一种新型UPS后备蓄电池组切换解决方案

刘俊健，袁林波，刘西翠

（中国移动通信集团广东有限公司东莞分公司，东莞 513129）

一种新型UPS后备蓄电池组切换解决方案

刘俊健，袁林波，刘西翠

（中国移动通信集团广东有限公司东莞分公司，东莞 513129）

本文提出一种新型UPS后备蓄电池组切换的解决方案，在双机并联功率均分UPS系统中，当一台UPS输出故障时，两台UPS的后备蓄电池组自动同时为负载供电，从而实现了蓄电池组实际后备时长无缩减、并联操作无安全隐患的效果。

UPS；蓄电池；自动切换

基于通信网络设备的供电安全性、可靠性要求高，通信机房UPS电源系统普遍采取双机并联功率均分的运行结构。为使单机故障时后备蓄电池能够互相投用，目前两台UPS蓄电池组之间普遍装有手动切换开关，当一台UPS输出故障时，维护人员通过手动切换开关将两台UPS的蓄电池组全部投入为负载供电。

目前的手动切换方式具有蓄电池组实际后备时长大幅缩减、手动切换并联操作安全隐患大等缺点。为解决当前存在的问题，东莞公司通过对UPS结构、蓄电池切换柜结构以及自动双电源切换断路器原理进行深入分析，并结合UPS厂家及断路器厂家意见，提出了一种新型UPS后备蓄电池组切换的解决方案，实现两台UPS的后备蓄电池组在故障发生时立即同时为负载供电，以提升系统蓄电池组实际后备时长并且消除并联操作安全隐患。

1 现有UPS后备蓄电池组切换解决方案

通过调查分析，目前UPS后备蓄电池组切换柜有两种方案。

1.1 常规UPS蓄电池组手动切换柜

常规UPS蓄电池组手动切换柜是目前结构最简单、使用最广泛的方案。假设UPS1故障，该切换柜操作的条件及顺序如下：

（1）市电故障且UPS1逆变器故障，负载由UPS2接管；

（2）UPS2蓄电池组单独向负载供电；

（3）维护人员到达现场，断开UPS1电池开关Q1，使故障UPS脱离系统；

（4）维护人员闭合手动联络开关Q5，使UPS1蓄电池组接入UPS2；

（5）UPS1蓄电池组与UPS2蓄电池组并联经过UPS2为负载供电。

1.2 UPS后备蓄电池手动转换柜

UPS后备蓄电池手动转换柜是第二种解决方案，目前在部分省市公司使用。该解决方案由6个断路器和2个过渡电阻组成。

假设UPS1故障，该切换柜操作的条件及顺序如下：

（1）市电故障且UPS1逆变器故障，负载由UPS2接管；

（2）UPS2蓄电池组单独向负载供电；

（3）维护人员到达现场断开UPS1电池开关QSA1、QSA2，使故障UPS脱离系统；

（4）拔出联络开关下的熔丝FU5、FU7；

（5）合上联络开关QSA3，等待10s后装上熔丝FU5；

（6）合上联络开关QSA4，等待10s后装上熔丝FU7；

（7）UPS1蓄电池组与UPS2蓄电池组联合经过UPS2为负载供电。

2 现有解决方案缺点

2.1 常规UPS蓄电池组手动切换柜

常规的UPS蓄电池组手动切换柜，当一台UPS逆变故障时，需要维护人员赶赴现场后才能手动操作断开故障UPS，然后闭合手动联络开关，使两台UPS的蓄电池组并联为负载供电。这样存在以下缺点：

（1）蓄电池组实际后备时长大幅缩减。维护规范要求UPS故障后维护人员须在30min内赶赴现场。经计算，假设UPS系统正常情况下常载总后备时长为2h，若UPS1故障后由UPS2的蓄电池组放电30min后再并入UPS1的蓄电池组，系统实际总后备时长为1.5h，蓄电池组实际后备时长缩减了25%。

