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文檔簡介
1、通信用240V高壓直流供電系統(tǒng),深 圳 市 華 海 力 達 通 訊 技 術 有 限 公 司SHENZHEN HUAHI RED COMMUNICATIONS TECHNOLOGY CO.,LTD.,內(nèi)容提綱,HVDC與UPS的比較及應用環(huán)境 240V高壓直流系統(tǒng)供電方案 240V高壓直流系統(tǒng)主要組成部分 高壓直流使用情況,HVDC與UPS的比較及應用環(huán)境,UPS的發(fā)展歷史 UPS工作原理 高壓直流電源(HVDC)工作原理 與HVDC相比UPS存在的問題 HVDC 與 UPS的主要區(qū)別 HVDC 與 UPS的比較優(yōu)勢 HVDC為什么可以替代UPS 哪些場合可以使用HVDC HVDC與電力操作電源
2、系統(tǒng)的區(qū)別,UPS的發(fā)展歷史,UPS產(chǎn)生于上個世紀60年代,1972年2月21日尼克松訪華,帶給我國的禮物之一就是UPS,從此中國開始了UPS的研究。 UPS的出現(xiàn),是由于一些重要設備,如航天控制、醫(yī)療儀器、金融系統(tǒng)、計算機、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等,不能斷電而產(chǎn)生的。她的誕生,為信息革命產(chǎn)生了十分重大的影響。也是電力電子領域劃時代的技術突破!,UPS(Uninterrupted Power Supply )工作原理,AC輸入,輸入濾波,工頻整流,DC/DC升壓,LC工頻濾波,靜態(tài)開關,AC輸出,DC/AC逆變,充電器,電池組,在線(on line)高頻UPS,高壓直流電源(HVDC)工作原理,輸入濾波
3、,工頻整流,DC/DC變換,LC高頻濾波,DC輸出,電池組,AC輸入,與HVDC相比UPS存在的問題,UPS多一級變換效率降低; UPS的輸出采用工頻濾波損耗大; UPS控制復雜,可靠性降低 UPS的電池在輸入端,如果UPS本身出故障,負載仍然停電;而HVDC的電池在輸出端,即使HVDC本身出故障,電池仍然可以給負載供電,保障不間斷供電,所以HVDC是真正的不間斷電源; UPS系統(tǒng)并機是交流并聯(lián),需要同頻、同相、同電位,并機復雜控制難度大,并機失敗率高,而且,一旦并機失敗后會導致系統(tǒng)癱瘓!,UPS 1+1系統(tǒng)只要有一臺出問題就等于“病危通知”、“最后通牒”! HVDC,由于電池的存在,N+1或
4、N+X冗余并聯(lián),一臺模塊出故障,只是預警! 大型UPS維護復雜,耗時長,無法現(xiàn)場在線更換, HVDC,維護簡便,可以在線熱插拔。 大型1+1 UPS系統(tǒng)投資成本比HVDC高大約60%,HVDC 與 UPS的主要區(qū)別,HVDC 與 UPS的比較優(yōu)勢,HVDC為什么可以替代UPS,通信機房數(shù)據(jù)服務器電源工作原理,高頻脈沖,DC輸出,a,b,UPS交流電壓的供電范圍是176264VAC,對應的整流后的最低直流電壓Uab=1.25*176V=220V,最高直流電壓Uab=1.4*264=369.6V,工作效率最高的電壓點是220VAC,對應的直流電壓是Uab=1.25*220=275V,顯然如果我們直
5、接將直流電接到計算機服務器也是完全可以工作的,只要直流電壓在220V369V之間,選取2V一節(jié)120節(jié)電池,其均充電壓是2.35*120=282VDC,浮充電壓是2.25*120=270VDC。 如果是加有APFC的服務器電源對UPS的交流輸出可以做到更寬,一般可以到110V-270Vac.其對應的直流范圍是137V-378V,改為直流供電后APFC就變成了單純的DC/DC Boost電路了! 結(jié)論:由于服務器電源是將UPS提供的交流電源先要整流成直流電,然后再將直流再變換成12V、5V或3.3V等低壓直流給服務使用,而全橋二極管整流電路對直流電可以直接輸入,只要直流電壓能夠達到220V以上就
