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电信机房 UPS 配置

作者：admin 发表时间：2023/2/21 8:43:17 阅读：次

电信机房 UPS 配置

为保证电信机房内设备不因电网供电的中断或不良而中止，需要为其提供纯净而不间断

的交流电力。电信机房除了以直流 48V 用电设备为主外，还有交流 220V 的用电设备。而这

些设备是由逆变器供电好还是 UPS 供电好，长期以来一直存在着不同的意见，实际应用中也

确实存在两种供电方案均被用户采用的情况。为此，这里将对这两种供电方式进行比较，从

而为设备选型提供一定的技术依据

一、UPS 与逆变器的比较

1.UPS 供电系统

①UPS 作为一个完整、独立的电源系统，包括整流器、充电器、逆变器、静态旁路开

关、手动维修旁路开关及蓄电池组。UPS 可工作在市电状态下，由逆变器向负载供电，为负

载提供纯净的正弦波电源。由于在线式 UPS 采用 AC/DC 和 DC/AC 型双变换调控技术，它的

逆变器所输出的是与市电电网完全隔离的纯净正弦波电源，目前已有在这种 UPS 的输入端

配置防雷击、抗瞬态浪涌抑制器的产品，因此这种在线式 UPS 完全可以确保用户的负载得以

安全可靠地运行。48V 逆变器电源 (它的逆变器的直流输入电压仅为 48V)与输出功率相同的

在线式 UPS 中的逆变器相比，在线式 UPS 中的 1GBT 功率管处于高压、小电流工作状态，

而 48V 逆变器电源功率管工作在低压、大电流状态。目前在 UPS 中所采用的 IGBT 管的耐压

强度为 600V，所以在 400V 直流电压下工作仍是很安全的。这就奠定了在线式 UPS 逆变器

的可靠性远高于 48V 逆变器电源的工作基础。

②可降低用户的运行成本。电信机房内，开关电源效率 90%，48V 逆变器电源效率一般

仅为 80%左右，即用户总有效率仅 70%左右，这样带来的缺点是系统发热量增加和日常运行

电费增大。相比之下，如果采用在线式 UPS， AC380V/DC360V 整流效率为 98%左右，

DC360V/AC220V 逆变效率为 92%左右，所以 AC/AC 总效率为 90%左右。可大大降低用户的

运行成本。

③在电源系统配置上，采用 UPS 冗余并联技术的系统的可靠性高于采用 48V 逆变器电

源系统的可靠性。

④UPS 配有功能强大的电源监测软件。在线式 UPS 所配置的电源监测软件，能相当容

易地在 Windows NT、Windows3.1/95/98、Novell、Unix 等操作系统申运行。在此系统中，用

户在 PC 机、工作站或网络管理平台上可得到如下信息或执行如下操作：观察 UPS 实时运行

参数、UPS 运行状态 (市电输入、旁路输入、蓄电池供电)、蓄电池的充放电过程参数、UPS

切换及切换时间、UPS 配电回路的分断操作以及 UPS 故障报警参数，自动、有序地关闭用户

操作系统。UPS 可直接对一定容量的蓄电池组进行充电，并对蓄电池的状况进行监测。相比

之下，48V 逆变器电源监测软件性能较差，而 UPS 具有成熟的监控技术，为集中监控及远程

监控提供方便条件。

⑤UPS 输入供电为小电流、高电压，较 48V 逆变器的低电压、大电流供电传输更为方便。

