UPS电源系统电力工程十篇

UPS电源系统电力工程 篇1

1 UPS电源的工作原理

随着信息技术等的发展, 电力系统中的各项技术和组成部分也到得了有效的发展, UPS电源是当前产生的一种不间断电源, UPS电源是一种储能装置, 按照其工作方式可以将其分为后备式UPS电源和在线式UPS电源。从UPS电源的实际应用进行分析, UPS电源不仅仅是一个电源储存装置, 它还具有电力净化的作用。

在实际的用电中, 用电质量不理想, 会出现电压不稳、电流不稳定、停电等现象, 这些用电不稳定现象, 在家庭用电中可以承受, 但是在信息技术设备例如计算机、通信设备等的运行中, 却是一个较大的安全威胁。这些不稳定用电现象的产生, 会造成数据丢失, 造成敏感元件、精密设备等出现损伤。所以在实际的用电中, 会配置UPS电源, 一般情况下是配置2台, UPS电源为相应的设备、系统的运行提供直流电流, 对设备的电池进行充电。在正常的运行状态下, 2台UPS电源所承担的负荷均为50%, 但是当有一台出现了故障时, 另外一台UPS电源将承担100%的负载。

在发生交流电源故障等严重情况下, UPS电源会在规定的时间内, 利用电池的电力, 无间断的进行负载供电, 而在交流电源恢复正常之后, UPS电源将又恢复想逆变器供电, 无间断的负载供电, 同时也进行自身电力的恢复性充电。

2电力自动化系统对UPS电源的应用及注意事项

UPS电源作为不间断电源, 在电力自动化系统中, 有重要的地位和作用, 所以需要加强UPS电源的使用和保护。在电力自动化系统运行中, UPS电源的应用, 需要选择合适的电容量, UPS电源的电容量需要根据电力自动化设备的负载进行确定, 为了给设备带来扩容余地, 一般情况下会选择大一点的电容量UPS电源。

在电力自动化系统中UPS电源的使用, 主要为UPS电源的开、关。在UPS电源使用的过程中, 后备式电源会在正常的供电状态下, 直接对交流旁路支路、转换开关、等输出负载, 同时还通过电源的变压器进行整合产生直流电, 然后在充回电路, 为蓄电池充电。但是在断电或者是停电的状态下, 蓄电池会将储蓄的电源通过逆变器转变成交流电源, 经过滤波器等部件后输出, 供给使用。

在线式电源在正常供电情况下, 通过电源变压器、整流器等部件, 输出负载, 并同时通过充电回路为蓄电池充电。在停电或者是断电的情况下, 蓄电池中的电源在逆变器的转换成交流电源, 经过滤波器得到稳定的交流电之后输出进行使用。

UPS电源作为高精度的智能设备, 在使用的过程中, 需要注意一些问题:

第一, UPS电源的主机, 对运行环境的问题, 没有较高的要求, 但是需要保证运行环境的清洁, 空气湿度不能过大, 还要少尘。尘土、潮湿等影响UPS电源工作的干扰因素。

第二, UPS电源主机设置中的参数, 在使用的过程中, 不能进行随意的改变, 尤其是电池组的参数。如果将UPS电源电池组的参数改变, 将会影响UPS电源的使用寿命, 而且随着运行环境的温度等因素的变化, 还需要对其浮充电压进行调整。

第三, 在UPS电源自行充电时, 不可以带负载, 需要先将各负载切断, 然后再启动UPS电源, 等到UPS电源系统完全能启动后, 再开启负载。

第四, UPS电源的电池组的电压较高, 所以存在电击的危险, 要安装安全保障设备, 进行绝缘保护等。

除此之外, 在实际的使用中, UP电源还有很多的注意事项, 这些注意事项的产生, 是为了更好的保护UPS电源, 使其更好的工作, 有效的延长UP的使用寿命。

结语

随着信息化、网络化的发展, 计算机技术、网络技术等被广泛的应用到各行各业中, UPS电源作为不间断电源, 在电力自动化系统中的应用, 为其提供供电保障, 提高电力自动化系统的运行安全性和可靠性, 有诸多的优势, 在今后的发展中, UPS电源还会被广泛的应用, 为电力自动化系统的运行提供保障。在使用的同时, 还需要加强对UP电源的维护, 正确的使用, 使其充分发挥其作用。

摘要：随着计算机技术、网络技术等的发展, 电力系统运行的安全性和可靠性, 是当前电力系统发展中的关键问题。在电力系统的快速发展下, 对电网等的运行提出了更多的要求, 为了实现电力系统、电网的有效、安全发展, 需要实施自动化发展。UPS电源为不间断电源, 在电力自动化系统的发展中, 扮演着重要的角色, 是电力自动化系统的运行安全保证。本文针对电力自动化系统对UPS电源的应用, 以及相关的内容进行分析研究。

关键词：电力自动化系统,UPS电源,应用

参考文献

[1]于凤霞.电力系统安全运行的保障——UPS不间断电源[J].电站系统工程, 2009 (06) :73-74.