（2）并联操作安全隐患大。当其中一台UPS的蓄电池组放电30min后，两台UPS蓄电池组间将存在较高的电压差，并联操作将造成瞬时大电流和电弧的产生，存在影响操作人员和设备安全的隐患。

2.2 UPS后备蓄电池手动转换柜

UPS后备蓄电池手动转换柜的方案中，由2个过渡电阻消除并联操作时产生的电弧，保障操作人员和设备的安全，但依然存在以下缺点：

（1） 蓄电池组实际后备时长大幅缩减。由于该方案在UPS故障后需要维护人员赶赴现场才能进行手动切换，故与常规UPS蓄电池组手动切换柜一样，蓄电池组实际后备时长缩减了25%。

（2）并联操作仍有一定安全隐患。并联操作时两台UPS的蓄电池组依然是容量差、电压差较高，并且该方案操作较常规手动切换柜更为复杂，存在带电情况下拔插熔丝的操作，需要维护人员紧急情况下逻辑思路清晰、操作熟练。故该方案在并联操作时仍有不少的安全隐患。

目前两种UPS蓄电池组切换柜解决方案的缺点均是由于一台UPS逆变故障时，两台UPS的后备蓄电池组不能立即同时为负载供电。本文旨在解决这一技术问题，提出一种新型切换解决方案。

3 新型UPS后备蓄电池组切换解决方案

为解决现有UPS后备蓄电池组切换柜方案存在的问题，东莞公司提出了UPS后备蓄电池组自动切换装置的方案。

3.1 UPS后备蓄电池组自动切换装置主电路

图1 UPS后备蓄电池组自动切换装置结构图

如图1所示，该装置中的自动切换开关Q1、Q2为自动双电源切换断路器，断路器的额定电压、额定电流等参数需根据UPS输出总电压、UPS蓄电池组总电压以及UPS负载电流的大小而选定。自动双电源切换断路器的两个切换触点分别接入UPS1及UPS2，根据控制电路的控制信号使蓄电池组在两台UPS之间相互切换。

3.2 UPS后备蓄电池组自动切换装置控制电路

图2 UPS后备蓄电池组自动切换装置电气控制图

UPS后备蓄电池组自动切换装置的电气控制电路图如图2所示。图中的K1-1、K1-2分别为UPS1市电故障告警干接点及UPS1逆变器故障告警干接点；K2-1、K2-2分别为UPS2市电故障告警干接点及UPS2逆变器故障告警干接点；MC Q1、MC Q2分别为Q1、Q2的控制线圈。

为保证控制电路始终有工作电源，控制电路需从UPS系统总输出处取电；为提高控制线路可靠性，避免控制线路开路故障时触发误动作，全部告警干接点需采用常开触点。断路器的控制线圈MC与UPS市电故障告警干接点、逆变器故障告警干接点串联，当两个告警干接点同时闭合时，控制线圈MC得电工作，断路器动作。