6、可以使用!,哪些場合可以使用HVDC,凡是計算機系統(tǒng)使用LCD顯示器的地方都可以使用HVDC 目前通信機房中交換機使用的是-48V系統(tǒng),服務器使用的是UPS 電廠或變電站中,二次控制和斷路器使用的是220V直流操作電源;通信使用的是-48V電源;計算機系統(tǒng)使用的是UPS 銀行、保險、證券公司中通信使用的是 -48V通信電源,計算機服務器使用的是UPS。證券公司的大顯示屏使用的是24VDC,這個電源也來之于UPS,同樣可以由HVDC直接供電!,HVDC與電力操作電源系統(tǒng)的區(qū)別,電壓等級不一樣,電力操作電源標稱電壓是220V(2V,104節(jié)浮充電壓234V,均充電壓244V,電池節(jié)數(shù)可變10410
7、8節(jié)) HVDC標稱電壓是240V(2V,120節(jié)浮充電壓270V,均充電壓282V,電池節(jié)數(shù)固定) 電力操作電源接線方案復雜,HVDC接線方案簡單(只有一種單母線分段) 電力操作電源設備種類繁多,HVDC,只有監(jiān)控,模塊、電池巡檢儀、絕緣監(jiān)測儀作為可選件;,240V高壓直流系統(tǒng)供電方案,單系統(tǒng)單路供電方案 單系統(tǒng)雙路供電方案 雙系統(tǒng)雙路供電方案 服務器交、直流供電原理 HVDC分散式供電系統(tǒng),單系統(tǒng)單路供電方案,電池組,整流模塊,總配電柜,列頭柜,設備機架,單系統(tǒng)雙路供電方案,電池組,整流模塊,總配電柜,列頭柜,設備機架,雙系統(tǒng)雙路供電方案,交直流配電屏,整流配電屏,150A 240V電源系
8、統(tǒng)由交直流配電屏+整流配電屏(含15個10A模塊),300A-600A 240V電源系統(tǒng)由交直流配電屏+整流配電屏(含15-30個20A模塊)組成,服務器交、直流供電原理,交流供電,直流供電,分散式供電系統(tǒng)由交直流配電屏、整流配電屏、和直流分配柜組成,HVDC分散式供電系統(tǒng),交直流配電屏-交流單元,2路225A3P交流輸入開關帶機械互瑣,C級防雷,保護地排,交直流配電屏-直流單元,2路800A電池熔絲輸入(2正2負),4路250A負載熔斷器組輸出(正極),4路250A負載熔斷器組輸出(負極),直流分配柜,10路63A2P直流開關輸出,10路32A2P直流開關輸出,10路20A2P直流開關輸出,
9、10路10A2P直流開關輸出,整流配電屏,16個20A直流高壓整流模塊,16路模塊控制開關,主(輔)柜,240V高壓直流系統(tǒng)主要組成部分,典型IDC機房供電系統(tǒng)組群設計 典型240V高壓直流系統(tǒng)容量設計 電壓等級 240V高壓直流系統(tǒng)屏柜組成 典型240V高壓直流系統(tǒng)電池容量設計選型 通信機房高壓直流供電系統(tǒng)工作原理 典型240V高壓直流系統(tǒng)整流屏設計選型 典型240V高壓直流系統(tǒng)直流屏設計選型 系統(tǒng)監(jiān)控功能組成 240V高壓直流電源設備系統(tǒng)防雷設計 240V高壓直流系統(tǒng)接地設計 240V高壓直流電源設備系統(tǒng)的電池管理 240V高壓直流電源設備系統(tǒng)的配電設計 240V高壓直流電源系統(tǒng)的主要功能