UPS电源系统电力工程 篇2

一、故障情况

该UPS电源系统, 在主电源不正常情况下, 应该切换到蓄电池运行, 待蓄电池电压降到一定值时, 切换到旁路运行。2003年3月, 由于主电源电压波动超限, UPS系统却没有切换到蓄电池运行, 而直接转入旁路电源运行。这样运行的后果是, 蓄电池没有起到备用作用, 一旦旁路电源有问题, UPS将中断供电, 从而威胁到机组的安全运行。于是将该设备临时切换到维护旁路运行, 对UPS装置进行检查处理。

二、故障分析

故障设备是由某电子有限公司生产的PEW1030型UPS电源, 其工作原理框图如图1。

工作原理:正常情况下, UPS由主市电经整流器整流为直流, 一方面为电池充电, 另一方面为逆变器供电。而逆变器将直流电逆变为稳定的交流电输出给负载。当主市电停电或电源电压波动超限 (380±15%) 后, 即由电池为逆变器继续供电, 保证输出不中断。当主市电正常后返回主市电工作。考虑到电池放电有终止电压及逆变器运行中可能发生故障, 为了保证UPS输出不间断, UPS具有静态旁路开关作为后备手段, 而静态旁路是由另一路备用电源提供电源, 此路电源要求的稳定性要比主市电高, 以便逆变故障或电池放电终止时无间断地切换到旁路备用供电。为了保证在切换过程中不因电压、相位相差过大而引起短路、环流等现象, 只要备用电源电压和频率偏差在允许范围 (电压偏差不大于±10%, 频率偏差不大于±6%) , 逆变器的输出会随时跟踪备用电, 以保证逆变器发生故障时无间断切换。为了能对UPS进行维护检修, 特设一个先合后断的手动旁路开关。为了防止误送电, 主市电、备电的检测都有一个8秒延时时间, 即在主市电及备电检测到8秒后, UPS才认为这两路电源确实已送到, 才开始实时跟踪检测。

从该设备的上述工作原理来看, 导致UPS电源切换不正常的原因有以下几种可能:

1. 蓄电池组直流电压超限。

2. E01C直流排至TSM (逆变器输入端) 线路连接不良。

3. 逆变器功率元件发出温度过高信号。

4. F01C、F02C保险熔断。

5. F01C、F02C保险熔断信号接点引出接插件接触不良。

三、故障处理过程

首先, 我们将先合后断手动旁路开关切至维护位置 (使用户不停电) , 停UPS装置, 停蓄电池开关, 打开装置门进行检查。

对蓄电池组进行核对性充放电, 蓄电池组的容量及电压均在合格范围内, 这说明蓄电池直流电压未超限。

用万用表检查E01C直流排至TSM连接线路, 未见异常。测量F01C、F02C保险也未熔断。检查事故追忆未出现逆变器功率元件温度过高告警。

用万用表检查F01C、F02C保险熔断信号接点引出接插件有点松动, , 怀疑故障是它造成的, 紧好后随即启动UPS装置, 做各种切换试验, 切换均正常。于是将该装置恢复正常运行。

事实证明, 对故障的分析和处理是正确的。由于上述保险熔断信号接点引出接插件连接不良 (相当于保险熔断) , 逆变器感受到蓄电池直流输入中断, 因此造成主市电异常时, UPS跳过蓄电池组, 直接切换到旁路运行。

四、对策

UPS电源系统电力工程 篇3

电力调度中心是供电企业核心部门和重点保卫单位之一，特别是在国家重大活动、节日保供电、服务社会等，为重点保证调度指挥中心自身办公岗位照明及调度通信设备可靠供电，显得更为重要。所以本文就如何确保《电力系统220V电压UPS稳定可靠性供電》论点，经过多年来工作经历所解决考虑的电力系统电源电压稳定可靠性设计规化和维护方面的论说。

