基本介紹
- 中文名：連續無故障時間
- 單位：小時
- 硬體：硬碟從開始運行到出現故障
- 時間：3萬或4萬小時
定義,提高方法,注意事項,
定義
平均無故障時間(Mean Time Between Failures，簡稱MTBF)是指MO磁光碟機平均能夠正常運行多長時間，才發生一次故障。這是衡量MO磁光碟機可靠性的重要參數，平均無故障時間越長，MO磁光碟機的可靠性就越高。目前主流產品的平均無故障時間(MTBF)達到了100000小時以上。
提高方法
隨著通信行業的飛速發展，各種相應的先進通信及附屬配套設備不斷產生。今天，電信設備對於供電電網的質量要求越來越嚴格，不僅要求正常的供電系統輸出，還要保證良好的不帶任何干擾的正弦波。由於市電電網中接有各種各樣的負載，對電網造成了干擾和污染，惡化了供電網質，影響了負載設備的正常運行，使負載設備可能產生不可預料的各種問題。UPS不間斷電源的產生及其可以解決電源斷電、電壓尖峰、電壓浪涌、頻率漂移、諧波干擾、過欠壓、電壓波動及噪聲電壓等由市電電源質量差對前端設備造成的危害，顯示了它在套用領域的重要性。 當前市場上UPS的種類繁多，其工作模式也多種多樣，對如何選擇及配置理想的UPS提出了較高的要求。本文針對通信行業交換局（站）所帶負載的重要性及對市電電網要求的穩定、安全性，就中大型UPS選購以及從UPS的類型、工作方式、容量大小、參數性能、蓄電池與容量選擇、配線的選擇等方面進行了詳細的闡述。
注意事項
當前的UPS可分為以下幾種：線上式、線上互動式、後備式及Delta變換型。 線上互動式UPS的單機輸出功率為0.7～20kVA，後備式單機UPS輸出功率為0.25～2kVA，兩種類型產品在市電供電正常時逆變器均不投入工作，而是向用戶提供經過簡單處理的一般市電電源，該類產品供電質量差，輸出功率小，只適用於要求不高的用戶環境，此選型中不考慮該種產品。 （一）Delta變換型UPS Delta變換型UPS也稱為雙逆變電壓補償線上式UPS，其單機輸出功率為10～480kVA，它的原理是將交流穩壓控制技術中的電壓補償原理運用到UPS的主電路中，利用補償變壓器對不穩定的市電電壓進行電壓調整。其運行工作原理如圖1、2所示。 1．市電電源供電正常時（即市電電壓波動範圍小於380V±15%，市電頻率波動範圍小於50Hz±3Hz），如圖1所示，主供電通道上的STS1顯示導通狀態，STS2處在斷開狀態。 當市電電壓等於UPS的標稱輸出電壓時，市電電源經補償變壓器（無需補償）直接送到負載上，此時的電源未經過任何處理；當市電電壓高於或低於UPS的標稱輸出電壓時，補償變壓器在Delta變換器的調控下對市電電壓進行降壓或升壓調節後送到負載上。 2．市電電源供電不正常時（即市電電壓波動範圍超過380V±15%，市電頻率波動範圍超過50Hz±3Hz），如圖2所示，STS1與STS2處於斷開狀態，蓄電池組放電，主變換器以逆變器的方式向負載提供純淨的正弦波逆變電源。 3．當輸出短路、輸出過載、溫升過高、主變換器或Delta變換器發出故障時，STS1關斷，STS2導通，市電電源經過交流旁路通道給負載供電。 由此可以看出Delta變換型UPS在正常工作時市電電網的干擾非常容易直接串入到用戶負載端，對於市電電壓過/欠壓、電壓突變、頻率漂移、諧波干擾等市電電網的污染沒有實質性的改善。 （二）線上式UPS 線上式UPS的單機輸出功率為0.7～1500kVA，它採用以微處理器、數位訊號處理的調控技術使逆變器連續不斷地向負載提供高質量的純淨正弦波電源。其運行工作原理如圖3所示。 1．市電電源供電正常時（即市電電壓波動小於380V±15%，市電頻率波動小於50Hz±3Hz），如圖3所示，供電質量較差的普通市電電源經過濾波整流器變成直流穩壓電源，然後再經過逆變器重新將直流電源變成純正的高質量正弦波電源，由於採用了雙變換型線上設計方案，它可將市電電源中的干擾幾乎都禁止掉，保證了向負載提供毫無干擾的純潔正弦波電源。 2．當市電電源供電不正常時（即市電電壓波動超過380V±15%，市電頻率波動超過50Hz±3Hz），市電電源故障或市電供電中斷，蓄電池組繼續向逆變器提供直流電源，保證了逆變器不間斷地向負載提供高質量的正弦波交流電源。 3．當輸出短路、輸出過載、逆變器故障、整流器或逆變器中散熱片溫度過高時，如圖3所示，市電電源將由交流旁路通道給負載提供普通市電電源。 由此可以看到，無論是市電供電正常時，還是市電中斷由電池逆變供電期間，逆變器始終處於工作狀態，這就從根本上消除了來自電網的電壓波動和干擾對負載的影響，真正實現了對負載的無干擾、穩壓、穩頻以及零轉換時間。綜上所述，針對於通信局（站）中要求較高的通信設備、敏感儀器、非線性負載等，我們建議使用線上式UPS。
