云机房供配电系统规划 设计与运维

UPS领域资深专家王其英老师又一力作。

原理、电路讲解真正通俗易懂；

规划、设计与运维系统有机结合。

《云机房供配电系统规划设计与运维》本书在讲解UPS基本知识、基本原理、基本电路的基础上,重点对机房供电系统的认识误区进行了逐一讨论,并给出了对于规划、设计和选型的正确认识和理解。书中明确了高频机和模块化UPS供电系统是今后数据中心电源的主流设备,它不但符合我国的国策,而且也克服了工频机UPS无法解决的所有缺陷。在此基础之上,在本书的最后,对机房供电系统的运维、故障分析和处理进行了系统的阐述,并列举了相当数量的实例加以说明。

本书通过编者通俗易懂、深入浅出的分析,使读者不但知道怎么做,还能知道这么做的原因。本书适合从事机房供电系统规划、设计、选型及运维的技术人员学习、阅读。

第一章概述1

第一节UPS市场状况和一般分类1

一、UPS的市场状况1

二、UPS的一般分类3

第二节UPS产品的发展5

一、UPS的发展趋势5

二、UPS的电路构成8

三、传统双变换UPS存在的问题和新电路的问世10

四、UPS的模块化结构22

第三节UPS解决方案的发展概况27

一、UPS发展趋势27

二、从IT系统面临的几个问题看对供电的要求30

三、数据中心功能范围的一般划分32

四、机房制冷系统概述36

第四节EPS和专用UPS的出现44

一、EPS44

二、专用UPS45

三、磁悬浮飞轮储能及制能系统49

第五节数据中心供电设备的类型及特点54

一、数据中心供电系统的演变54

二、当代数据中心UPS的供电类型及工作原理56

三、国际上市电交流电的类型59

第六节UPS新技术62

一、ECO工作模式的新结构62

二、多级UPS并机控制技术63

三、满载和过载情况下的验机技术67

四、空间矢量控制技术72

第二章UPS系统基础知识74

第一节交流电基本知识74

一、概述74

二、基本概念术语75

三、无功功率的作用80

四、IT设备的负载性质82

第二节UPS技术指标86

一、输入电压范围86

二、UPS输入电压的频率范围95

三、输入功率因数97

第三节UPS整流器和充电器的基本电路98

一、单相整流器的基本电路形式98

二、三相整流器的基本电路形式100

三、高频开关整流器105

四、IGBT整流器与二极管、晶闸管整流器的区别108

第四节UPS的辅助电源110

一、正激变换器110

二、反激变换器111

三、逆变器112

第五节N+X冗余并联式模块化UPS的发展与应用128

一、当代供电系统的需要128

二、可靠性与可用性129

第六节Delta变换式UPS产品技术138

第七节高频大功率UPS逆变电路的重大突破139

一、双电源输入带来的问题139

二、单电源技术的推出140

第八节“高压直流”UPS的应用及其前景141

一、直流UPS的概况141

二、直流UPS使用中的“未知数”144

三、直流UPS和IT设备使用不当145

第三章数据中心机房供电系统规划误区和障碍147

第一节工频机和高频机147

一、概述147

二、高频机型结构UPS的优越性能147

三、工频机型UPS输出变压器只有变压和产生隔离接地点功能153

第二节对Delta变换技术的误解162

一、认为Delta变换技术是在线互动式162

二、认为Delta变换UPS输出的80%功率是市电直接提供的164

三、Delta变换式UPS的输出电压不稳频170

四、关于Delta变换式UPS对电池动态的影响172

五、DeltaUPS输入端断电和短路时的情况176

六、逆变器电池组供电电源可靠性的计算178

七、Delta变换式UPS的输出电压和输入电压相等时就相当于

一根短路电缆181

第三节对零地电压的误解182

一、有关机房验收标准的规定和负面效应182

二、对直流零地电压的实验182

三、零地脉冲电压的实验183

四、两种实验的结果分析185

五、零地电压的构成185

六、对零地电压认识的又一误区186

第四节对功率因数的误解187

一、UPS与后备发电机的配比问题187

二、认为UPS有两个功率因数187

三、当负载功率因数小于1时的UPS输出能力剖析188