一、电气室UPS环境

1.机房电气供电要求

UPS不间断电源系统是通信设备电源供应站，如果电源中断或瞬间断电，目前应急电源供电无法达到设备要求，也会造成设备损坏，对公司产生严重损失。UPS电源机房应有：UPS专供分路配电箱、空调配电盘、照明配电盘、市电总电力屏，以上电力箱体及电力线都比较粗大，所以箱体设计尽可能采用落地型，以利将来扩充电缆线施工及维修方便。

2.采用市电供电时常发生之状况

电源（市电）不稳定，往往是通信设备的致命伤，尤其是硬式磁机，若常常在不稳定的电源下工作，很容易使设备死机，而市电品质无法完全符合计算机之标准，所以必须加装不断电设备（UPS），来确保电源质量。

3.防火及温度要求

电气室UPS机房环境内选用材料要防火性能好，吊顶、地板、墙面和割断都要具有良好的防火性能。环境温度UPS机房应有空调系统，设备满足合适的工作环境。

工作环境温度和湿度控制如下：

UPS机房的温、湿度

二、UPS电源系统的组成

1.UPS主要是由充电器、整流器、电池组及逆变器等部分组成。逆变器是UPS中最重要的部分。UPS常用的逆变器由方波逆变器、阶梯波逆变器及脉宽调制逆变器等种类。

UPS电源系统的组成

整流器：输入的交流电转化为恒定电压的直流，一路给蓄电池进行补充电，一路送给逆变器以便转化为交流供给负载使用；逆变器：将整流器或蓄电池送来的直流转化为交流输出，以便供给负载使用。

蓄电池：能量储存装置。

静态开关：二路输入一路输出的高速转换开关，二路输入分别是逆变器和市电送来，输出送至负载。

维修旁路开关：以便UPS常规保养或故障检修时，在不中断负载运行条件下将UPS退出运行并与系统隔离，保证操作时设备和人员的安全。

2.UPS电源系统的作用：

消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”，改善电源质量，为系统设备提供高质量的电源。

3.UPS电源分类：按工作原理可分为后备式、在线式、以及在线互动式三种。

4.UPS供电部分指标：

三、如使用在线式UPS的特点和工作原理分析

在线式UPS结构较复杂，但性能完善，能解决所有电源问题，其显著特点是能够持续零中断地输出纯净正弦波交流电，能够解决尖峰、浪涌、频率漂移等全部的电源问题。我站机房采用的是宁达系列在线式长效型的UPS，电池组由16节60Ah的蓄电池组成，8节串联后再并联。

工作原理：如下图所示

四、UPS的使用

1.UPS负载的选择

并非所有的电器设备都需要UPS，同样UPS也并不适用于所有电器设备。用户在选择UPS的负载时只要应考虑负载的大小、负载的特性、负载的重要程度以及不良电力对负载的影响程度。

2.放电时间的配置

停电后UPS是依靠电池储能继续给负载供电的，长效型UPS备用时间主要受电池成本、安装空间大小以及电池回充时间等因素的限制。一般电力环境较差、停电频繁的地区可以采用UPS与发电机配合供电的方式。

五、UPS的维护分析

1、主机的维护：UPS一般都是智能型的不需要很大的维护，它对环境温度、湿度的要求也不高（温度0℃-40℃，湿度10%-90%）。环境保持清洁可以减少有害灰尘对UPS内部线路的腐蚀，主机使用1年必须由专业人员对机箱内部进行灰尘清洁。定期对UPS的接地进行测试，保证接地电阻小于5Ω。

2、电池组的维护：我站UPS主要使用的是免维护铅酸蓄电池，在使用时不需要专门的维护人员进行维护，但在使用时还是有要求的，影响电池使用寿命的主要因素是安装、稳定、充放电流、充电电压、放电深度和长期充电等。电池应安装在通风、清洁、阴凉、干燥的地方，环境温度对电池的充放影响很大，温度过高会使电池过充电，温度过低会使电池充电不足，因此环境温度一般在25℃左右为宜。

六、UPS设备的防雷措施分析

电力系统220电压UPS稳定可靠性分析，在建设规划中应一并考虑电力系统通信站应急UPS电源房的防雷措施，雷电过电压及电磁干扰防护，以保护通信电源设备及人身安全，确保电力通信网建设及运行管理工作。

