淺析不間斷電源在營(yíng)收系統(tǒng)中的應(yīng)用

趙瑞萍

（中國(guó)平煤神馬集團(tuán)計(jì)算機(jī)通訊分公司，河南 平頂山 467000）

0 引 言

中國(guó)平煤神馬集團(tuán)專用通信網(wǎng)（中平專網(wǎng)）已于2010年年初實(shí)現(xiàn)了三網(wǎng)融合，20多個(gè)營(yíng)業(yè)廳為8萬(wàn)多用戶提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和電視三類業(yè)務(wù)的客戶服務(wù)。如何做好客戶服務(wù)，除了文明禮貌服務(wù)外，營(yíng)業(yè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行也是確保服務(wù)的關(guān)鍵。而不間斷電源高可靠的供給是其穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。

中平專網(wǎng)營(yíng)收管理系統(tǒng)包括計(jì)費(fèi)處理系統(tǒng)、話單分揀系統(tǒng)、催繳費(fèi)系統(tǒng)、呼叫中心系統(tǒng)、電子派單系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等12個(gè)大系統(tǒng)。這些系統(tǒng)設(shè)備全部集中在專網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)中心。各營(yíng)業(yè)廳前臺(tái)受理設(shè)備主要為PC機(jī)和數(shù)據(jù)交換機(jī)組成。

整個(gè)營(yíng)收系統(tǒng)的設(shè)備，不論是服務(wù)器或PC機(jī)，還是網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，大多為交流設(shè)備，電壓等級(jí)220 V，不間斷交流供電是其運(yùn)行的必要條件。

1 不間斷電源的分類、組成和原理

交流不間斷電源系統(tǒng)基本上分為兩類，即UPS電源和逆變電源。UPS電源按隔離變壓器特點(diǎn)，又可分為高頻類和工頻類；逆變電源又可分為獨(dú)立式逆變電源模塊和可并聯(lián)逆變電源系統(tǒng)；兩類設(shè)備按其工作原理不同，可分為在線式或離線式，分別使用在不同場(chǎng)合。對(duì)于重要的負(fù)載，目前多采用在線式，不管電網(wǎng)電壓是否正常，其輸出交流電壓都要經(jīng)過(guò)逆變器，即逆變器始終處于工作狀態(tài)，輸出電源質(zhì)量最好。UPS交流不間斷電源包括整流、逆變、靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)和蓄電池。整流部分將市電AC電源轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的DC電源，輸送足夠能量供給逆變器帶負(fù)載和給電池充電；逆變部分把整流器或電池送來(lái)的DC電源變換成電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、諧波含量少、干凈的再生正弦波AC電源供給負(fù)載。靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)在以下情況：UPS輸出端發(fā)生過(guò)載、甚至短路、逆變器故障，無(wú)中斷地（同步）把負(fù)載電源轉(zhuǎn)接到旁路電源。

逆變模塊將直流電壓通過(guò)高頻功率變換產(chǎn)生高品質(zhì)的交流正弦波電壓，1～20個(gè)并聯(lián)逆變模塊可以靈活組合。其為智能化電源產(chǎn)品，采用了無(wú)主從控制方式的數(shù)字相位同步鎖定技術(shù)，系統(tǒng)完全自主均流，可在線熱插拔以增加或減少并機(jī)模塊，實(shí)現(xiàn)（N＋X）熱插拔并聯(lián)冗余。當(dāng)某一模塊故障，故障模塊即自動(dòng)退出，并發(fā)出報(bào)警，而剩余模塊自動(dòng)均分負(fù)載，系統(tǒng)照常運(yùn)行。

本文重點(diǎn)以UPS不間斷電源為例論述其規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程施工、維護(hù)管理等方面。

2 規(guī)劃設(shè)計(jì)

UPS電源選型時(shí)，要根據(jù)營(yíng)業(yè)廳周圍用電條件、用電環(huán)境、自然環(huán)境、備用時(shí)間、用電設(shè)備的特殊要求等因素，確定滿足需要的不間斷電源類型、容量等。通過(guò)以下5個(gè)方面來(lái)簡(jiǎn)述確定所選擇的不間斷電源。

2.1 確定所需UPS的類型

（1）根據(jù)負(fù)載對(duì)輸出穩(wěn)定度、切換時(shí)間、輸出波形要求來(lái)確定是選擇在線式、離線式等類型的UPS。在線式UPS的輸出穩(wěn)定度、瞬間響應(yīng)能力強(qiáng)，營(yíng)業(yè)收系統(tǒng)的所有設(shè)備適合選用在線式UPS不間斷電源系統(tǒng)。

（2）UPS作為基礎(chǔ)供電設(shè)備，最重要的是可靠性。大功率UPS的MTBF要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于小功率UPS的MTBF。營(yíng)業(yè)廳選擇2 kVA～3 kVA系統(tǒng)，營(yíng)收系統(tǒng)整個(gè)平臺(tái)易選用10 kVA以上的UPS系統(tǒng)。

