中性線(xiàn)的轉換對UPS電源性能的影響和對策

(2) 中性線(xiàn)瞬時(shí)中斷

當UPS上游市電和發(fā)電機電源轉換采用先斷后合4極ATS時(shí)，UPS輸入中性線(xiàn)會(huì )出現瞬時(shí)中斷。中性線(xiàn)瞬時(shí)中斷與“斷零”不同，“中性線(xiàn)與相線(xiàn)轉換極同時(shí)動(dòng)作的4極ATS”，在轉換過(guò)程中相線(xiàn)和中性線(xiàn)同時(shí)斷開(kāi)和同時(shí)接通，不存在使負載側中性點(diǎn)偏移和三相電壓不平衡的問(wèn)題，但會(huì )使UPS的輸入和輸出中性線(xiàn)接地基準斷開(kāi)。同樣，“中性線(xiàn)最后斷開(kāi)，最先閉合的4極ATS”也只存在UPS的輸入和輸出中性線(xiàn)接地基準斷開(kāi)的問(wèn)題。UPS輸出中性線(xiàn)不是斷線(xiàn)，UPS的逆變器仍然可以產(chǎn)生中性線(xiàn)，只是中性線(xiàn)沒(méi)有接地。

UPS的輸入和輸出中性線(xiàn)接地基準斷開(kāi)的危害與“斷零”對UPS的危害相同，參見(jiàn)本節的(1)中分析。

(3) 中性線(xiàn)基準斷開(kāi)對負載設備的危害

有些重要負載設備在UPS輸出中性線(xiàn)基準斷開(kāi)時(shí)受到的影響與UPS的情況類(lèi)似。

4.3 對UPS 中性線(xiàn)的基本要求

IEC/EN62040-1-2和GB7260-4明確規定：在UPS輸出中性線(xiàn)依賴(lài)于輸入電源中性線(xiàn)的場(chǎng)合，應提供適當的安裝設計說(shuō)明，防止由于電源的隔離/轉換引起的中性線(xiàn)基準的中斷現象。

CEMEP European UPS Guide也明確規定：許多UPS系統采用輸入電源的中性線(xiàn)作為UPS 輸出中性線(xiàn)的基準，當對UPS上游電源采用多電源隔離或轉換時(shí)，應特別注意要確保輸入電源中性線(xiàn)基準在UPS運行期間不會(huì )斷開(kāi)。

對UPS中性線(xiàn)的具體要求和措施介紹如下。

(1)UPS上游和下游均采用TN-S系統

輸入市電電源中性線(xiàn)固定接地，且僅在變壓器(或低壓進(jìn)線(xiàn)柜處)一處接地，UPS輸入和輸出供電系統均為T(mén)N-S系統。

(2)UPS輸入中性線(xiàn)和輸出中性線(xiàn)連接

UPS輸出的中性線(xiàn)與市電輸入中性線(xiàn)連接，并通過(guò)市電中性線(xiàn)接地。

(3)UPS輸入中性線(xiàn)不應長(cháng)時(shí)間斷開(kāi)

UPS上游低壓配電分路均應采用3極斷路器，確保UPS上游的斷路器在任何狀態(tài)下，從市電中性點(diǎn)至UPS的中性線(xiàn)輸入端的電路都不會(huì )斷開(kāi)。

(4)UPS輸入中性線(xiàn)不應瞬時(shí)斷開(kāi)

在UPS上游電源轉換的情況下，不允許UPS輸入中性線(xiàn)瞬時(shí)斷開(kāi)。有些UPS可能在輸出端采用輸出隔離變壓器，或借助于輸出配電單元(PDU)中的隔離變壓器獲得新的與市電中性線(xiàn)隔離的、獨立接地的中性線(xiàn)。因此，可保證UPS輸出中性線(xiàn)接地基準(即負載設備的輸入電源中性線(xiàn)接地基準)不會(huì )中斷(圖10)。但是，為了確保UPS自身的正常運行，仍不允許UPS輸入中性線(xiàn)斷開(kāi)。