10、,按設計經(jīng)驗:信息化數(shù)據(jù)機房供電系統(tǒng)原則一般設計按 35-100KVA功率向一組服務器柜供電, 整個機房參考基本組配置若干個供電系統(tǒng)組; 形成供電組群,完成全機房供電; 方案優(yōu)點: 單組電源系統(tǒng)容量可以按相對集中管理模式; 比完全分布式容易設計和管理; 35-150KVA是目前信息化產(chǎn)業(yè)功率最佳選擇;,典型IDC機房供電系統(tǒng)組群設計,典型240V高壓直流系統(tǒng)容量設計,按設計需要:表中對應于原交流供電25-150KVA功率 向一組服務器柜供電,常用的供電容量選擇及 直流對應電流容量 方案選型: 單組電源系統(tǒng)容量可以按100-600A標稱容量選型; 150A、300A是目前信息化產(chǎn)業(yè)功率最佳選擇;
11、 對中心局點,可參考600A系統(tǒng)設計,電壓等級,系統(tǒng)標稱電壓是240V 系統(tǒng)標準規(guī)范電壓范圍最大為216V-312V 參照48V系統(tǒng),實用可選210V-295V 系統(tǒng)采用240V電池組(選用電池單體2V120節(jié)) 對應于12V20只單體串聯(lián)或5組48V串聯(lián) 電池系統(tǒng)浮充電壓268-270V,均充電壓282V 對應于電池單體浮充電壓2.23V,均充電壓2.35V 參照48V系統(tǒng),53.5V_2.23V;56.5V_2.35V 電池欠壓報警點210V 對應于電池單體欠壓1.75V 電池低壓預警點228V 對應于電池單體欠壓1.90V,240V高壓直流系統(tǒng)屏柜組成,240V高壓直流系統(tǒng)主要由交流屏、
12、整流屏、直流屏組成 交流屏負責接入通信機房雙路交流供電,一般一個屏 電源屏即整流屏一般采用1-2個 直流屏按原機房設計保留三級配電模式, 即 直流屏,分配屏、列頭柜 改造項目一般只設計直流屏 原配電列頭柜交流表需改造為直流電壓電流表,配電結(jié)構(gòu)及熔絲不需改動,但小容量開關建議改造為熔絲或?qū)S秒p刀直流開關 電池組一般采用2組 屏柜尺寸優(yōu)選:2000mm高*800mm寬*600mm深,典型240V高壓直流系統(tǒng)電池容量設計選型,系統(tǒng)對電池充電電流按0.1C10設計 系統(tǒng)對設備送電參考容量系數(shù)0.3,0.5或0.8設計 即參照系統(tǒng)總電流30%或50%用于設備供電 系統(tǒng)電池采用2組電池組(選用電池單體2V
13、120節(jié)) 對應于12V20只單體串聯(lián)或5組48V串聯(lián) 電池系統(tǒng)浮充電壓268-270V,均充電壓282V 對應于電池單體浮充電壓2.23V,均充電壓2.35V 參照48V系統(tǒng),53.5V_2.23V;56.5V_2.35V 電池欠壓報警點210V,一般不設下電脫離保護 對應于電池單體欠壓1.75V 電池低壓預警點228V 對應于電池單體欠壓1.90V 高壓直流系統(tǒng)電池安時容量參考4-8小時備用供電設計 電池單體一般選用2V,以提高電池組及系統(tǒng)可靠性,通信機房高壓直流供電系統(tǒng)工作原理,典型240V高壓直流系統(tǒng)整流屏設計選型,如需要:可設計主輔2個整流屏組成整流屏系統(tǒng), 每屏一般為最多16個模塊
14、 設計整流屏可按終裝容量留出模塊位置 部分位置待需要時安裝即可,典型240V高壓直流系統(tǒng)直流屏設計選型,選型: 直流配電屏采用正負雙熔絲結(jié)構(gòu) 電池2路,共四個熔絲 直流一般為4-8分路雙組結(jié)構(gòu) 設計直流屏一般不考慮小容量,240V-300A高壓直流電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,240V-600A高壓直流電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,系統(tǒng)及監(jiān)控單元組成,1、監(jiān)控單元 采用內(nèi)部RS485總線、分布式、模塊化; 開放式設計,本地5.6觸摸屏 2、整流模塊 高頻諧振高效率、全智能化; 3、交流配電單元 可實時測量雙交流輸入?yún)?shù)并報警 4、直流配電單元 可實時檢測雙直流輸出參數(shù)并報警 5、 開關量單元 可實時檢測輸出分路狀態(tài)并報警
