三相高頻整流UPS輸入電源零線中斷對UPS運行影響的分析

林 偉

（民航福建空管分局，福建 福州 350209）

0 引 言

高頻整流UPS中，不同廠家、不同型號的UPS，對于零線的處理原理是不同的[1]。但是，就零線存在與否對UPS正常工作的影響以及輸入零線突然中斷時的相應防范措施而言，基本可分為如下兩類。

1 帶電容分壓的高頻整流UPS

圖1為帶電容分壓的高頻整流UPS線路。

圖1 帶電容分壓的高頻整流UPS線路

帶電容分壓的UPS通常直流母線的電壓較高，一般都高達800 V以上，然后采用兩個串聯(lián)電容將800 V的電壓分成兩個400 V，同時從兩個電容的連結(jié)點接出零線，該零線在UPS的端接頭與旁路市電的輸入零線短接在一起。該零線具有兩個作用，（1）實現(xiàn)對分壓電容的中性點電壓鉗位，（2）系統(tǒng)轉(zhuǎn)旁路時提供單相負載的電流通路。該類UPS在市電零線中斷時，通常其總的直流母線電壓依然能保持在正常工作水平，但是由于系統(tǒng)的輸出線處于懸浮（Floating）狀態(tài)，受負載平衡度的影響，其上、下電容的電壓可能會偏離額定電壓，導致單側(cè)電容電壓出現(xiàn)過壓，并導致機器自保護關(guān)機的現(xiàn)象。例如，伊頓93e、伊頓9390、Sxxx7000及Exxx NX UPS都屬于這種結(jié)構(gòu)的UPS。

民航福建空管分局有兩臺伊頓9390 40 kVA 1+1冗余并機UPS于2018年8月8日發(fā)現(xiàn)1#機的負載量為24%，而2#機的負載量為4%左右；但是正常情況下，兩臺的負載量都為10%左右，偏差不大。因此，判定當前負載均分嚴重不平衡。因為伊頓9390 UPS 1+1冗余并機的兩臺主機負載不均分不超過40%，所以動力監(jiān)控軟件和UPS歷史記錄不會有記錄，UPS不會發(fā)生任何告警。但是當該型號UPS 1+1冗余并機的兩臺UPS不平衡度超過40%，就會發(fā)生告警，甚至保護關(guān)機。由于當天崗位人員要對設備進行例行日維護，在現(xiàn)場通過UPS面板顯示的數(shù)據(jù)及時發(fā)現(xiàn)了兩臺并聯(lián)UPS負載不均分的情況，即刻對2臺UPS進行停機檢查。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，1#機輸出R相交流電容有鼓包現(xiàn)象，且電容量明顯下降。經(jīng)更換電容備件后，1#機開機啟動恢復正常運行，同時加固輸入零線連接頭的接觸強度，避免零線接觸不良的情況。

對于該類UPS，如果供電環(huán)境無法保證零線的接入可靠性，解決方法是需要在市電正常模式下識別零線狀態(tài)。若出現(xiàn)零線異常，及時報警或切換到電池模式工作，并能自動調(diào)節(jié)正負電壓的平衡度。

2 不帶電容分壓的高頻整流UPS

圖2為不帶電容分壓的高頻整流UPS線路。

圖2 不帶電容分壓的高頻整流UPS線路

不帶分壓電容的UPS的直流母線電壓通常為620 V左右，沒有中心電容分壓，采用四橋臂變換逆變器，其零線直接接在兩個IGBT管的中間，產(chǎn)生一個零橋。該零線在UPS的端接頭與旁路市電的輸入零線短接在一起。但是該零線僅起到系統(tǒng)轉(zhuǎn)旁路時提供單相負載的電流通路的作用，而沒有分壓電容中性點的鉗位作用。該類UPS在市電零線中斷時，系統(tǒng)的輸出線同樣處于懸浮（Floating）狀態(tài)，但是其逆變器的輸入電壓完全取決于總直流母線電壓。只要直流母線電壓依然保持恒定，系統(tǒng)就能保持正常的帶載工作[2]。市場上僅有伊頓的9395采用這樣的電路結(jié)構(gòu)。

3 結(jié) 論

在高頻整流UPS系統(tǒng)中通常不配備隔離變壓器，其電源輸出零線與市電輸入零線共用；如果零線不穩(wěn)定，勢必影響UPS系統(tǒng)的正常運行，所以要時刻監(jiān)測零線運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常時需要有UPS自動轉(zhuǎn)電池模式且自動調(diào)整正負電壓平衡度的機制。此外，可運用增加一對IGBT逆變橋的技術(shù)，形成四橋臂變換逆變器，UPS輸出零線由逆變器生成，與輸入市電零線無關(guān)，從而確保輸出零線不受外部供電環(huán)境的影響。