蓄电池是UPS系统中的一个重要组成部分，而用于控制蓄电池组输出的保护开关，在实际应用中具有非常关键的作用，不仅承担着蓄电池的正常切除和接通，而且在蓄电池出现过放、过载、短路等故障时，还应具有相应的保护功能。

艾默生网络能源指出，在对电池开关进行选择设计时，应考虑额定电压、工作电流、短路电流等参数，但电池使用电压范围较宽，且现场电池连接线缆（或铜排）内阻及接触电阻难以衡量，使得蓄电池系统短路电流无法计算，电池保护开关的设计和整定等方面缺少相应的依据，而如果蓄电池保护开关选择不合理，在系统出现短路故障时无法及时脱扣，电池能量就会持续注入故障点，造成故障扩大化。

目前电池保护开关的设计，是基于电池的初始状态进行计算和选择的，而实际上蓄电池电压和内阻是随时间动态变化的。根据经验，当电池老化时，内阻可能增加60%甚至更高，而一般电池的放电终止电压是浮充电压的70%左右。综合考虑，当电池老化且电池电压较低时，短路电流可能只有原来的40%左右。因此，当电池使用一段时间后，其电池短路电流会减小，发生短路时，电池保护开关很可能无法脱扣保护，从而使故障扩大化。另外，设计时往往考虑的是理想的短路状态，而实际上电池短路可能是复杂多变的，短路点的阻抗是不可忽略而且难以准确衡量。这也是为什么即使严格按经验和要求进行了电池保护开关配置，而实际上在很多事故中电池保护开关无法脱扣的关键原因。

同时在工程现场往往不能根据电池老化情况动态调整开关设置，针对这种情况，选择具有主动脱扣功能的电池保护开关就显得十分必要，可以极大地提高UPS供电系统的安全性。

基于显着的应用效果，业内主流的UPS厂商，在产品设计上都普遍使用了具有主动脱扣功能电池保护开关。比如，艾默生网络能源为大容量UPS产品提供电池保护开关（BCB）盒选件，其硬件包括电池保护开关控制板、带脱扣装置的电池保护开关、电池保护开关控制板到UPS之间的控制线缆、电池温度传感器（选件）等。

通过在广泛应用中的实践证明，艾默生网络能源的大容量UPS通过配置BCB，在实际运行中有效降低了系统风险，较大提升了UPS系统的可靠性，在多个方面具有非常突出的实用功能。比如，过载保护、短路过流保护、防止电池过放电、防止电池热失控或过充电等等。同时，当直流母线电压异常（过压或欠压）等严重故障时，UPS主动发跳闸触发信号，使电池开关及时跳闸，防止故障扩大，并确保系统风险可控。此外，UPS紧急关机也会触发电池保护开关脱扣，可在紧急情况下切断电池能量源。

目前，艾默生网络能源配置BCB的大容量UPS已经在范围内部署超过数万台，为各领域客户的关键设备和机房的安全运行提供了高可靠的保障

电气应用：李老师您好!数据中心一旦遇到“供电中断“将会造成巨大的损失，请问对于数据中心供电系统解决方案您是怎样考虑的?

李成章：在大数据、可信云计算时代，数据中心主要承担四方面的调控任务：数据的处理;数据的存储;数据的交换;数据的灾备。评价一个数据中心设计水平和建设水平的高低，主要有两个指标：数据的安全可靠;节能环保。

在数据中心运行过程中，最可怕的问题就是“机房瘫痪”。据2015年的调研与统计，在能造成数据中心瘫痪的原因中，UPS供电系统故障占29%;人为失误占24%;空调及水系统故障占15%;气候及自然灾难(注：由它所诱发的常见市电电网故障是短路或停电故障)占12%;发电机系统故障占10%;IT设备故障占5%;恶意攻击与犯罪占2%;其他原因占2%。由此可以看出，对于数据中心机房而言，从影响数据的计算和存储、网络等三大要素是否安全可靠的角度来看：因供电系统故障而诱发的瘫痪故障的几率>因空调系统故障而诱发的瘫痪故障的几率>因IT系统故障而诱发的瘫痪故障的几率;从影响节能环保的角度来看，因提高IT设备的效率而降低PUE的功效>因提高空调系统的效率而降低PUE的功效>因提高UPS系统的效率而降低PUE的功效。