调度通信综合楼内的通信站应与同一楼内的动力装置、建筑物避雷装置共用一个接地网。大楼及通信机房接地引下线可利用建筑物主体钢筋，钢筋自身上、下连接点应采用搭焊接，且其上端应与房顶避雷装置、下端应与接地网、中间应与各层均压网或环形接地母线焊接成电气上连通的笼式接地系统，对于隐蔽工程应实行随工验收，重要部位应进行拍照和专项记录存档。位于通信站的接地网应至少用两根规格不小于40mm×4mm的镀锌扁钢与厂、站的接地网均压相连。接地体材料要求。接地体一般应采用镀锌钢材，其规格应根据最大故障电流来确定，一般应不小于如下数值。

每年春分节气前防雷测量注意事项：

1、测量时接地装置宜与避雷线同点接入应牢固。

2、电流极、电压极应布置在与线路或地下金属管道垂直的方向上。

3、应避免在雨后立即测量接地电阻。

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技术方案

一、.技术要求

本工程UPS设备采用三进三出、在线式交流不间断电源系统，数量两台，单机容量30kVA，单机标配手动维修旁路。两台30kVA的UPS须组成冗余互备系统，系统双总线输出，系统电池后备时间单机要求为不小于1小时。

1、基本性能 1.1正常使用条件

环境温度：0℃～40℃

相对湿度≤95%（（40±2）℃，无凝露）1.2储存运输环境及机械条件

环境温度：-5℃～5℃（不含电池）

振动、冲击条件：符合GB/T14715-93中5.3.2的规定。1.3外观与结构

机箱镀层牢固，漆面均匀，无剥落、锈蚀及裂痕等现象。机箱表面平整，所有标牌、标记、文字符号应清晰、正确、整齐。

1.4UPS的逆变器：输出电压：380VAC，稳态精度：±1%。

1.5整流器优选12脉冲整流器方式，其中每台UPS的12脉冲整流器应由12只晶闸管和输入移相隔离变压器组成。

2、电磁兼容

应符合IEC EN 62040-2的判断准则。

3、电气特性 3.1输入特性  额定容量：30kVA  输入电压：主电源输入 380V±25%  全数字控制技术

UPS包含有全功率整流器和逆变器的在线式双变换UPS，市电正常既电池状态时所有负载均由逆变器供电。UPS必须是数字UPS，采用全数字控制技术，整流逆变均采用全数字化控制，可靠性高。UPS内置并机功能，内置LBS,内置D级防雷器。 电流畸变：THDi＜5%  输入频率：50Hz±10%

 频率跟踪范围：50Hz±5%可调  频率跟踪速率：≤1Hz/s 3.2输出特性

 配置内置逆变输出隔离变压器  输出电压：380V±1%,三相四线/五线  输出电压稳压精度：正常状态±1%  输出频率：50Hz  输出频率稳定精度：±0.1%  总电压谐波失真度：

100%线性负载 ≤3% 相/相，≤3%相/中线 100%非线性负载 ≤5% 相/相，≤5%相/中线  动态电压瞬变范围：±5%（空载至满载） 恢复时间：≤20ms  不平衡负载电压相移：≤1°  输出功率因数为0.9  输出电流峰值系数：≥3:1 3.3切换时间

 市电电池切换时间：0ms  旁路逆变切换时间：﹤4ms（逆变器故障切换）3.4工作效率

系统效率：≥93%（包括输出变压器效率）3.5允许100%三相不平衡

由于UPS的逆变器采用三相独立逆变调节电路，可根据负载电流的大小、功率因数及每相电压反馈自动调整，故可承受100%的不平衡负载。3.6适应负载从0至100%或100%至0的跃变

UPS在负载发生100%的跃变时，输出电压的瞬间变化在±5%以内，并且在20毫秒内迅速恢复到±1%.3.7过载能力：

125%额定电流 10min 150%额定电流 60s 单相200%额定电流 30s

4、智能化电池管理

UPS应具有以下电池管理功能，以有效延长电池使用寿命，电池必须保证质量，采用一

线品牌蓄电池，并提供原厂出厂证明。 采用间隙式充电方式

 充电和放电电流的监测与控制  电池过放电的自动保护

5、UPS必须具有并机功能

 采用模块化并机，单机必须具有独立的旁路系统  扩容简便易行，可实现在线扩容（无须转旁路） 采用环形并机通讯电缆，以解决并机控制的故障瓶颈  针对双输出总线系统切换，UPS须配置同步控制器

 并机系统应可以根据实际负载自动调整UPS运行数量，以提高UPS系统运行效率。

6、防雷

UPS应具备防雷装置，能承受模拟雷击电压波形10/700μs，幅值为5kV的冲击5次，模拟雷击电流波形8/20μs，幅值为20kA的冲击5次，每闪冲击间隔时间为1min，设备应能正常工作。