15、 5、電池組 可配備2組電池,實現(xiàn)均浮充限流,溫度補償?shù)?6、單體電池巡檢儀 可測量兩組120只電池單體 7、母線絕緣監(jiān)測 可檢測正負母線絕緣狀態(tài)并報警,240V高壓直流電源設備系統(tǒng)及監(jiān)控組成,電信設備,直流屏,交流屏,主整流屏,本地監(jiān)控,電源 監(jiān)控器,輔整流屏,240V高壓直流電源設備系統(tǒng)防雷設計,配合原機房系統(tǒng)交流側(cè)進線B/C/D三級防雷,高壓直流系統(tǒng)防雷設計可增加直流輸出側(cè)及信號側(cè),240V高壓直流系統(tǒng)接地設計,接地設計: 高壓直流240V系統(tǒng)按高壓直流規(guī)范中5.11.1懸浮接地; 配置絕緣監(jiān)察裝置。絕緣裝置功能:(1) 絕緣監(jiān)察裝置能按預置的絕緣電阻或相應漏電流檢測正負 母線上絕緣狀態(tài)
16、,當超過設置參數(shù)時報警并顯示接地極性;(2) 絕緣監(jiān)察裝置能發(fā)出告警并可提供信息上傳/遠傳和干節(jié)點。,絕緣檢測的方法:,目前常用的絕緣檢測方法主要是三類 沿用至今的電阻電橋法非常實用簡單,有效可靠; 但本方法設計一般選擇固定的絕緣電阻參數(shù),如20K歐姆; 也可采用撥碼設置電阻參數(shù),如2-50K,或?qū)穆╇娏髟O置參數(shù) 電壓注入法和不平衡電流測試法主要用于分路巡檢,即主要檢測電源系統(tǒng)外安裝的設備負載漏電支路及漏電參數(shù),方便使用維護,高壓直流240V系統(tǒng)規(guī)范目前已確定采用雙母線懸浮的系統(tǒng)設計 母線的懸浮絕緣狀態(tài)應盡可能在設計時明確絕緣電阻或漏電流參數(shù)規(guī)范 如20K歐姆,或10mA 設計應注意當出現(xiàn)
17、懸浮接地故障告警提示后,電源系統(tǒng)除報警外功能要求; 以及系統(tǒng)的維護處理模式,處理辦法,處理過程及規(guī)程;監(jiān)控系統(tǒng)遠端提示,絕緣檢測的設計原則:,240V高壓直流電源設備系統(tǒng)的電池管理,按設計需要:一般設計按35-150KVA功率組, 市電停電后,電池必須接續(xù)供電;電池組成: 單組240V電池可配合組內(nèi)熔絲按5組48V串聯(lián); 系統(tǒng)內(nèi)兩組電池可由串聯(lián)熔絲并聯(lián); 為提高電池組本身的固有可靠性,一般采用2V單體; 電池管理: 均充浮充按設置參數(shù)自動轉(zhuǎn)換;溫度自動補償; 可選擇配備電池單體巡檢裝置;檢測落后單體并報警 增加電池電壓1.90欠壓即容量預警,并實施1.75V報警,典型IDC機房供電系統(tǒng)電池設計
18、及管理,240V高壓直流電源設備系統(tǒng)的配電設計,按操作規(guī)程:一般上電前先投入熔絲,再切換設備上電或換電,這樣可 保證熔絲不拉??;下電時則先將負載電流拆除或移走后在斷開熔絲。 建議操作流程注明,先操作正極熔絲,再操作負極熔絲。,典型直流配電熔絲安裝及維護,直流配電保留三級配電模式,即 直流屏,分配屏、列頭柜 其中直流屏及分配屏可選用熔絲,采用正負雙配置結(jié)構(gòu); 列頭柜中可部分選用開關,但必須是直流雙刀類型; 改造項目一般只設計直流屏 原配電列頭柜交流表需改造為直流電壓電流表,配電結(jié)構(gòu)即熔絲不需改動,但小容量開關建議改造為熔絲或?qū)S秒p刀直流開關,240V高壓直流電源系統(tǒng)的主要功能,防雷設計、漏電防護