⑥UPS 没有反灌杂音干扰。48V 逆变器电源与程控机房所用的直流通信电源共用一条直

流总线汇流排和一套 48V 蓄电池组，逆变器电源又来甩高频脉宽调制 (20~40kHz) 工作方式，

将大大影响程控交换机的通话品质，增大数据通信的误码率，形成各种难以对付的杂音干扰。

相反，对于在线式 UPS 来说，由于它的逆变器输入直流总线和外接蓄电池组与用户原有的

48V 通信电源之间均没有任何直接的电气连接，自然就不能存在反灌噪音干扰的问题，对提

高通信质量是相当有利的。

⑦在线式 UPS 的工作频率范围可以达到 40~70Hz，并能自动识别输入电源的额定频率是

50Hz 还是 60Hz。对于标称值为 220V 的输入电压的供电体系而言，它允许很宽的市电电压

工作范围：130~160V(带 70%负载)和 160～275V(带 100%负载)。

⑧UPS 具有旁路切换功能，在逆变器故障时可切换到市电状态，继续保持供电。

(2)UPS 供电的缺点

①UPS 易受雷电以及电网的超压、低压、浪涌、尖峰等干扰。

②在市电中断时 UPS 需要长时间供电的情况下，要配置大容量蓄电池组或发电机组，

从而使体积增大。成本也有所提高。

③UPS 供电需要共用中线 (旁路需要)，有可能增加电网的共模干扰，但许多 UPS 已

彻底解决此问题，能做到与电网完全隔离。

④在运行过程中，当输入电压偏高或偏低时，UPS 即转为蓄电池放电状态，而我国电

网状况通常较差，会引起蓄电池频繁放电，缩短蓄电池寿命。使用蓄电池和逆变器供电系统

时则不用考虑此问题。现代的 UPS 采用先进的 DSP 控制技术，具有超宽的输入电压范围，

在额定输入电压的±25%的范围内仍可满载输出，极大地减少了蓄电池放电次数。

2.逆变器供电系统

在早期的机房中，通常用经过整流的 220V 交流电源为蓄电池组充电，再由蓄电池组直

接给用电设备供电。随着计算机网络相通信网络技术的发展和应用，需要为其提供高质量的

220V 的交流电源，由于机房都配有蓄电池组，所以通常采用蓄电池组十逆变器的方法，将直

流电源变换为 220V 交流电源后为系统供电。正常使用时，由逆变器提供电力给负载；在逆

变器故障时，由市电或发电机为负载提供电力。此种形式的逆变器适用于功率在 5～l0kVA

之间的负载。

(1)逆变器供电的优点

①没有市电网络的干扰，如电网雷电干扰、超压干扰、低压干扰、浪涌干扰和尖峰干扰。

②逆变器 220V 交流输出与市电完全隔离，没有共模干扰。

③逆变器不需要另外加配蓄电池组，因而逆变器供电方案成本低、体积小 (这是指原来

的 48V 蓄电池组有足够余量，否则需要增加高频开关电源及蓄电池组的容量，成本也就不低

了)。

④48V 蓄电池组经常处于充放电状态，而 UPS 电池组可能长期不放电，处于长期浮充状

态，故障率必然增高，因此 48V 蓄电池组可靠性高。

(2)逆变器供电的缺点

①电力变换效率低，长期运行费用大。AC380V/DC48V 整流效率为 90%左右；

DC48V/AC220V 逆变效率为 80%左右；所以 AC/AC 总效率为 70%左右。

②逆变器冗余并联技术未开发，抗过载能力及可靠性均较差 (相对 UPS 冗余并机而言)