3.3 UPS后备蓄电池组自动切换装置动作顺序

UPS系统在不同工作状态下，UPS后备蓄电池组自动切换装置内各器件的工作状态及动作顺序如下。

（1） 正常工作：告警接点K1-1、K2-1及K1-2、K2-2均开路，两个线圈MC失电，Q1、Q2处于正常状态，分别投掷在UPS1和UPS2上；

UPS1、 UPS2分别为UPS1、 UPS2后备蓄电池组充电。

（2） 市电故障：告警接点K1-1及K2-1闭合，K1-2及K2-2开路，两个线圈MC失电，Q1、Q2处于正常状态，分别投掷在UPS1和UPS2上；

UPS1、 UPS2后备蓄电池组分别经过UPS1、UPS2为负载供电。

（3）市电故障且UPS1逆变器故障：告警接点K1-1及K2-1闭合，K1-2闭合，K2-2开路；

线圈MC Q1得电工作， Q1自动投掷至UPS2，UPS1后备蓄电池组接入UPS2；

UPS1及UPS2的后备蓄电池组并联经过UPS2为负载供电。

（4） 市电故障且UPS2逆变器故障：告警接点K1-1及 K2-1闭合，K1-2开路，K2- 2闭合；

线圈MC Q2得电工作， Q2自动投掷至UPS1，UPS2后备蓄电池组接入UPS1；

UPS1及UPS2的后备蓄电池组并联经过UPS1为负载供电。

4 新型解决方案优点

UPS后备蓄电池组自动切换装置与目前的手动切换柜相比，优点如下：

（1）单台UPS输出故障时两台UPS的后备蓄电池组自动同时为负载供电。本方案将自动双电源切换系统与UPS后备蓄电池切换柜相结合，创新设计发明了UPS后备蓄电池组自动切换装置的主电路以及控制电路。当一台UPS输出故障时，控制电路检测到市电告警及逆变器告警，触发双电源自动断路器动作，使两台UPS的后备蓄电池组自动接入正常运行的UPS为负载供电。

（2）单台UPS输出故障时UPS系统总后备时长无缩减。市电故障但UPS无故障时，两台UPS的后备蓄电池组同时为负载供电，假设系统总后备时长为2h；本方案中市电故障且单台UPS逆变故障时，两台UPS的后备蓄电池组自动同时为负载供电，系统总后备时长依然为2h。因此本提案具有单台UPS逆变故障时UPS系统总后备时长无缩减的优点。

（3）两台UPS的后备蓄电池组并联时无安全隐患。由于市电故障且单台UPS逆变故障时，无需维护人员操作，双电源切换开关会立即自动动作，使两台UPS的后备蓄电池组立即自动并联，这时两台UPS的后备蓄电池组容量及电压差接近为零，并联接入不会有瞬时大电流和电弧的产生。因此本方案具有两台UPS的后备蓄电池组并联时无安全隐患的优点。

5 结束语

双机并联功率均分UPS系统在通信电源系统中广泛使用，本解决方案创新性的实现了单台UPS输出故障时两台UPS的后备蓄电池组自动同时为负载供电，从而大幅提升了蓄电池组实际后备时长并且消除了并联操作安全隐患，具有广泛且重要的实用价值。

中国移动安徽数据中心全面开工

2012年10月28日，中国移动安徽数据中心项目开工仪式在安徽淮南市隆重举行。预计2014年一期工程投入运行。安徽省常务副省长詹夏来，中国移动通信集团公司副总裁刘爱力、安徽省淮南市委书记杨振超、淮南市长曹勇、中国移动安徽公司总经理郑杰等领导出席了开工仪式。

中国移动安徽数据中心按照“立足安徽、服务华东、支撑全国”的发展定位，数据中心建成后，将成为一个高科技、信息化、绿色环保的世界一流信息园区，届时将形成1.5万个机架的托管能力，超过1万G的互联网出口带宽，预计将孵化200家互联网企业，吸引超过2000家互联网企业、语音识别企业、动漫企业、区域总部、车联网企业等入驻。

中国移动通信集团公司副总裁刘爱力在开工仪式上表示，近年来，安徽抢抓机遇、厚积薄发，经济社会实现了跨越式的发展，走在了中部崛起的前列。信息之于社会，犹如货币之于经济。双方在数据中心项目上的合作，将为安徽省信息产业的跨越发展奠定坚实的基础，对促进安徽的经济结构调整、发展方式转型起到重要的推动作用。中国移动将继续加大对安徽的信息基础网络建设的投资力度，为公众、企业、政府提供全方位的信息化服务，为安徽走出“六条新路”，打造“三个强省”，建设“美好安徽”做出新的更大贡献。

A novel switching solution of UPS backup battery

LIU Jun-jian, YUAN Lin-bo, LIU Xi-cui
(China Mobile Group Guangdong Co., Ltd. Dongguan Branch, Dongguan 523129, China)

This article proposed a novel switching solution of UPS backup battery .When a UPS output fault, the two UPS backup batteries automatically load supply which can achieve the effect that battery backup time without reduction, parallel operation no security risks.

UPS; battery; suto-switch

TN86

A

1008-5599（2012）11-0017-04

2012-09-10