一种交流电源不间断割接解决方案

王 虎

（中国移动通信集团安徽有限公司，安徽 合肥 230088）

0 引 言

数据中心、电信运营商机房内安装有大量交流用电设备，要求7×24 h不间断供电。设备上游安装有大量不间断电源（Uninterruptible Power System，UPS）设备，在UPS设备替换、配电设备负荷转移、供电路由变更时均要求进行不断电在线割接[1]。目前，主流的交流电不断电割接技术需要先将割接前后的电源调整为同一电源输入，并将UPS设备全部设置为旁路供电模式，但大型数据中心、核心机楼均有多路市电输入且配置多台变压器，无法保证相同电源间割接。此外，UPS设备设置为旁路模式将失去蓄电池后备保护，一旦割接过程中市电中断，将直接导致用电设备宕机。而基于并网同步技术的交流电源不间断割接解决方案具备输入检测、负载同步、输出检测、输出控制、采样跟踪、故障保护以及操作提示等全面完善的应用功能，特别适用于大型数据中心、核心机楼等具备多路市电输入、多台变压器以及多套UPS系统的割接场景[2]。

1 设计方案

该交流电源不间断割接解决方案中，割接装置可采集割接前后的电源电能参数，包括输入电压、输入频率、输入相序以及输入谐波含量等。装置内部具有锁相同步电路，可以在UPS正常逆变工作模式下完成割接操作，一旦割接过程中市电出现异常，蓄电池可作为后备保护，负载不会断电，安全性较传统UPS旁路模式割接大大提高，同时开创了不同交流电源间不断电割接的技术先河。利用电源设备和中间分配柜的冗余开关将割接装置接入系统，使割接前和割接后的电源设备并网且同时为用电设备供电，进而通过相应的倒闸操作实现割接全过程用电设备不断电。

本文所提方案最大的优势在于不要求割接前后电源必须相同，仅需相序一致即可进行割接操作。方案包括割接步骤提示功能，提示割接人员操作流程并有闭锁保护，杜绝割接过程误操作。与此同时，具备电源质量检测告警系统，一旦割接过程中电源质量劣化或超出跟踪范围，便发出声光告警终止割接操作。

2 割接装置

2.1 装置组成

不同源交流电在线割接装置组成如图1所示。

图1 割接装置外观

割接前A/B/C/N相输入端子通过电缆与割接后交流电源设备连接，同时用于接收割接后交流电源设备的输入信息，包括电压、频率、相序以及谐波含量。割接后A/B/C/N相输入端子通过电缆与用电设备前级配电柜空余端子连接，同时用于接收割接前交流电源设备的输入信息，包括电压、频率、相序以及谐波含量。为了方便理解，后续将割接前的电源简称为第一电源，将割接后的电源简称为第二电源。

2.2 电路结构

割接电路设置于割接装置内部，用于接收第一电源与第二电源的输入信息，通过内部锁相变换电路使第二电源输出与第一电源设备同步，并在合闸按钮按下时控制第一电源与第二电源导通，以实现两路电源间的不断电割接。割接装置电路结构如图2所示。

图2 割接装置电路结构

输入检测单元用于检测第一电源输入信息和第二电源设备输入信息。为了实现对电能质量的准确检测，采用基于时域的对称分量检测方法，将采样波形转换为时序分量信息后再进行判断[3]。

在第一电源与第二电源不同步时，监控单元能够发送同步控制信号给负载同步单元。此外，监控单元还能接收合闸触发信号，在确定第一电源与第二电源设备同步时发送合闸命令给输出控制单元。

负载同步单元用于接收监控单元的同步控制信号，根据同步控制信号及第一电源的当前信息，由过零点检测电路、锁相环电路、计数器逻辑电路以及相位检测电路对第二电源的输入信息进行处理，得到与第一电源同步的电能参数[4]。其中，电能参数包括输入电压、输入频率、输入相序以及输入谐波含量等。

输出控制单元由交流接触器与合闸信号控制组成，人工按下输出合闸按键，当监控单元检测第一电源与第二电源同步且具备合闸条件后发送合闸命令，此时交流接触器闭合，第一电源与第二电源并联供电。

采样跟踪单元用于在割接装置内部交流接触器合闸前检测第一电源输入信息，将结果发送给监控单元。与此同时，在内部交流接触器合闸前后，检测第一电源与第二电源是否同步，如果不同步则发送信号至保护单元[5]。

保护单元主要接收监控单元发送的电压超范围告警、频率超范围告警、相序接反告警以及谐波超范围告警等不同步告警信号，执行相应的保护动作[6]。

3 割接步骤

该交流电源不间断割接解决方案实现了在不断电的情况下，将第一交流电源设备替换为第二交流电源设备，为用电设备供电。割接装置接线如图3所示。

图3 割接装置接线

在未割接前，第一交流电源设备通过电源分配柜与用电设备连接，为用电设备供电。割接装置作为中间媒介实现不断电割接，最终使第二交流电源设备替代第一交流电源设备来通过电源分配柜为用电设备供电。第一交流电源设备和第二交流电源设备分别具有蓄电池功能，均可以是UPS设备。本割接装置输入端子通过电缆与第二电源输出端子连接，输出端子通过电缆与输出分配柜的空闲端子连接。电缆连接时端子对应的所有断路器均断开，能够防止触电。

步骤1：闭合第二电源输出端子上的断路器，此时割接装置得电启动，并检测第二电源电能参数，若无告警则进入下一步。

步骤2：闭合电源分配柜输入端子上的断路器，通过电源分配柜与第一电源导通。但此时第一电源与第二电源还未同步，因此第二电源与电源分配柜之间还未导通。

步骤3：利用割接装置确定第一电源与第二电源是否同步，若不同步，则对第二电源参数进行处理，使其跟踪第一电源参数并锁相，此时显示屏提示割接装置具备合闸条件。

步骤4：操作人员按下装置合闸按钮，内部接触器吸合，此次第二电源经割接装置转换后与第一电源同步，同时为负载供电。

步骤5：断开第一电源输出端子上的断路器，断开电源分配柜输入端子上的断路器，此时第一电源完全与电源分配柜及负载脱离，第二电源通过割接装置单独为负载供电。由于割接装置检测不到第一电源参数，因此转为直通模式供电。

步骤6：将电源分配柜左侧电缆的一端由第一电源的输出端子割接至第二电源的输出端子，如图4所示。

图4 割接过程中的接线

步骤7：闭合第二电源输出端子及电源分配柜输入端子，此时第二电源分别通过割接装置及直连电缆同时为用电设备供电。

步骤8：按下割接装置上的分闸按钮，装置内部接触器断开。断开第二电源端子、电源分配柜端子，此时割接装置完全失电。将割接装置两端的电缆均拆除，从装置中移除系统，从而完成割接。

4 结 论

综上所述，提出不同交流电源间的不间隔割接技术，特别适用于大型数据中心、核心机楼等割接场景。主备UPS均在正常逆变工作模式下进行割接，割接过程简单、安全性高。主功率电路接通及断开由控制单元驱动交流接触器动作来取代以往的人工操作，避免误操作及人身伤害风险。程序内嵌割接步骤逻辑，违反逻辑将无法接通电路，避免系统短路或设备意外掉电，具有较强的实用性。