③逆变器监控技术不完善，集中监控和远程监控有困难。

④DC48V 电力传输困难。第 3 章交流不间断电源 UPS 40

二、电信机房供电系统的设计

1.对 UPS 前级供电系统的要求

UPS 可以向负载提供稳压精度高、频率稳定、波形失真度小的高质量电源，并且在与静

态旁路切换时可以实现供电无间断。但要做到这一一点，它的前级供电质量不容忽视。我们

在设计通信机房前级供电系统时，应考虑以下几个方面。

①前级供电系统电源质量不宜太差，电压及频率应稳定在正常范围内。一般地讲，大容

量 UPS 主机输入电压范围应为 380V 士 15%。电压过低将使 UPS 后备蓄电池频繁放电，最终

因长期处于欠压充电状态而大大缩短它的使用寿命；相反，电压过高则易引起逆变器损坏。

对于旁路输入，其电压和频率波动也有一定的范围，一般分别为额定电压的士 10%和额定频

率的±5%。如果前级电源变化范围过大，就会导致逆变器和旁路电源之间的切换被禁止或有

间断。因此，如果通信机房的前级电网在电压范围上达不到要求，应在 UPS 前级配置合适的

抗干扰交流稳压电源，但不宜采用磁饱和稳压器，因为这类稳压器在开机时可产生瞬时高压，

输出波形失真度也较大，易造成 UPS 故障。

②前级供电系统中不应当带有别的频繁启动负载，比如经常使用的电梯、频繁开启的空

调等。其原因是，这些负载在开、关机时会出现瞬间高、低压，使供电线路上电压波形失真

度过大，造成 UPS 市电旁路供电与逆变器供电转换控制电路误动作，进而引起同步控制电路

故障。所以在有条件的情况下，宜将 UPS 电源尽可能置于电网输入的前端或采用独立的供电

回路。

③大多数通信机房都备有发电机组，以解决较长时间停电时难以供电的问题。但在配

置发电机组时，其容量应不低于 UPS 额定输出功率的 1.5～2 倍，以保证发电机输出电压、

频率正常，并改善其波形失真度。

2.UPS 容量的确定

根据负载容量及性质选择适当的 UPS，既可保证 UPS 的供电质量，降低故障率，又可

节省投资，提高经济效益。一般来说，UPS 的容量要满足当前负载的需要，同时也要考虑以

下几个因素。

①负载性质对 UPS 输出功率的影响，当前大部分 UPS 生产厂家在产品说明书中所给的

输出功率都是指负载功率因数为 0.8(滞后)时的值，而 UPS 电源实际可带的负载量是与负载功

率因数密切相关的，当负载为纯电阻性或电感性时，逆变器在额定视在功率下其有功功率将

有所下降。所以在考虑 UPS 容量时，对不同的负载功率因数要进行功率折算。通常可进行这

样的估算：假设负载功率因数为 0.8（滞后）UPS 额定功率为 1kVA 时，输出功率为 0.74～

0.77kW，则当功率因数为 0.9(滞后)和 1.0 时，输出功率为 0.9~0.92kW。对于冲击类负载，只

要负载的峰值系数在 UPS 允许的范围内，UPS 基本上可以输出额定功率；对于电阻性或电感

性负载，则需酌情加大 UPS 容量。

②UPS 容量不宜过大，以免使其过度轻载运行。过度轻载运行虽有利于降低逆变器损坏

的概率，但可能造成市电停电时蓄电池放电电流过小而放电时间偏长，在蓄电池保护装置故

障时蓄电池组被深度放电而造成永久性损坏。

③UPS 容量不宜过小；以免使其长期处于重载运行状态。这样虽可节省一部分投资，

但由于逆变器处于重载运行状态，其输出波形将发生畸变，输出电压幅值抖动过大。这样既

不能为负载提供优质电源，又极易造成 UPS 逆变器末级驱动元件损坏。目前一些 UPS 厂家

推荐，UPS 负载量不宜长期超过其额定容量的 80%。

④对于通信机房面积较大、负载不断分期扩容的情况，在首期配置 UPS 容量时，应适

当考虑中远期发展趋势，并在选型中挑选可并机或多机运行的机型，以使中远期负载容最增

大时可通过 UPS 并机扩大其输出容量。相应地，配置 UPS 输入、输出配电屏时，应预留多

台 UPS 的输入开关和中远期的负荷分路开关，以便于今后扩容。

3.供电系统的电气隔离及接地

一些厂家为降低成本，把输出隔离变压器作为可选件，让用户选择。但一般来说，电网

中经常存在差模干扰和共模干扰，这些干扰对机房内设备的正常运行存在着不同程度的干扰。

另外，零线电位的偏移也会对电子设备的运行造成影响。所以，在考虑 UPS 供电方案时应采

取措施把这些影响减少到最小，隔离变压器必需考虑。传统的 UPS 通过内部的工频输入及输

出变压器来实现负载和电网间的电气隔离和电压匹配，抑制来自电网的共模干扰电压及差模

干扰电压，使其不致于耦合到电子设备的电源上。此类 UPS 的输出零点取自隔离变压器次级

Y 形绕组的中性点。为保证输出零点电压不偏移，应从通信机房的交流工作接地排上单独引

线至该输出点。

近年来，出现了采用高频链结构的不含输出隔离变压器的 UPS。由于采用了高频变压器