第五节认为UPS的输出变压器能抗干扰191

一、对变压器功能的无限夸张191

二、变压器不合理安装带来的危害191

第六节UPS输出电压稳频和无功功率无用192

一、认为UPS的输出电压在正常情况下是稳频的192

二、认为UPS输出的无功功率无用193

第七节对以往负载性质的误解195

一、认为以往的计算机是容性负载195

二、认为UPS是带容性负载的,不能带感性负载195

三、认为容性负载是非线性的196

第四章数据中心供电系统节能减排设计198

第一节节能设计的第一步———选择节能的供电设备199

第二节在线互动电路的特点及与其他电路结构的区别202

一、三端口与在线互动的区别202

二、多抽头调节在线互动式UPS205

第三节节能减排设计的第二步———规划节能的连接方式207

一、不合理的连接和解决办法207

二、不节能的配置和解决方案208

三、不可靠的配置和解决方案210

四、在满足要求的前提下简化系统211

第四节节能减排设计的第三步———采取节能的运行策略212

一、休眠式工作模式212

二、旁路式工作模式213

第五节节能减排设计的第四步———引入节能的验机技术214

一、为什么要验机,为什么要带载验机214

二、带载验机的困难215

三、EasyLoad无假负载验机技术216

四、EasyLoad负载验机方案对电网有无影响219

第五章UPS配套设施的规划设计220

第一节现代发电机组的基本特点220

一、系列化发电机的功率范围220

二、发电机工作原理220

第二节现代柴油发电机组的等级划分221

一、发电机的性能等级221

二、自动化发电机组等级221

三、发电机的功率定额223

四、目前主要发电机组国标和部标223

五、一般柴油发电机的主要技术指标224

六、UPS与柴油发电机组配套使用时的注意事项225

七、正确选择发电机组226

八、一般柴油发电机的标准配置232

九、并联柴油发电机组的节能运行234

第三节后备蓄电池234

一、概述234

二、常用铅酸电池的性能与基本参数237

三、正常工作中电池自燃的问题247

四、电池容量的计算与选择248

五、UPS逆变器的关机电压是怎样规定的252

六、电池电压和容量的测量254

七、关于市场上电池容量计算公式的讨论256

第四节电池家族的新成员259

一、燃料电池259

二、螺旋卷绕式铅酸蓄电池260

三、锂离子电池261

四、钠硫电池263

五、液流电池263

六、石墨烯电池263

七、飞轮储能式电池264

第五节配电柜、断路器与防雷器264

一、交流配电柜264

二、防雷器的特性及选择265

三、断路器的特性及选择269

四、低压断路器的电流参数282

五、总线断路器的选择284

第六节IT机房设备的配电方式285

一、具有漏电保护功能断路器的迷惑285

二、UPS前面加带漏电保护断路器的弊病286

三、外接隔离变压器的后果286

四、安装带漏电保护断路器的相关国家规定287

第七节静态开关(STS)的原理及应用288

一、基本介绍288

二、数字型静态开关(DSTS)的功能292

三、静态转换开关的参数设置294

四、STS的分类295

五、STS的电路结构299

六、STS的工作原理303

七、STS的实际应用308

八、STS的节能应用311

第八节ATS的应用316

一、ATS的一般介绍316

二、ATS转换开关的工作原理316

三、CB级和PC级ATSE性能比较317

四、PC级ATS的相关参数选择317

五、ATS动作时间选择319

第九节数据中心天然气三联供319

一、燃气三联供的原理及分类320

二、燃气冷热电三联供的优势320

第十节吸收式溴化锂制冷机323

一、机械制冷机323

二、吸收式溴化锂制冷机323

第六章UPS的可靠性设计326

第一节概述326

一、可靠性的概念与定义326

二、系统可靠性设计举例330

第二节影响UPS可靠性与寿命的因素与解决方法335

一、外部环境因素对机器的影响335

二、内部因素对电子设备的影响337

第三节电能消耗对系统可靠性的影响339

一、效率与可靠性的关系339

二、降低制冷系统功耗的途径340