7、安全要求 7.1机壳保护

UPS保护接地装置与金属外壳的接地螺钉间应具有可靠的电气连接，其电阻应不大于0.1Ω。

7.2绝缘电阻

UPS的输入端、输出端对地，施加500V直流电压，绝缘电阻应大于2MΩ。

8、监控

UPS须具备标准的SNMP通讯接口，并提供与通讯接口配套使用的通讯线缆、各种告警信号输出端子。该端口使UPS能够用TCP/IP直接与所有的以太网连接，利用网上任何一台计算机都可以通过网络管理UPS。

须提供监控软件，该管理软件可以实时的监控UPS的运行状态、各项电气参数指标，可根据实际负载的大小测定电池的实际放电时间和容量。

9、可靠性

UPS设备在正常使用环境条件下，平均无故障间隔时间MTBF应不小于20万小时。

10、质保

UPS全系统（含UPS主机、电池组、并机组件等）质保三年。

二、安全文明要求

为确保工程施工安全，在开工之前组织施工人员、专职安全员和电厂安监人员进行项目开工会议给施工方予以安全教育,施工人员经考试合格方能进入现场。

针对施工安全建立现场安全质量管理小组,设安全专责及质量专责各一名，安全专责负责安全文明巡查并负责组织本项目的内部安全相关验收工作，质量专责负责监督工程各阶段施工质量及阶段性验收。工程经过内部验收合格后，由项目部报请电厂组织专项验收。在安全质量管理小组的督导下，进行安全生产。

3.1、所有施工人员必须牢固树立“安全第一，预防为主”的思想，严格执行《电业安全工作规程》，遵守电厂安全管理制度，确保施工中人身和设备安全。

3.2、所有进入现场的工作人员，包括管理人员和施工队伍都必须按要求正确着装，配戴好安全帽。3.3、施工现场严格执行“三齐”、“三净”、“三不乱”、“三不见”的规定： 三齐：设备摆放整齐；工、器具摆放整齐；材料摆放整齐。三净：开工前、施工中、完工后场地干净。三不乱：电线不乱拉；管道不乱放；杂物不乱丢。三不见：地面不见油污；不见垃圾；不见散乱的材料器具。3.4、高空作业必须系好安全带或悬挂安全网。

3.5、脚手架施工严格遵守《电业安全工作规程》要求，搭设完成并经过安全专责验收。如竹夹板必须扎牢，高处平台必须设置1.05m高的栏杆，严禁上下抛递材料或工具等。

3.6、建立持证上岗制度，对特殊工种如电焊、电工等特殊工种的操作人员必须持证上岗。3.7、禁止违章作业。凡是有人作业，每个工作面必须有监护人员巡视。禁止在施工现场单独作业，每天施工完毕离场前由现场施工负责人召集清点人数，所有人员按序离场，不得在人数不全的情况下擅自离场。

3.8凡是危险作业，必须有工作负责人在作业前进行简要的安排教育，工作负责人或监护人站守现场。专职安全员不定期抽查安全文明施工情况。

三、施工进度计划及控制措施

3.1工程计划工期：**年**月**日－**年**月**日，具体根据电厂系统运行方式而定 3.2工期控制措施

3.2.1配备业务精、技术好，事业心强、有工程施工经验的人员，组建一支由骨干成员组成的项目施工作业队。

3.2.2 在施工计划时期内争取早开工，人员、工器具、设备、材料等提前到位，以早开工促进各项工作的进程，加快项目的实施。

3.2.3严格执行施工方案及操作流程，强化施工现场管理，做到文明施工。

3.2.4强化施工安全生产管理，避免因发生安全事故而影响工程进度。

四、现场文明施工措施

4.1建立文明施工责任制，明确管理负责人，做到现场清洁整齐。4.2现场施工设备管理方面的措施：

现场使用的施工设备，要按平面固定点存放，安全装置可靠。4.3现场卫生管理的措施：

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关键词：UPS电源,蓄电池,工作原理,使用,维护

随着高校信息化的发展,机房供电的可靠性与稳定性已经成为日常网络维护工作的重点,一旦供电发生故障,所有网络设备将会断电,所有应用将会中断, 影响工作或丢失数据,造成很大的损失。 UPS稳压电源能保证在市电断电时,电池迅速给各设备供电,保证网络应用的高可靠性。因此,UPS电源的维护保养工作也成了机房维护保养的重中之重。