以代替工频变压器，其体积和重量明显减小，但因为其输出端直接通过变换元件输出，一定

程度上存在直流高压进入负载的危险，而且在三相负载不平衡的情况下还存在电压零点偏移

问题，中性线与地线间的电压可达十几伏甚至更高，大大超出一些电信设备的要求。所以，

对于大型通信网络等比较重要的负载，供电系统应尽量采用带工频隔离变压器的 UPS。

4.正确配置 UPS 后备蓄电池

为保证电网停电时也能利用 UPS 电源继续向通信设备提供高质量供电，后备蓄电池的配

置尤为重要。当负载不允许被中止供电时，通信机房内 UPS 蓄电池后备时间应大于从市电中

断到恢复的时间或到发电机组正常供电所需的时间 (前级供电系统配有发电机组)。若此段时

间较长，则应配置外接的长延时蓄电池组，但此时应确认 UPS 内部整流器有能力对外接大容

量蓄电池组进行充电，否则应配置外接充电器。蓄电池容量选择应遵循以下原则：蓄电池必

须在后备时间内供电给逆变器，且在额定负载下蓄电池组电压不应下降到逆变器所允许的最

低电压以下。在布置机房设备排列时，应尽量使蓄电池组靠近 UPS 主机，缩短两者之间连线

长度，增大连线截面面积，以降低连线自感量和线路压降。蓄电池组可安装在蓄电池柜内，

也可安装在敞开的蓄电池架中。前者美观、整洁，但对楼板承重要求较高；后者可分散承重，

且散热性好，但占地面积多；易积尘，给维护带来不便。

5.通过冗余方式增加供电可靠性

为了提高 UPS 供电的可靠性，可采用多种 UPS 冗余连接方式。各种方式都有优缺点，

考虑方案时要根据实际负载情况选择合适的方式。当前冗余连接方式大致有以下三种。

(1)双机主从式热备份

此系统结构及控制简单，但存在以下缺点：主机长时间工作，而从机处于长期待机状态，

两机的元件老化程度不均匀；在从机供电的状态下，主机静态旁路故障时将导致系统供电失

败；系统负载不能超过单机容量且以后无法扩容。

(2) 功率均分并联备份

此种方式目前有两种结构：一种是 UPS 通过外加并机柜方式并联，并机柜提供同步及

多机均流控制，同时提供并联系统的总静态旁路；另一种是在每台 UPS 内安装一块逻辑控制

板，控制各台机器的同步及均流输出。此方案的优点是易于扩容 (采用并机柜方式时应将并

机柜按终期考虑)，可通过冗余备份提高供电可靠性，但也存在以下缺点。

①由于并机柜成为系统的公共瓶颈点，一且它内部失控或故障，会导致整个系统供电

失败。

②由于各台 UPS 输出量参数难以保持完全一致，导致各 UPS 在向负载供电的同时，还

在 UPS 内部的逆变器间形成环流，当环流过大时将直接危及逆变器的安全。此外，如果各

UPS 向负载供电的电流差异过大，将使逆变器的功率放大元件老化速度失衡，也会引发故障。

一般来说，供电系统中并机数量越多，UPS 电源系统发生故障的概率也越大。

(3) 并联热备份

该系统将两台 UPS 的蓄电池组输入、整流器输出及逆变器输出并联，并共用旁路。正

常时，两台整流器同时向两逆变器供电，并向两组蓄电池充电，通过逆变器输出静态开关选

择其中一台逆变器向负载供电，两台整流器和逆变器分别互为备用。只有当两台逆变器同时

故障时，系统将负载切至公共静态旁路，由市电继续向负载供电。该方案没有瓶颈故障点，

任何一台 UPS 局部或整体故障时，系统仍能继续向负载供电。由于 UPS 供电系统真正的输

出只有一台逆变器，故也不存在逆变器间的环流。但由于此模式类似于单机运行模式，带载

能力相对差且不易扩容。

6·系统应具备智能性

为了保证供电系统能长期不间断运行，UPS 必须具有智能性，对运行中的 UPS 状态进

行自动检测，及时发现、诊断和处理 UPS 的故障，并减少因故障或检修而造成的间断。同时，

作为通信机房动力系统的一部分，UPS 应提供通信协议，以便纳入动力集中监控网络内。因

此，在系统设计时应考虑到这些因素。一般来说，智能型的 UPS 应具备下列动能。

①实时监测功能：监视电路中各部分的状态，随时获取主机工作时的有关参数。

②人机交互功能：可按实际运行情况，通过程序修改重新设置 UPS 内部的务种临界工作

点阀值，也可读取 UPS 的各种工作参数。

③故障诊断功能：对监测到的不正常参数进行及时分析，及早发现故障苗头，显示其性

质、部位，给出处理方法，并自动记录有关信息。

④远程监控功能：提供一个远程计算机接口，能通过 RS-232 或 RS-485，接口经调制解

调器实现与异地计算机终端通信，达到遥测和遥信的目的。

一个 UPS 供电方案的好坏直接决定了通信机房内重要负载是否能正常运行。在设计通

信机房用 UPS 供电系统时，既要节省投资，又要考虑系统的可靠性利灵活性，为通信设备及

计算机负载提供有效的保障。

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