（3）從投資成本或擴(kuò)容角度考慮，建設(shè)資金充足，可考慮未來(lái)3～5年的業(yè)務(wù)發(fā)展，采取一次投資，一次到位的方式；如果資金不富余，選擇可升級(jí)、擴(kuò)容的UPS產(chǎn)品，避免因資金不足或業(yè)務(wù)發(fā)展預(yù)測(cè)不到位等因素帶來(lái)的重復(fù)投資損失。

2.2 確定UPS的容量及后備時(shí)間

（1）計(jì)算所有的負(fù)載總和（S＝S1＋S2＋……＋Sn），UPS的容量≥S÷0.8。例如營(yíng)收系統(tǒng)中的五個(gè)子系統(tǒng)功率分配情況見(jiàn)表1。

根據(jù)表1中5個(gè)子系統(tǒng)的功率數(shù)值，計(jì)算出UPS容量至少為：14.6/0.8＝18.25 kVA，所以可以配置20 kVA UPS系統(tǒng)。

（2）營(yíng)業(yè)廳由于服務(wù)特點(diǎn)區(qū)別于其它負(fù)載，為了保證服務(wù)質(zhì)量，市電停電時(shí)，備用時(shí)間要求比一般UPS后備時(shí)間（在1 h左右）長(zhǎng)些，相應(yīng)的蓄電池組容量要稍大些，使其能達(dá)到5 h為宜。營(yíng)收管理系統(tǒng)則不允許停電，其配置蓄電池組的供電時(shí)間8 h以上，還要配備相應(yīng)功率的油機(jī)，可在電網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間停電時(shí)進(jìn)行發(fā)電。

2.3 備份和智能管理功能

為了提高系統(tǒng)的可靠性，最好采用UPS熱備份系統(tǒng)，可以采用串聯(lián)熱備份、直接并聯(lián)備份或雙母線方式。小容量的 UPS（1～2 kVA）還可以選用冗余開(kāi)關(guān)。有條件的選用遠(yuǎn)程監(jiān)控面板和監(jiān)控軟件，通過(guò)數(shù)據(jù)承載網(wǎng)，完成電源數(shù)據(jù)信息的交互，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和UPS之間的智能化管理和網(wǎng)絡(luò)化管理，收集UPS不間斷電源運(yùn)行數(shù)據(jù)，便于分析其運(yùn)行狀況。

2.4 運(yùn)行環(huán)境

運(yùn)行環(huán)境也是UPS運(yùn)行穩(wěn)定性的組成部分，是設(shè)計(jì)中必須關(guān)注的環(huán)節(jié)。做好必要的接地和防雷措施是其基本條件。接地阻值要符合電源接地標(biāo)準(zhǔn)，防雷設(shè)備級(jí)別要按照所在的位置至少應(yīng)安裝D級(jí)防雷模塊。周圍交流供電的優(yōu)劣，以及放置UPS電源的區(qū)域能否良好通風(fēng)、遠(yuǎn)離水源、可燃性氣體等環(huán)境因素，也是設(shè)計(jì)規(guī)劃中值得注意的地方。

2.5 售后服務(wù)

售后服務(wù)也是保證不間斷電源設(shè)備正常運(yùn)行的基礎(chǔ)之一。要選擇規(guī)模大的，專業(yè)能力強(qiáng)的和服務(wù)規(guī)范的供應(yīng)商，才能保證后續(xù)技術(shù)支持和現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)。

鑒于中國(guó)平煤神馬集團(tuán)公司營(yíng)收系統(tǒng)情況，整個(gè)營(yíng)收系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)在綜合機(jī)房里，綜合機(jī)房有大容量的通訊直流電源系統(tǒng)，采用了大容量、高頻可并聯(lián)逆變電源系統(tǒng)，提供大容量的交流輸出，為營(yíng)收系統(tǒng)的所有設(shè)備提供交流電輸入；而對(duì)于具有雙電源輸入系統(tǒng)（服務(wù)器、交換機(jī)等設(shè)備）的營(yíng)收設(shè)備，除了接入逆變電源提供的交流電外，在綜合機(jī)房另上一套UPS系統(tǒng)，為其再提供一路交流輸入電源，起到雙回路供電的目的，保證營(yíng)收核心系統(tǒng)的高可靠安全運(yùn)行。

經(jīng)過(guò)測(cè)算系統(tǒng)的負(fù)載功率，逆變電源配置為30 kVA容量，UPS系統(tǒng)配置為20 kVA，外加一組大容量蓄電池組，保證在斷電情況下能提供10 h以上的供電時(shí)間。