对于数据中心的供电系统解决方案而言，应优先考虑提高它的可利用率。按照TIA-942所推荐的供电系统可利用率的分类标准，可分为Tier-4级、Tier-3级、Tier-2级和Tier-1级。Tier-4级供电系统是由两路UPS所组成的2N型供电系统来向IT设备供电，它能确保负载”永不停电”，具备故障容错功能，其可利用率，适用于中大型的高端数据中心。Tier-3级供电系统是由1路市电+1路UPS/HVDC所组成的2N型供电系统来向IT设备供电，它使负载的供电系统具有可在线维护特性，其可利用率次之，适用于中大型的中端数据中心; Tier-2级供电系统是由N+1台UPS所组成的冗余供电系统来向IT设备供电，适用于中小型数据中心; Tier-1级供电系统是单机系统，其可利用率，适用于小型机房;

机房空调系统按照可用性分为A1级、A2级A3级和A4级。A1级空调系统允许温度波动的范围为15～32℃，湿度允许波动的范围为20%～80%;A2级空调系统允许温度波动的范围为10～35℃，湿度允许波动的范围为20%～80%;A3级空调系统允许温度波动的范围为5～40℃，湿度允许波动的范围为85%;A4级空调系统允许温度波动的范围为5～45℃，湿度允许波动的范围为90%。

近年来的相关运行实践显示：在设计数据中心机房的冷冻水空调系统时，应依据机柜的不同的功率密度来选择合适的方案。当机柜功率密度为2～5 kW/机柜时，空调系统配置方案：推荐以地板下送风为主，列间空调为辅;机柜功率密度为8～12 kW/机柜时，空调系统配置方案：推荐采用“1带多”列间冷冻水空调;机柜功率密度为20～100 kW/机柜时，空调系统配置方案：推荐采用水冷机柜或“2带1”列间冷冻水空调。

在近几年、对于数据中心设计有一种观点认为：某一种供电系统是选择，某一种类型的UPS产品才是最适合的。然而，相关的统计资料及运行实践显示：对于这样观点而言，存在有相当的片面性。在实际工作中，数据中心应有的可用性是由用户所期望的数据安全性和时效性的不同级别、用户所应承担的不同社会责任等诸多实际需求来共同决定的，不宜主观决定的。由于不同用户的数据中心机房可用性级别不同，需选用不同级别的供电系统解决方案。

对于执行安全、精准、短时延以及连续不断的数据处理与共享操作为主的数据中心而言，由于它们对”业务运行中断”的容忍度为零，宜选用Tier-4级的工频机UPS供电系统，A1级空调系统。典型应用行业为金融、民航、石化和军用等领域。

对于执行海量存储、高速信息查询的分布式数据处理与共享操作为主的数据中心而言，由于能容忍偶发性或短暂性的业务中断，并追求利润化，宜选用Tier-3级、Tier-2级为主，Tier-4级为辅的高频机UPS/HVDC供电系统，A1或A2级空调系统。典型应用行业为BAT、电信及托管企业。

对于执行超高速，超大容量的工程和科学计算的超算中心而言，由于允许执行“间断性”的运算，为了降低Capex，宜选用 Tier-2级UPS或Tier-0级的市电供电系统，A1级空调系统。

对于既不允许出现“长时间的业务中断”和追求使用便利化、又面临维护能力较弱和地处偏远地区的局面的中、小用户，宜选用Tier-2级模块化UPS供电系统，A3或A4级空调系统。

电气应用：目前，高频机UPS的应用逐渐增多，请问其与工频机UPS相比在可用性上有哪些区别?