圖10借助于輸出隔離變壓器產(chǎn)生獨立電源(SDS)的UPS

(5)嚴禁在UPS 輸出端將中性線(xiàn)與地線(xiàn)(PE)直接連接

應該指出，不允許在UPS 輸出端將UPS 輸出中性線(xiàn)直接連接到接地極或PE線(xiàn)，這樣雖然可以保證UPS輸出中性線(xiàn)基準的連續不斷，但由于TN-S系統的中性線(xiàn)多點(diǎn)接地，將會(huì )引發(fā)供電系統更嚴重的故障。

5 上游電源中性線(xiàn)轉換的UPS的解決方案

5.1 采用中性線(xiàn)重疊轉換的4極ATS轉換電路

隨著(zhù)配電系統對接地故障保護(GFP)要求越來(lái)越高，為保證GFP的正常運行，多電源的中性線(xiàn)必須隔離，采用4極ATS已成為必然趨勢。其中中性線(xiàn)重疊轉換4極ATS轉換電路(圖7)既解決了對GFP的影響問(wèn)題，又不會(huì )引起中性線(xiàn)中斷。而中性線(xiàn)先斷后合的4極ATS (圖6) 對UPS和負載設備運行尚有嚴重影響，已被現場(chǎng)故障所證實(shí)。因此，在UPS 應用中，中性線(xiàn)重疊轉換的4極ATS轉換電路是唯一最佳選擇(圖11)。

此外，在暫未采用接地保護GFP的配電系統或采用了GFP保護裝置但系統中，只有一個(gè)ATS的場(chǎng)合，也可以采用圖1的3極ATS的轉換電路。

圖11 上游采用中性線(xiàn)重疊轉換ATS的UPS

5.2 采用中性線(xiàn)先斷后合4極ATS 的解決方案

如果UPS 上游已采用了中性線(xiàn)先斷后合4極ATS的轉換電路(圖6)，可考慮采用以下方案。

(1)增加旁路隔離變壓器

如圖12所示，UPS的主輸入直接從副邊為Y型接法，中性線(xiàn)接地的市電變壓器電源引入;旁路輸入由同一電源的另一分路經(jīng)旁路隔離變壓器引入。旁路隔離變壓器的副邊也是Y型接法，中性點(diǎn)接地。旁路隔離變壓器的中性線(xiàn)連接接到UPS輸出中性線(xiàn)。實(shí)際上，UPS 的輸出中性線(xiàn)是通過(guò)旁路隔離變壓器的中性線(xiàn)接地的。這種接地電路的特點(diǎn)是如下。

① UPS的輸出中性線(xiàn)與旁路變壓器的中性線(xiàn)連接。旁路變壓器的中性線(xiàn)是通過(guò)旁路變壓器副邊產(chǎn)生并獨立接地，這個(gè)中性線(xiàn)基準不會(huì )因上游中性線(xiàn)轉換而斷開(kāi)，而且避免了與低壓配電系統中其它負載公用中性線(xiàn)的情況。因而有利于UPS輸出中性線(xiàn)對地電壓(零地電壓)的控制。

② UPS的輸出中性線(xiàn)和市電輸入電路的中性線(xiàn)通過(guò)旁路變壓器隔離。

③ 如果UPS設備與旁路變壓器的位置距負載比較近，可以有效抑制共模噪聲，確保UPS 輸出“零地電壓”較小。

圖12 用旁路隔離變壓器產(chǎn)生輸入中性線(xiàn)的UPS 接地系統

圖12 的電路適用于傳統有變壓器的UPS，隔離變壓器固定接在旁路電路中，因為整流器只需要3相3線(xiàn)電源(無(wú)中性線(xiàn))，仍由市電變壓器供電，在正常情況下工作于整流-逆變的雙變換方式，由市電直接供電，沒(méi)有因增加了旁路變壓器而增加損耗。

(2)增加UPS 輸入變壓器

因為無(wú)變壓器UPS的整流器也需要3相4線(xiàn)(包括中性線(xiàn))電源，上述隔離變壓器必須同時(shí)為整流器和旁路提供3相4線(xiàn)電源。實(shí)際上，對于無(wú)變壓器UPS，需要增加一臺輸入隔離變壓器，主輸入和旁路輸入均由這個(gè)輸入隔離變壓器供電(見(jiàn)圖13)。