三、数据中心依靠冷媒的自然冷却系统343

四、无冷媒的自然风冷却系统347

五、IT设备节能运行的前景349

第七章数据中心的照明350

第一节照明必须节能减排350

一、数据中心与照明的关系350

二、气体放电灯的主要品种352

第二节数据中心照明带来的问题354

一、照明灯具的选择354

二、照明灯具的能量损失355

第三节照明节能原理及电路构成356

一、节能原理356

二、电路构成357

第四节无级调压智能电路的构成360

一、无间断转换电路360

二、不间断电压调整原理361

三、NPLS照明电源的实施电路363

四、照明节能电源的辅助功能365

第五节照明节能的经济效益和社会效益366

一、经济效益和社会效益366

二、照明节能电源与应急电源UPS的配合367

第六节数据中心的LED照明367

一、LED照明的优点367

二、照明的术语368

三、LED结构以及发光原理369

四、数据中心的LED应用370

五、现有的灯具替换成LED灯的缺点和优势370

第七节数据中心照明解决方案372

一、数据中心照明设计方案372

二、某银联商务数据中心照明解决方案374

第八章数据中心机房的运维管理375

第一节运维在数据中心的地位375

一、运维工程师与幼儿园教师375

二、数据中心运维人员的工作原则376

三、运维管理的一般内容378

第二节运维人员应具备的素质381

一、深厚的理论基础381

二、丰富的实践经验383

三、极强的责任心383

四、敏锐的前瞻意识383

第三节供电系统的运维384

一、数据中心机房供电系统的构成384

二、变配电室的运维要求385

三、发电机的维护388

第四节中心机房UPS供电系统的日常维护390

一、UPS供电系统的日常巡检和保养390

二、制冷系统的日常维护393

三、机房空调常见故障及排除方法397

第五节机房运维用仪器仪表401

一、有效值数字万用表401

二、电能质量分析仪402

三、电池内阻测试仪406

四、粒子计数器409

五、红外热成像仪412

六、制冷剂泄漏检测仪412

第九章机房故障类型与处理措施415

第一节故障的类型及原因415

一、人为故障的几种表现415

二、机器质量故障419

第二节故障分析与处理实例421

一、常见故障分析与处理421

二、“经验”导致的故障433

三、生产工艺监督不严导致的故障436

四、安装和维护上的缺欠导致的故障440

五、配置和安装不合理导致的故障441

六、不切合实际地追求高指标而导致的故障445

七、规章制度不严导致的故障447

八、市电电压浪涌导致的故障448

九、UPS对IT设备的干扰450

十、输入功率因数过低导致故障454

第三节配电系统故障及处理455

一、UPS输出端断路器群跳闸455

二、断路器越级跳闸457

三、雷击故障458

在电网系统内工作的各级、各类人员，均应熟悉包括《电力安全工作规程》在内的相关安全法律法规、规程规范的全部或有关部分，根据不同情况，工作前必须经过培训、学习、考试合格后，方能上岗工作。

本书是根据相关法律法规、国家电网公司及相关部门发布的规程规范等条文编写，同时参考并引用了国家电网公司、南方电网公司、河南省电力公司相关部门的培训文件、资料及要求。全书共分五大部分，可作为从事电网检修、电网运行、电网营销、电网建设工程技术人员的安全培训教材。本书简明、概括，可与相关法律法规、规程规范等文件配套使用，同时配备了典型案例，使读者明了电网安全生产的重要意义。

本书由国网河南省电力公司技能培训中心张涛和国网河南三门峡供电公司司毅峰担任主编，国网河南沈丘县供电公司王飞鹏、国网河南南阳供电公司陈攀、国网河南省电力公司经济技术研究院梁飞鸿为副主编。

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国网河南南阳供电公司李晓豫、段晓担任主审。

本书在编写过程中，得到了国网河南省电力公司技能培训中心、相关电网企业的大力帮助和技术支持，在此深表谢意。

由于编者的工作局限性和地域性所限，加之编写时间短促，本书难免存在疏漏、错误和不妥之处，恳请各位专家、读者、安全工作者、安监工程师们提出宝贵意见，使之不断完善。

编者