李成章：近年来，由于云计算、大数据及互联网+等市场需求的爆发式增长，在数据中心机房的UPS供电系统中，越来越多地选用高频机UPS供电系统的设计方案。推动此发展趋势的动力是：同工频机UPS产品相比，高频机UPS产品具有更高的效率(从94%提升到96%～97%),更高的输入功率因数(>0.99)，更低的输入THDI(<3% )，更小的占地面积，更轻的重量，更低的生产成本等优势。

对于采用升压型的IGBT整流设计方案的高频机UPS而言，为了提高它的效率，主要采取的技术措施有：

1)去掉UPS逆变器中的损耗较大的内置”输出隔离变压器:，从而达到提高UPS效率的目的。

2)提高UPS效率的另一技术措施是，对位于UPS的逆变器输出端的切换开关而言，采用基本”无压降”的接触器来取代存在2V左右”管压降”的SCR型的静态开关的方法。

近年来，在各UPS生产厂商的共同努力下，通过不断地改进高频机UPS逆变器的SPWM的设计方案，从最初两电平的脉宽调制到三电平的脉宽调制，再到优化三电平或四电平的脉宽调制以及提高脉宽调制频率等技术措施，从而达到同时提高UPS的满载和轻载运行时的效率的目的。

基于上述原因，近年来，提高UPS的效率逐渐变成各生产厂家和用户主要关注的重点。在此背景下，近年来高频机UPS效率的”提升速率”明显加快，成效显著。在此背景下，在高频机UPS供电系统设计与选用上、容易产生这样的误区。即：因过于重视追求高频机UPS的效率应更高，造价应更低而忽视更加提高产品的可靠性。

对于高频机UPS的设计和应用而言，还可能存在另外的两个”误区”是：

(1)各种高频机UPS都具备大致相同的可靠性;

(2)对于“N+1”UPS冗余供电系统而言，它的总并机数量可不受限制地增加。

与工频机UPS相比，高频机UPS其技术弱势主要表现为：(1)故障率相对较高;(2) 由于它的输入功率因数呈现电容性，从而导致发电机的设计容量配比必须增大。

鉴于高频机UPS相对于工频机UPS可靠性较差，对于应用于金融、电力、军用、民航空管等关键数据中心机房而言，建议：优选工频机UPS产品。为说明工频机UPS与高频机UPS在金融IDC机房中，所呈现出的长期运行的稳定性和可靠性之间的差异，现举例说明如下：

2014年5月，当给某金融机构供电的10KV高压电网出现停电事故时，位于该金融机构数据中心机房内的3×300 KVA高频机UPS并机系统中的1台UPS发生”炸机”故障，并导致并机系统出现”输出闪断”事故。相关的运行资料显示：这套高频机UPS并机系统仅运行1年多，就发生了灾难性的故障。相比之下，位于同一机房中的、由已分别运行16年和12年之久的由两组3×800 KVA工频机UPS并机系统所组成的2N型双总线输出供电系统却一直在正常运行。由此可以看出，对于因供电系统故障而诱发IDC瘫痪事故，并将可能会造成重大损失或重大负面社会影响的关键行业的数据中心机房而言，应尽量选用可靠性更高的工频机UPS供电系统。

电气应用：针对高频机UPS在可靠性方面存在的劣势，生产厂商近期推出了2.0级高频机UPS，请您介绍一下2.0级高频机UPS相比于1.0级高频机UPS技术优势体现在哪些方面?

李成章：迄今为止，对于绝大数UPS生产厂商而言，因种种原因、尚未找到制备大功率升压型IGBT整流器的有效技术途径。在此背景下，为了能制备出大功率的高频机UPS(例：300、400、500KVA UPS)，常采用所谓1.0级高频机UPS的制备技术：采用由多台三相、小功率的UPS功率模块”并机”的技术途径来组成、从外观上看起来似乎是一台完整的”大功率UPS单机”的设计方案，对于这样的、由N台三相UPS功率模块所组成的高频塔式机UPS和由数量更多的、更小容量的功率模块所构成模块化UPS而言，在它的UPS单机的内部必然存在”交流型的环流”。众所周知：并机的数量越多，这种可能会危害并机系统安全、稳定运行的”环流”也越大、UPS发生故障的几率必然会增高。在此背景下，如果高频机UPS的内置功率模块的总并机数量过多的话，发生故障的几率就会增大，从而导致UPS供电系统的平均无故障工作时间被大幅度地缩短。