19、、EMI設計 交流輸入過欠壓保護,ACin寬范圍,缺相降額保護 電池低電壓預警,欠電壓報警 電池在線管理:均浮充自動轉(zhuǎn)換,電池環(huán)境溫度補償; 電池單體電壓及內(nèi)阻測量巡檢,數(shù)據(jù)記錄并報警 故障告警及保護,清晰提示,可通過監(jiān)控系統(tǒng)遠端提示 提供大容量240V高壓直流輸出,系統(tǒng)功率密度高; 監(jiān)控四遙功能,可遠端監(jiān)控 用戶使用維護方便,高壓直流使用情況,解決UPS供電可靠性問題 節(jié)能提升供電效率,高壓直流替代UPS,2007年1月開始,中國電信鹽城分公司開始試驗高壓直流供電,從辦公PC機逐步擴展到服務器、網(wǎng)絡設備(二層交換機、三層交換機、光纖交換機、防火墻等)、磁盤陣列、小型機、營業(yè)廳票據(jù)打印機等60
20、0多臺,基本覆蓋了分公司全部機型。 鹽城公司從2008年6月份起,凡新裝IT設備,全部使用高壓直流供電,目前已替換了七套UPS系統(tǒng),現(xiàn)場裝表測量,安全性優(yōu)于UPS,節(jié)能25%以上。,2007-10月江蘇鹽城開始高壓直流供電試驗,23套高壓直流供電系統(tǒng)在線運行,節(jié)能效果好、安全性高,采用標稱電壓為240V的高壓直流電源替代交流UPS向IT設備供電,不需要對IT設備內(nèi)部改造,不需要對IT設備輸入接口改造,在保障通信安全、降低運行能耗、節(jié)約建設成本、操作維護簡單等方面比UPS供電系統(tǒng)具有很大優(yōu)勢。該項目通過現(xiàn)場試驗,每套系統(tǒng)均節(jié)能2030%。,高壓直流解決了哪些問題,適應性強,240V直流供電系統(tǒng)能
21、夠支持IT設備的主要電源標準(ATX、SSI標準) 個案:CRT顯示器變色、激光打印機(熱量不夠,墨烤不干) 供電系統(tǒng)可靠性大大提高,240V系統(tǒng)最長使用2年,目前所有系統(tǒng)運行穩(wěn)定,解決了UPS系統(tǒng)故障頻發(fā)、系統(tǒng)阻斷問題 分散供電模式 蓄電池直接向負荷供電 擴容方便,可維護性強 不存在“零地”電壓差問題 節(jié)能效果明顯 徐州節(jié)電27%,無錫節(jié)電30% 節(jié)省投資40%以上,減少超前投資50%以上 全部采用國產(chǎn)電源設備,IT設備高壓直流供電取代UPS是明顯的趨勢,通信用240V直流供電系統(tǒng)技術要求已經(jīng)頒發(fā),09年12月1日,由TC4、中國電信提出的通信用240V直流供電系統(tǒng)技術要求YDB 03720
22、09 通過工信部審查,12月10日頒發(fā)。,已引起通信電源行業(yè)的廣泛關注,產(chǎn)業(yè)鏈支持不存在問題。,高頻開關電源 眾多廠家有電力操作電源產(chǎn)品系列;產(chǎn)品技術要求規(guī)范、明確 現(xiàn)場試驗包括:中達電通、艾默生、中恒、動力源、伊頓等 蓄電池 無特殊要求 電纜、母線 載流量比-48V系統(tǒng)低,現(xiàn)有產(chǎn)品系列基本可以兼容;無特殊要求 開關、熔斷器等控制器件 有各種電壓等級、電流規(guī)格的產(chǎn)品,已經(jīng)通過大量現(xiàn)場障礙模擬實驗 (與國家電力公司的運行規(guī)范相背,專利重要權利之一),中國電信江蘇分公司內(nèi)部推進措施,1、鼓勵試點,將高壓直流列為創(chuàng)新項目,對復制、采用創(chuàng)新項目的其他本地網(wǎng),將在年度考評中加分、創(chuàng)新項目原創(chuàng)單位也相應加分。 2、組織虛
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