UPS供電系統(tǒng)可靠性分析與使用維護(hù)

云南機(jī)場(chǎng)集團(tuán)有限責(zé)任公司昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng) 云南昆明 650000

摘要：UPS供電系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅有效改善了電網(wǎng)運(yùn)行效率，同時(shí)也增加了系統(tǒng)的可靠性。隨著應(yīng)用需求量的增加，對(duì)UPS供電系統(tǒng)技術(shù)維護(hù)工作提出來(lái)更高的要求。筆者結(jié)合工作實(shí)踐，從UPS供電系統(tǒng)的基本架構(gòu)著手，對(duì)其可靠性以及使用維護(hù)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，供同行參考。

關(guān)鍵詞：UPS供電系統(tǒng)；可靠性；使用維護(hù)

不間斷供電電源系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱UPS）。該類電源設(shè)備的電源負(fù)載相對(duì)較為穩(wěn)定、持續(xù)。從輸出電流類別分析，UPS供電系統(tǒng)分不間斷直流、交流電源系統(tǒng)兩類。文章所提及的UPS電源系統(tǒng)，多為后者。UPS電源系統(tǒng)，分為整流濾波電路、逆變器、充電器、靜態(tài)開關(guān)等諸部分。實(shí)踐中，UPS供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)/技術(shù)人員水平的高低，很大程度上決定著系統(tǒng)的供電方式、接地設(shè)計(jì)、零低電壓處理效率。

一、UPS電源系統(tǒng)基本架構(gòu)

UPS電源系統(tǒng)，通常包含整流、逆變、儲(chǔ)能和開關(guān)四個(gè)部分。整流器：確保系統(tǒng)的穩(wěn)壓輸出。一般而言，我們多選擇可控硅、高頻開關(guān)兩類整流器，以便更好地對(duì)實(shí)際輸出的電壓幅度進(jìn)行控制。當(dāng)外界輸入電壓改變，整流器能持續(xù)輸出幅度平穩(wěn)的整流電壓。不過(guò)，UPS的整流器無(wú)法完全避免外界帶來(lái)的脈沖干擾。因此，電壓過(guò)整流后，仍存于干擾脈沖。除對(duì)直流電能進(jìn)行存儲(chǔ)外，UPS儲(chǔ)能電池還能作為電容器，其電能的存儲(chǔ)能力和電容容量呈正相關(guān)。UPS電源系統(tǒng)，由主機(jī)、儲(chǔ)能電池兩部分組成。電源系統(tǒng)的額定輸出功率和主機(jī)結(jié)構(gòu)相關(guān)，其負(fù)載功率約為UPS電源的70%。選定負(fù)載功率后，我們可根據(jù)電池壽命來(lái)決定儲(chǔ)能電池的容量。

二、UPS供電系統(tǒng)的可靠性分析

設(shè)計(jì)UPS供電系統(tǒng)時(shí)，我們通常會(huì)選擇高模塊、集成度的電路元件。而制作中的元件數(shù)量越多，UPS供電系統(tǒng)的可靠性相對(duì)也會(huì)降低。因此，應(yīng)從軟件設(shè)計(jì)視角，考慮減少電路元件。制造商應(yīng)具有合理的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，先進(jìn)的軟件制造技術(shù)，確保UPS系統(tǒng)經(jīng)得起實(shí)踐檢驗(yàn)。設(shè)計(jì)軟件模塊時(shí)，應(yīng)確保每個(gè)軟件單元明了，設(shè)備內(nèi)部控制、功能齊全，性能良好。各單元調(diào)試結(jié)果，應(yīng)確?？茖W(xué)、準(zhǔn)確，關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)、制造工藝質(zhì)量不可馬虎。

（一）UPS系統(tǒng)配電

從UPS電源系統(tǒng)可靠性來(lái)看，通過(guò)隔離變壓器IT系統(tǒng)（輸出不接地）較為適宜。主要是因?yàn)?，該系統(tǒng)在所有單點(diǎn)接地，均能確保設(shè)備正常運(yùn)行。只要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)監(jiān)控、實(shí)時(shí)處理，其跳閘頻度要遠(yuǎn)低于直接接地系統(tǒng)，有助于持續(xù)、穩(wěn)定供電。此外，該系統(tǒng)還具有抗雷擊功能，即便遭遇雷擊，地電位也不會(huì)驟然上升。