此外，在市售的部分1.0级高频机UPS中，由于它的电池组带N线，对于这种高频机UPS产品而言，当它处于电池放电工作状态时，还可能因无法保证它的”正电池组”与”负电池组”的端电压和内阻相等而导致在UPS的N线上出现”直流型的环流”，从而遗留下新的故障隐患。

同单机“多功率模块型”的高频机UPS和模块化UPS相比，由于在2.0级高频机UPS中，采用了电池组“不带N线”和单机“单功率模块型”的新晰设计理念，使得它能在确保获得97%高效率的前提下，还能大幅度地提高UPS冗余并机供电系统的可利用率和平均无政障工作时间、电池组节数调节范围的高灵活性和设备安装的高适应性。

UPS不仅是不间断供电装置，还具有电力净化的作用。本文将重点讨论UPS的选择和配置、蓄电池组容量的选择和配置以及UPS电源的安装与维护。

UPS即不间断电源，随着各种电子设备的普及，UPS电源得到了越来越广泛地应用。

UPS选型和配置

1了解UPS电源的性能指标：

①输入电压：220V或380V（三相四线制），－15%～＋10%。

②输出电流：根据这个值选择导线截面和输入保险。

③输出电压：一是输出电压稳定度，一般为±5%。有些为±3%左右。另一个是稳压：稳态≤±1%、瞬态≤±5%。

④瞬态电压恢复时间：≤±50ms。

⑤输出容量：即视在功率S，S＝UI

⑥后备时间：指输入中断后，UPS能继续工作的时间，是UPS的关键指标。

⑦功率因数：0.8（滞后）

⑧效率：≥90%（满载时）

⑨过载功能：10min（125%额定电流）；10S（150%额定电流）。

⑩限流：100%～110%额定电流可调。

2UPS选择：

UPS型号

①在线正弦波UPS电源。无论市电正常与否，它对负载供电都是由UPS电源逆变器提供的。只要机内蓄电池能向UPS电源逆变器提供能量，当市电中断时，在线式UPS电源就能实现对负载的真正不间断供电，其正弦波波形失真系数，对负载供电转换时间为零，可靠性高，故障率低但价格较高。

②后备式正弦波UPS电源。采用了抗干扰式分级调压稳压技术。仅仅在由蓄电池供电时才有可能向负载提供高质量的正弦波，在从市电供电向逆变器供电进行转换时，对负载而言，大约有4ms左右的中断供电（主要来源于继电器的转换时间）。后备式正弦波UPS电源处于市电供电时，由于市电是直接通过抗干扰滤波器对负载供电的，因此噪音较小，但是UPS电源处于逆变器工作时，由于PWM脉宽调制频率一般为8KHZ左右，因此噪音较大。

③后备方波输出UPS电源。向负载提供的交流电是方波而不是正弦波。此类UPS电源只能接微容性或纯组性设备，负载越重，方波脉冲宽度越宽，而方波脉冲的峰值越小。此类UPS电源的转化时间不一定。其变化范围为4～9ms且用户不能控制。此类UPS不能进行频率的关闭和启动，但造价较低。

负载容量、负载功率因数和UPS的波峰因数

选购UPS时，首先要知道负载的总容量，同时还要考虑负载的功率因数才能确定UPS的标准功率容量。由于负载功率因数很难计算，所以UPS技术规范中给出了波峰因数这个指标，波峰因数越高，UPS承受非线性的能力越强。一般波峰因数比应大于3：1。

电池后备时间一般情况下，选择后备时间时，通常选取满载工作时间为10min、15min或30min即可。由于蓄电池价格较贵、长延时UPS一般仅在停电时间较长的场合选用。此时选择有外接大容量的蓄电池功能的UPS，以确保市电停电后能长时间供电。