UPS供電方式的選擇
針對於通信局（站）所帶負載的重要性，一般要求UPS供電系統無故障率。由於中型UPS電源的平均無故障工作時間為5～16萬小時，大型UPS電源的平均無故障工作時間為24～40萬小時，為確保UPS供電系統向負載提供萬無一失的高質量不間斷逆變電源，我們建議採用多機UPS冗餘供電配置方案。這可分為：熱備份供電方式、直接並機冗餘供電方式及雙匯流排冗餘供電方式。 （一）熱備份供電方式 如圖4所示，我們一般選用兩台具有相同容量的UPS，將UPS-2電源的逆變器輸出端連線到UPS-1的交流旁路靜態開關的輸入端上，從UPS-1的輸出端給負載供電。當市電正常時，由UPS-1的逆變器電源輸送給負載，UPS-2處於空載運行狀態；當UPS-1中的逆變器出現故障時，負載才由UPS-2的逆變器電源輸送。 此種冗餘供電方式的優點顯而易見，它對UPS單機的鎖相同步跟蹤控制技術要求不高（僅在兩台UPS進行切換瞬間有所要求），熱備份冗餘供電系統構成也容易、簡單。缺點則表現為：長期空載運行的其中一台UPS的配套蓄電池壽命縮短；由於一台帶全載，另一台空載，造成平均無故障時間下降；並要求單機具有帶“階躍性負載”的能力來保障主機出故障後能將全部負載立即加到空載運行的從機上，由於從機長期處於空載運行狀態，一旦出現切換過程，負載量將由0突變至全部負載，內部電路及元器件由於大電流的衝擊，易造成損壞，使UPS的不安全運行穩定性增高。 （二）直接並機冗餘供電方式 如圖5所示，N+1型冗餘並機系統要求N台UPS的逆變電源必須具有同相位、同頻率、同輸出電壓幅值，它技術要求高，可實現多台UPS共同均衡地給負載供電，如一台發生故障，會自動將有故障的UPS自動脫機，負載由其它的UPS共同均衡供電，此方法提高了此種並機方式的性能，使平均無故障時間得到了提高，設備的運行也更加穩定。可靠性較高的UPS供電自然成了N+1型直接並機供電系統。 （三）雙匯流排冗餘供電方式 如圖6所示，雙匯流排冗餘供電是在N+1式直接並機系統上進行更加安全的供電方式，它由兩套UPS供電系統組成，在一套供電系統全部壞掉時，負載由另一套供電系統來保障，大大加強了供電的安全性，但它對經濟條件要求較高。 對於以上三種冗餘供電方式，由於熱備份方式安全性能不太高，雙匯流排方式雖然安全穩定性最好，但經濟因素較高，建議一般採用N+1型冗餘供電方式，一般企業可首選1+1型直接並聯冗餘供電系統。
UPS系統容量的選擇
UPS既不宜長期處於滿載運行，也不宜長期處於輕載運行。前者易造成UPS電源的逆變器和整流器損壞，後者易造成UPS的蓄電池損壞。因此UPS單機按帶載量60%～80%來配置，並機按每台帶載35%～40%來配置為佳。另外還要考慮負載系統的擴容問題，其預增加帶載量為20%左右。 例如，UPS的實際負載量為60kVA，則UPS的最小選擇容量為：60kVA/60%=100kVA；考慮負載擴容，則UPS的最小選擇容量為：60kVA+12kVA/60%=120kVA。
UPS電池容量配置的選擇
合理的選擇蓄電池的容量，是UPS對負載設備正常供電的重要保證。雖然現通信局（站）大多都採用一路市電加油機或二路市電加油機的多重供電保障方式，但由於當前電網的不穩定性，更應重點對此加大重視。現在通信局（站）要求油機在停電後的啟動時間為15分鐘，並且對於UPS運行中以並機冗餘供電方式達到的實際帶載為60%左右，因此建議每台中、大型UPS的後備電池延遲時間（按UPS帶滿負載計算）一般選擇1小時為宜。 對於UPS電池容量的配置計算為：蓄電池組容量×電池組端電壓/主機額定功率=滿載時蓄電池工作時間。例如，配備一台60kVA的UPS，電池為12V48節，要求帶100%負載，停電後要求延時1小時，則蓄電池配置容量為：C（AH）×12×48/60000=1，得C=104.17（AH）應選100AH電池。