（二）UPS供電系統(tǒng)保護(hù)

UPS電源保護(hù)，需遵循選擇性、靈敏性、速動(dòng)性及可靠性等要求。現(xiàn)實(shí)中，UPS電源系統(tǒng)所選擇的均為小型斷路器，需對(duì)各斷路器實(shí)行檢驗(yàn)。為保證斷路器能正常運(yùn)行，我們就必需為UPS供電系統(tǒng)提供穩(wěn)定的短路電流，避免配出電路短路時(shí)中止。設(shè)計(jì)UPS供電系統(tǒng)時(shí)，通常不會(huì)將熔斷器用于保護(hù)器。雖然熔斷器生效期間不會(huì)產(chǎn)生拒動(dòng)，其可靠性相對(duì)較高；但其動(dòng)作后需借助專用設(shè)備，才能持續(xù)送電，這無(wú)疑增加了工作強(qiáng)度。另外，在電源系統(tǒng)內(nèi)配備過(guò)電壓吸收器，能有效提高UPS的安全系數(shù)；在輸入/出側(cè)均安裝，能有效避免雷電波侵襲和損壞現(xiàn)場(chǎng)。

三、UPS供電系統(tǒng)的使用與維護(hù)重點(diǎn)

（一）對(duì)UPS供電系統(tǒng)予以定期檢查

使用UPS供電系統(tǒng)時(shí)，既要定期檢查其主要元件，同時(shí)也應(yīng)檢測(cè)UPS電池組及其電池單元端電壓、內(nèi)阻。一旦發(fā)現(xiàn)電池單元端電壓差值高于0.4V，內(nèi)阻高于0.08Ω時(shí)，應(yīng)將電池單元-電池組兩者間的導(dǎo)向切斷，借助外置獨(dú)立充電器來(lái)對(duì)電池單元實(shí)行充電，充電電壓（12V蓄電池）應(yīng)介于13.5-13.8V間，充電時(shí)間為10-12h。值得一提的是，UPS電源使用期間，各電池單元充電有所不同，使得單元端電壓、內(nèi)阻失衡。上述問(wèn)題，我們均無(wú)法通過(guò)UPS電源系統(tǒng)的充電回路、充電動(dòng)作予以避免。若未能及時(shí)脫機(jī)電池單元，進(jìn)行均衡充電，問(wèn)題將變得更為嚴(yán)重。因此，單獨(dú)充電有助于將內(nèi)阻恢復(fù)至0.03Ω內(nèi)；而充完電后將電池單元接入電池組，可對(duì)UPS充電系統(tǒng)進(jìn)行充電。

（二）重視UPS系統(tǒng)首次充電，避免過(guò)度放電

使用新的UPS電源前，應(yīng)對(duì)電池進(jìn)行直接充電12h，并確保充電處于無(wú)負(fù)載狀態(tài)。若UPS電源長(zhǎng)期浮充，且未進(jìn)行放電操作，UPS轉(zhuǎn)為長(zhǎng)期儲(chǔ)電狀態(tài)，則系統(tǒng)的電池功能將逐漸降低。長(zhǎng)此以往，電池也會(huì)逐漸失效甚至報(bào)廢。因此，建議每隔3個(gè)月，經(jīng)UPS電池對(duì)設(shè)備進(jìn)行供電，確保UPS電池能正常放電，其電壓控制高于允許最低值即可。為避免UPS供電系統(tǒng)的電池單元由于充電不足而損壞，UPS用戶應(yīng)盡量在夜間進(jìn)行電池充電，確保放電后，能對(duì)電池進(jìn)行穩(wěn)定、有效充電。另外，應(yīng)控制UPS電源的放電次數(shù)，避免由于放電過(guò)度降低電池壽命。當(dāng)電力供電系統(tǒng)停止，由UPS蓄電池組進(jìn)行電流輸出時(shí)，系統(tǒng)電源會(huì)發(fā)出供電狀態(tài)的警報(bào)，間隔4-5s；當(dāng)警報(bào)聲周期縮短，提示電池即將過(guò)度放電。此時(shí)，我們應(yīng)做好應(yīng)急處理，用發(fā)電機(jī)組取代電力供電系統(tǒng)，對(duì)UPS系統(tǒng)供電，避免電池組過(guò)度放電。假如UPS電池組過(guò)度放電且修復(fù)不及時(shí)，則整個(gè)電池組壽命也會(huì)降低很多。