UPS中性线截面由于UPS负载多为非线性负载，因而流过中线的电流不为零。即使在三相负载完全平衡时中线电流也可达三相电流的1.8倍。负载功率因数越小，倍数越大。因此在UPS电源中，其中线截面不得小于相线截面。否则易造成中线发热，甚至烧掉电缆引起火灾，造成严重后果。

蓄电池的选择和配置

蓄电池基本技术指标：

①阀控式密封铅酸蓄电池：每台UPS各接一组。

②浮充电压允差：1%。

③浮充电压：2.23～2.27V/单体。

④均充电压：2.3～2.4V/单体。

⑤放电终了电压：1.67～1.70V/单体。

⑥温度对蓄电池寿命的影响：在25℃时浮充运行情况下，理论寿命不低于10年。

UPS蓄电池容量的计算

1蓄电池放电电流I

I＝S×COSφ/η×Ei

式中：S为UPS电源的标称输出功率；

COSφ为负载功率因数，一般取0.8；

η为逆变器的效率一般取0.8；

Ei为蓄电池放电终了电压。

电池后备时间t电池后备时间t根据用户的需要而定，中小型UPS多采用阀控铅蓄电池。价格较贵，一般选取满载工作时间为10min、15min或30min。

蓄电池容量C算出放电电流后，再根据负载性质及用户所需UPS的后备时间，算得蓄电池标配容量：（C＝It）。

UPS安装

UPS的安装位置要求

1为延长电池寿命，蓄电池应安装在环境温度为15℃～25℃范围内，室内温度也不能太大。

2UPS的左右两侧要留有50mm空间，后面要留有100mm，前面留有足够的操作空间。

3外置电池柜应与UPS放在一起。

UPS与市电、负载的连接

UPS与市电及负载的连接都很简单，但连接前应检查：

①UPS输入参数与市电的电压、频率是否一致。

②接入UPS的火线和零线是否与厂家规定一致。

③检查负载功率是否小于UPS输出功率。

④UPS与电池连接时一定分清正负极。

电缆截面的选择选择导线截面时应考虑：

1符合电缆使用安全标准。

2符合电缆温升要求。

3满足电压降要求。

①交流输入电流I相。因为P＝3×U相×I相×COSφ（单相输出者则为：P＝UICOSφ）。所以I相=P/（3×U相×COSφ）＝S/（3×U相）。

②直流输出电流I＝P/U（U应取值）。求出交流输入I相和直流输出电流I后，再查表确定导线截面积。

UPS维护

笔者根据多年来的工作经验，建议从以下几个方面做好UPS电源系统的维护：

1掌握UPS的基本知识，认真阅读设备说明书，弄清各种警示信息， 代码，指示灯的含义，以及产生的原因和应对方法。熟悉设备上各种开关，按钮的作用。熟悉掌握UPS的各种操作，清楚连接关系，明白代通之法。

2加强日常的巡视、维护，查看设备有无告警，有无异味，有无异常响声，检查接头有无松动发热现象，散热扇运转是否正常，设备各种指示是否正常，发现问题及时解决。

3制定定期维护计划：每月定期测量设备输出电压、电流、功率以及蓄电池内阻和端电压。每季或半年对蓄电池做核对性放电试验，一般应放出额定容量的30%～40%。每年清洁UPS内部卫生，检查各接头是否接触良好。

4蓄电池放电：在蓄电池放电操作中，如采用蓄电池脱机使用假负载放电，不仅拆卸繁琐，且不安全，事后还需拆卸安装再充电。为保证电池放电试验的安全有效，既能发现问题（落后电池、反极电池等），又能保证供电安全可靠（不造成过放电、短路、供电中断等）。这里推荐一种直接利用负载对电池放电的方法：即关断UPS交流输入开关，让蓄电池放电。由于UPS电源多用于重要的网络通信等系统中，负载变化幅度不大，所以用负载直接放电，其放电电流也基本不变，这样就可根据蓄电池的电压情况和放电情况确定放电终止电压，算出放电时间，以后每季度的放电都与此次记录相比较，并从中发现问题及时排除。