。雖然節(jié)能幅度不大,但是在不影響電源系統(tǒng)及負載正常運行的前提下進行。
需要注意的問題是由于ECO模式在市電中斷后,將由電池逆變供電,或者在市電***后,由電池逆變供電***到ECO模式,這兩個動作的期間存在切換時間,對于開關(guān)電源設(shè)備,市電中斷時間小于10ms不會影響設(shè)備正常運行。因此ECO模式與電池模式間的切換時間要求<10ms。
某款“三進三出”UPS在ECO模式切換時間如圖5所示。從圖中可以讀出,切換時間toff≈4ms。
(3)選用具備輸入***啟動的UPS
由于有的雷達站市電停電時間較長,在市電停電后,需要發(fā)電機為UPS供電的同時,也為空調(diào)供電。而空調(diào)也是典型的動力負載之一,瞬間啟動的功耗是穩(wěn)態(tài)功耗的數(shù)倍,為了避免發(fā)電機同時為UPS和空調(diào)帶載而造成過載,需要設(shè)法將空調(diào)和UPS接入發(fā)電機的時間錯開。