（三）確定充電保護(hù)工作點(diǎn)，重視電源負(fù)載鏈接

現(xiàn)階段，UPS電源多采用密封蓄電池（均為免維護(hù)式）。充電系統(tǒng)，則多選擇恒壓載止充電回路，該電路能夠?qū)﹄姵亻_設(shè)過(guò)壓保護(hù)工作點(diǎn)，從而有效保護(hù)電池。不過(guò)，它并不能調(diào)整保護(hù)工作點(diǎn)的高度，因而也就無(wú)法避免電池過(guò)充、不足等問(wèn)題。不少情況下，若充電保護(hù)工作點(diǎn)沒選好，充電引起電池過(guò)流或過(guò)壓，不僅會(huì)降低電池的使用期，甚至可能引起電池變形或爆炸，對(duì)人身、財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。此外，UPS電源負(fù)載應(yīng)確保接連正確。電池組擁有較強(qiáng)的電流，連接/維護(hù)時(shí)需借助絕緣性好的專用工具。電路連接時(shí)，需根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書、操作手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)，正確連接火線、地線以及零線，用戶不可肆意調(diào)整連接順序，避免引起不必要的麻煩。

（五）提供適當(dāng)?shù)氖覂?nèi)溫度、工作環(huán)境

電池工作環(huán)境，與其儲(chǔ)電容量存在很大關(guān)聯(lián)。UPS電源對(duì)環(huán)境溫度有較高的要求，通常為0-40℃，適宜溫度25℃±5%。溫度太高，逆變器可能會(huì)發(fā)出報(bào)警，并停止運(yùn)行；電池壽命也會(huì)相應(yīng)降低；溫度太低，則會(huì)對(duì)蓄電池輸出能力產(chǎn)生影響。夏季外界溫度高，通風(fēng)狀況不佳的情況下，設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的熱量無(wú)法排出，溫度上升較快；若超過(guò)55℃，則逆變器運(yùn)行中止。不論溫度過(guò)高還是過(guò)低，對(duì)UPS電源系統(tǒng)性能及其使用壽命都有不利影響。

結(jié)論

至今為止，UPS供電系統(tǒng)歷經(jīng)了40余年，其設(shè)備技術(shù)與功能結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化。從最初的USP設(shè)備到獨(dú)立的供電系統(tǒng)，從系統(tǒng)可靠性到可用性，再?gòu)墓╇娤到y(tǒng)到為IT系統(tǒng)運(yùn)行提供物理設(shè)施，該類變化均以現(xiàn)代科技為支撐。如今，UPS供電系統(tǒng)的普及，有效改善了傳統(tǒng)電網(wǎng)，提升了系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。但，部分廠商對(duì)UPS供電系統(tǒng)使用及維護(hù)問(wèn)題不夠重視，降低了系統(tǒng)運(yùn)行效率及壽命。為此，我們應(yīng)從分析可靠性分析著手，正確使用系統(tǒng)蓄電池組，通過(guò)溫度環(huán)境、技術(shù)改造、科學(xué)充電、放電等維護(hù)措施，延長(zhǎng)UPS電源壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]周焱.UPS供電系統(tǒng)在石化企業(yè)的使用及維護(hù)[J].中外企業(yè)家.2013（05）

[2]孫育河.HVDC和UPS供電系統(tǒng)在通信行業(yè)中的應(yīng)用與分析[J].通信電源技術(shù).2011（03）

[3]孫育河.HVDC和UPS供電系統(tǒng)在通信行業(yè)中的應(yīng)用與分析[J].電源技術(shù)應(yīng)用.2011（06）

[4]吳衛(wèi)剛，任藝.UPS供電系統(tǒng)在通信機(jī)房應(yīng)用方案研究[J].廣西輕工業(yè).2011（04）

[5]金薇.淺析直接并機(jī)型冗余式UPS供電系統(tǒng)[J].蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2012（03）