而各營(yíng)業(yè)廳設(shè)備量少，負(fù)載量也小的情況下，一般確定為3 kVA以下。如營(yíng)業(yè)廳隔壁為電信機(jī)房，可利用電信機(jī)房現(xiàn)有的直流供電系統(tǒng)通過(guò)增加一個(gè)3 kVA逆變器實(shí)現(xiàn)交流不間斷供電，等于直流系統(tǒng) ＋ 逆變器 —— 小負(fù)載的交流不間斷供電，節(jié)省資源和空間，且易于管理。附近沒(méi)有電信機(jī)房，上一套3 kVA UPS系統(tǒng)為營(yíng)收客戶端提供電源。

這里還要注意從逆變器供電實(shí)現(xiàn)的方式來(lái)看，必然存在較大的能源損耗：380 V～－48 V～220 V能量部分消耗，交流高壓——直流低壓——交流高壓→提供給交流負(fù)載。因此，對(duì)較大的交流負(fù)載系統(tǒng)，尤其是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，要選用雙變換的在線式UPS。

3 工程施工

不間斷電源工程質(zhì)量是后續(xù)安全運(yùn)行的重要保障。工程實(shí)施中應(yīng)把握以下六個(gè)方面：

（1）電纜連接。UPS電源逆變?cè)O(shè)備與電池組的距離不可太長(zhǎng)，太長(zhǎng)會(huì)使電池電纜過(guò)長(zhǎng)，影響供電質(zhì)量。盡可能采用上走線方式，較安全；電源線采用阻燃型，截面面積要按充電量1.5倍測(cè)算，以防大電流充放，線纜發(fā)熱；涉及電纜所連接的端子加銅鼻，連接電池端要牢固可靠，不得出現(xiàn)虛接等現(xiàn)象。

（2）系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。UPS系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置要科學(xué)合理，保證均充、浮充電壓才可更好保證蓄電池組的容量減低緩慢；負(fù)載過(guò)流過(guò)壓參數(shù)設(shè)置恰當(dāng)，不僅有利于保護(hù)UPS自身系統(tǒng)的安全，而且還能確保對(duì)負(fù)載設(shè)備的供電。

（3）蓄電池容量的補(bǔ)充。開(kāi)通前需對(duì)蓄電池組均充補(bǔ)充電能，以彌補(bǔ)運(yùn)輸和儲(chǔ)存周期帶來(lái)的容量損失；如果蓄電池組放置的時(shí)間較長(zhǎng)，則應(yīng)該進(jìn)行多次充放電實(shí)驗(yàn)，直至達(dá)到使用要求。

（4）安裝環(huán)境。機(jī)房安裝必要的空調(diào)設(shè)施，使電池工作在正常溫度下，有利保證電池的容量不減少。接地牢固，阻值滿足電信機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)。

（5）安全施工。施工過(guò)程中，施工人員按圖規(guī)范施工，不僅可保證人身的安全，而且可避免損毀設(shè)備，影響工程進(jìn)展。

（6）驗(yàn)收環(huán)節(jié)。整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)完畢，系統(tǒng)要全面做好驗(yàn)收關(guān)，整理相關(guān)文檔和手冊(cè)。設(shè)備一旦開(kāi)通使用，往往再停下來(lái)難度非常大。

4 維護(hù)管理

UPS不間斷電源投入運(yùn)行后，維護(hù)管理工作是一個(gè)長(zhǎng)期連續(xù)而又要具有高度責(zé)任心的工作，應(yīng)從以下三個(gè)方面做起。

4.1 維護(hù)人員的技術(shù)素質(zhì)和責(zé)任意識(shí)

管理者不僅要做好不間斷電源維護(hù)任務(wù)安排、檢查和督察工作，還要強(qiáng)化維護(hù)人員的責(zé)任心和責(zé)任意識(shí)。維護(hù)人員是否能按照電源系統(tǒng)的周期測(cè)試要求和維護(hù)要求去做，關(guān)系著營(yíng)收系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行質(zhì)量。因此，加強(qiáng)不間斷電源的維護(hù)重點(diǎn)在于人員的意識(shí)加強(qiáng)和素質(zhì)的提高上。

4.2 日常維護(hù)管理

（1）各類記錄收集和統(tǒng)計(jì)分析。日常記錄的數(shù)據(jù)包括交流電壓、交流電流、直流電壓、負(fù)載電流和電池電壓。這些運(yùn)行數(shù)據(jù)雖然簡(jiǎn)單，但是通過(guò)這些基本參數(shù)，可以了解到該電源的交流供電質(zhì)量和負(fù)載運(yùn)行狀況。注意告警記錄的分析。告警包含正常的（交流輸入電壓、負(fù)載電流）超限告警和故障告警。記錄告警數(shù)據(jù)，有助于分析事故或者故障產(chǎn)生的原因，及時(shí)解決問(wèn)題。在發(fā)生這些故障告警時(shí)，仔細(xì)閱讀故障信息，對(duì)照設(shè)備運(yùn)行情況，做到心中有數(shù)，忙而不亂。

