配电系统输入中性线中断对UPS系统的影响-复制
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2023-11-13 14:09:41
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在UPS配电系统中，UPS设备位于交流输入电源和关键负载之间，其上游是交流输入低压配电系统，下游是各种关键负载。UPS在正常情况下都是以市电为输入能源，UPS将市电电源进行适当的变换和调节，供给负载稳定可靠的交流电源。当市电停电或技术指标超出预定的容限时，UPS将利用储能装置(蓄电池)继续运行为负载供电。市电长时间停电时，超过储能装置(蓄电池)后备时间，则必须起动备用发电机组供电。在数据中心等重要应用场合，低压配电系统通常采用双重市电电源和多台变压器，并配置一台或多台备用发电机组。为了确保UPS输入电源的供给，市电与备用发电机组之间、双重市电电源以及母联开关之间都需要进行转换。如果这些开关选用4极开关，在转换过程中间，必然涉及到中性线可能断开的问题。那么，中性线断开对UPS配电系统有什么影响呢？UPS对其所连接的负载而言是一个交流电源,对市电电源而言是一个负载。也就是说，UPS涉及到两个低压配电系统，即上游配电系统和下游配电系统。上游接地系统是指市电至UPS输入端的低压接地系统，下游接地系统是指UPS输出端至关键负载的低压接地系统。根据GB50174-2017《数据中心设计规范》第8.1.6条：数据中心低压配电系统的接地型式宜采用TN系统。采用交流电源的电子信息设备，其配电系统应采用TN-S系统。图1是当前普遍采用的一类内置逆变输出变压器Tr2的双变换UPS的电路图。图中UPS的上游接地系统为TN-S，UPS的下游接地系统也是TN-S。UPS的主路输入和旁路输入均由副边为星型接法、中性点接地的市电变压器Tr1供给，UPS输出中性线和负载中性线固定接到市电电源的中性线，市电电源的中性线在低压进线柜中连接到接地极上。因此，UPS电源的输出中性线不是独立接地，而是通过上游电源的中性线接地。即UPS输出中性线是由其输出变压器产生，而中性线的基准(接地点)是从市电的中性线取得的。图2是当前普遍采用的另一类无变压器UPS中性线连接的示意图，市电输入中性线与逆变器输出的中性点(即蓄电池的中心点)连接，其余与图1完全相同。因此UPS的中性线的基准(接地)也是通过市电的中性线接地的。UPS中性线基准从市电输入电源的中性线取得是比较经济的方法，但UPS的中性线基准完全依赖于市电输入电源中性线的基准。如果UPS的输入中性线断开，因各厂家UPS内部电路多种多样，部分UPS可能出现下列问题：1. 导致部分UPS需要三相4线电源供电的整流器和其他部件的运行异常，UPS转为电池运行模式。在部分UPS控制电路中，中性线接地基准是用作UPS逻辑电路的参考点的，如果系统在运行时中性线接地基准断开，将会产生瞬变电压，导致UPS检测电路出现错误。例如：UPS误认为输出电压过高或过低而转旁路，或者使UPS关机等。部分UPS中的EMC/RFI抑制电路的功能只能在预定的TN-S系统下有效，中性线基准断开后，配电系统的瞬变将可能超过EMC/RFI的抑制能力，因而影响UPS的正常运行。4. 导致UPS输出配电系统从TN-S转变为IT系统。由于UPS的输入中性线断开，UPS输出的中性线接地会丢失，因此使UPS输出配电系统从TN-S转变为IT系统。这不符合GB50174-2017《数据中心设计规范》的要求。且IT接地系统需要绝缘监视装置（IMD）和故障定位装置对第一次绝缘故障时告警,定位并消除故障，以防止二次短路故障潜在的危险电流。但由于原TN-S系统一般无绝缘监测和告警设备，因此存在更大的潜在危害。更重要的是，当UPS输入电源中断时，UPS运行在电池放电模式给负载供电，UPS输出三相继续带电运行，中性线接地基准的断开会使负载侧中性点偏移和三相电压不平衡，负载较轻的一相电压升高，负载较重的一项电压下降，造成负载工作异常，严重情况下甚至导致单相负载因为电压过高促使设备烧坏。（业内多处数据中心曾发生相关案例）