UPS主要性能參數的選擇
UPS技術參數是UPS質量優劣的重要指標，是選型的主要依據。針對於UPS能否正常安全地向負載設備進行純淨且不間斷供電，這需要對它的性能參數進行詳細的了解。其主要技術參數考慮如下。 額定運行參數：額定輸出功率；額定最大輸出、輸入電流；額定輸出輸入頻率，我國均為50Hz；標稱輸入、輸出電壓，根據進、出線的方式來確定，主要有單進單出、三進單出、三進三出方式，大、中型UPS採用三進三出的進出線方式。 輸入參數：輸入電壓範圍，根據我國電網質量不高的情況，應選擇較寬範圍的UPS，目前用可控矽設計的UPS範圍為-15%、+10%，用IGBT整流器設計的範圍為-25%、+23%；頻率範圍最好選擇範圍較寬的50Hz±5Hz；交流旁路電壓範圍選擇±10%，如超過此值將增大UPS的故障率；UPS應具有三相輸入相序錯誤和三相缺相輸入的自動保護功能。 輸出參數：輸出電壓的靜態穩定度，中、大型UPS為±1%；輸出電壓的瞬態電壓波動值，中、大型UPS小於±5%；輸出電壓的可調範圍，中、大型UPS從額定值起最小可調節±5%；輸出頻率，中、大型UPS為50Hz±0.1%；輸出過載能力，中、大型UPS在10分鐘以上時滿足125%負載，在1分鐘以上時滿足150%負載；具有帶三相100%不平衡負載能力，其三相電壓差不應超過±3%；輸出電壓的諧波失真度<2%，並帶100%線性負載。 其它參數：平均無故障時間為20～40萬小時（大型），15～22萬小時（中型）；並機能力，要求UPS具備直接並機輸出能力，各台UPS輸出電流的均流不平衡度為2%～5%，此值應越小越好；應具備遠程監控、故障報警、運行狀況記錄功能；應具備防雷擊抗浪涌抑制，抗靜電放電功能。 此外，還要求UPS具有ABM先進型電池自動化管理功能。由於蓄電池的好壞直接影響到UPS向負載不間斷供電，現大多數UPS中，都將蓄電池長期置於浮充狀態，在市電供電正常時只充電不放電，長此以往會造成電池極板的鈍化，使電池容量下降，嚴重影響後備供電時間。而ABM先進型電池自動化管理系統是一種“短時的快速恆流、均充充電、恆壓浮充充電、長時間的微小電流放電的電池管理+實時的電池性能老化檢測的綜合型電池充放電管理系統”，並且可定期充電，延長電池的使用壽命。在與發電機組匹配上，當需用發電機組帶動UPS時，發電機組所送出的電源不但本身電壓畸變大，而且它的內阻遠比市電電網大，因此套用額定功率大於UPS標稱輸出功率的發電機組來向UPS負載供電，應為UPS標稱輸出功率的1.6倍以上。此外，大型UPS必須具有輸出隔離變壓器。隔離變壓器可以先對市電電網進行最佳化，給UPS提供寬鬆的工作環境以保證UPS故障率的減小。在UPS轉到旁路時，先對市電進行最佳化，減小了市電電網各種污染源對負載的衝擊。
UPS配線的選擇
合理選擇配線是很重要的，配線線徑太細，電流太大，容易發熱而引起火災；線徑太粗，則造成浪費。 交流電源線的選擇：銅纜線徑S=最大負載電流I/經濟電流密度J，(J為2～4A/mm2)。例如，一個通信局最大用電負載電流為100A，則S=100/2.25=44.44，所以使用50mm2的銅纜最佳。對於UPS電源系統中線的截面積應選為相線電纜截面積的1.5～1.7倍；對於UPS電源系統中地線的截面積應為相線截面積的0.5～1倍，但不小於6mm2。 直流電纜的選擇（蓄電池電纜）：導線上的降電壓U=流過導體電流I×導線長度/導體的電阻率×導體截面積，例如一通信局站最大負載電流為100A，電池線20米，固定壓降為0.2V，則電池線經為S=（100×10）/（47×0.2）=106.5mm2，應使用120mm2的銅電纜。除選擇技術先進可靠的UPS設備外，對於UPS廠家的規模、信用保障、售後維修、服務保障水平等也需進行考慮。 隨著科技水平的不斷提高，現代UPS也將越來更智慧型化、實用化，安全穩定性更好、技術含量更高，提供的純淨的不間斷電源更加穩定。大家在選型中也應更多地了解其功能特點以此來保證UPS在我們各個行業更加安全的運行，為我們各自領域的飛速發展做好堅強的後盾。