（2）設(shè)備維護(hù)周期。制訂科學(xué)、合理的電源系統(tǒng)維護(hù)周期，并對(duì)所測(cè)試的結(jié)果和監(jiān)控采集的數(shù)據(jù)比較分析，查找存在的差異，提出有效的處理辦法，將有效提高電源系統(tǒng)的使用效率，延長(zhǎng)電池組的使用壽命，且為負(fù)載設(shè)備提供良好的供電質(zhì)量，確保營(yíng)收系統(tǒng)負(fù)載設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）充足的備品備件。充足的備品備件，不僅能滿足日常的故障判斷和問(wèn)題處理的需要，而且在出現(xiàn)電源故障時(shí)，更能及時(shí)保證電源系統(tǒng)恢復(fù)工作，確保供電。已損壞的備品配件，要及時(shí)修復(fù)以備急用，長(zhǎng)期不用的定期上機(jī)實(shí)驗(yàn)，以保證其可用性。

（4）交流輸入和接地防雷的維護(hù)管理。穩(wěn)定的交流輸入環(huán)境不僅有利于UPS運(yùn)行，而且有利于保護(hù)蓄電池性能。對(duì)于不穩(wěn)定交流供電，要進(jìn)行優(yōu)化或采用一些穩(wěn)壓設(shè)備，保證交流電的穩(wěn)定。定期檢查總配電柜的空氣開(kāi)關(guān)使用情況；連接的交流線纜、端子是否松動(dòng)或腐蝕老化，線徑容量是否大于負(fù)載電量等。防雷接地能一季度一檢查，防雷模塊級(jí)別達(dá)到所處環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、連接的接地線端子牢固無(wú)松動(dòng)，接地排、引線無(wú)腐蝕現(xiàn)象，接地阻值不合格的要及時(shí)處理。

（5）蓄電池組維護(hù)。蓄電池組維護(hù)管理是整個(gè)不間斷電源維護(hù)的重點(diǎn)。其使用環(huán)境溫度要穩(wěn)定。環(huán)境溫度過(guò)高，如實(shí)際的年平均蓄電池溫度為35℃，溫度升高10℃，腐蝕速度增加一倍，相當(dāng)于使用壽命減少一半，所以應(yīng)盡量保持蓄電池室溫度在25℃左右，使其容量保持，UPS系統(tǒng)才能達(dá)到標(biāo)稱的延時(shí)。維護(hù)工作要連續(xù)。使用三年，容量檢查放出50%以內(nèi)即可，三年后每年做滿容量檢測(cè)。每季度測(cè)量各單體電壓，觀察其均衡性記錄；蓄電池在運(yùn)行中，不能使電池長(zhǎng)期處于過(guò)充或欠充狀態(tài)。充放電前，單體電池連接無(wú)松動(dòng)，避免端子發(fā)熱燒壞，甚至引發(fā)火災(zāi)，同時(shí)也會(huì)使電池充電不足。單體電池的浮充電壓要一致，檢查單體電池有無(wú)泄漏等現(xiàn)象。

4.3 UPS在使用時(shí)需注意的其它方面

UPS不間斷電源使用過(guò)程中，不要過(guò)載運(yùn)行，保持UPS的進(jìn)風(fēng)孔與風(fēng)扇出風(fēng)孔通暢，使用環(huán)境應(yīng)注意通風(fēng)良好，利于散熱，并保持環(huán)境的清潔，輸出插座應(yīng)明確標(biāo)識(shí)，勿使加入無(wú)關(guān)負(fù)載或短路；在市電停電期間使用發(fā)電機(jī)供電，應(yīng)保證發(fā)電機(jī)功率大于兩倍UPS額定功率，必須在發(fā)電機(jī)啟動(dòng)穩(wěn)定后才能接入U(xiǎn)PS電源；UPS若出現(xiàn)重大問(wèn)題，一般維護(hù)人員不能擅自處理控制機(jī)柜的問(wèn)題，以免柜內(nèi)高壓傷人；另外在組裝或維修蓄電池時(shí)，要注意不能將安時(shí)數(shù)不同、品牌不同的電池混合使用，降低UPS不間斷電源的實(shí)際使用效果。

5 結(jié) 論

綜上所述，UPS不間斷電源系統(tǒng)從選型設(shè)計(jì)，到工程施工建設(shè)，一直到運(yùn)行維護(hù)管理，各個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和要求，才能使不間斷電源發(fā)揮延時(shí)效用，真正起到備用電源的作用，才能保護(hù)負(fù)載高效穩(wěn)定運(yùn)行，保障服務(wù)質(zhì)量。