1 UPS组成及工作原理

1.1 UPS电源的基本组成

UPS是能够实现两路电源之间不间断地相互切换的电气装置,从严格意义上讲,UPS不是一种电源,而是一种含有储能装置,恒压恒频的,主要元件是逆变器的电源保护设备,主要由整流器、蓄电池、 逆变器、静态开关等四部分组成。

1.2三种类型的UPS电源的工作原理

1.2.1在线式: UPS(On-Line UPS)的运作模式为“市电和用电设备是隔离的, 市电不会直接供电给用电设备”,而是到了UPS就被转换成直流电,再兵分两路, 一路为电池充电,另一路则转回交流电, 供电给用电设备,市电供电品质不稳或停电时,电池从充电转为供电,直到市电恢复正常才转回充电,UPS在用电的整个过程是全程介入的。

1.2.2后备式:后备式又称为非在线式不间断电源(Off-Line UPS),它只是“备援”性质的UPS,市电直接供电给用电设备也为电池充电(Normal Mode),一旦市电供电品质不稳或停电了,市电的回路会自动切断,电池的直流电会被转换成交流电接手供电的任务(Battery Mode),直到市电恢复正常,UPS只有在市电停电了才会介入供电。

1.2.3线上交错式:基本运作方式和离线式一样,不同之处在于线上交错式虽不像在线式全程介入供电,但随时都在监视市电的供电状况,本身具备升压和减压补偿电路,在市电的供电状况不理想时, 即时校正,减少不必要的“Battery Mode”切换,延长电池寿命。

2 UPS电源的正确使用及注意事项

2.1主机的维护

运行环境要求:除了要给UPS主机提供清洁卫生的工作环境,避免阳光直射,温度一般要求在18一22℃之间之外, 还要定期对主机机箱进行除尘,以避免电路过热,损坏元器件。

2.2注意事项

2.2.1断电时,为避免有多负载的冲击电流和供电电流造成UPS电源瞬间过载, 应先关掉负载开关,到UPS完全启动后再开启负载, UPS的开关机顺序一定要严格遵守,以防损坏主机。

2.2.2选配UPS功率要有适当的余量, 不能超载(UPS功率必须大于负载功率且运行最佳负载量为60 ~ 80% 之间)。

2.2.3切勿带感性负载如空调、电动机日、激光打印机、光灯等。这类负载启动电流大,若UPS容量不足时,易造成瞬间超载。

2.2.4注意做好防鼠工作,避免老鼠咬断电缆和进人UPS主机,造成UPS不能正常工作。

3蓄电池的维护

对于蓄电池的保养,正确地使用与维护蓄电池,应从以下几个方面考虑:

3.1保持适宜的工作环境温度

环境温度严重影响蓄电池的寿命。生产厂家要求的最佳环境温度为20 ~ 25℃ 之间。温度过高会导致电池内部化学活性增强,据测定,温度一旦超过25℃后,温度每升高10℃,电池的寿命就将要缩短一半。

3.2定期对电池进行充电放电

由于UPS长期与市电连接,很少发生断电的情况,蓄电池长期处于浮充电状态,日久导致阴极的“硫酸盐化”,造成电池内阻增大,电能与化学能相互转化的能力降低,从而加速电池的老化,缩短使用寿命。所以,一般每隔2 ~ 3个月应对电池进行一次完全放电操作,一次全负荷放电完毕后,按规定再充电8小时以上,方可正常使用。

3.3应及时更换废/ 坏电池

目前高校机房中UPS电源配备蓄电池的数量,从3 ~ 50只不等,这些电池通过电路连接构成电池组,以满足UPS直流供电的需要。当电池组中出现某些电池损坏时,维护人员应及时对电池组进行排查,找到问题电池并更换同厂家同型号的新电池,禁止不同规格的电池混合使用。

3.4蓄电池更智能的保护

铅酸蓄电池专用智能保护是采用电子脉冲技术,这种技术不仅能测试电池性能,寻找落后单体,而且能帮您活化落后电池,对电池进行早期治疗,有效预防故障的发生。

UPS电源的使用与维护 篇6

UPS电源是卫星地面站保持供电系统不间断供电的重要设备, 确保机房供电的持续性, 以防断电而造成电视节目的不正常播出。因此, 要求智能化程度高, 储能器材都采用免维护蓄电池, 也是因为这样, 往往忽略了对UPS电源维护与检修。这是很危险的, 一旦出现故障, 整个工作系统将瘫痪。以下介绍UPS工作原理电路结构和使用注意事项及日常维护要求。

1 UPS电路结构工作原理

该在线式UPS主要由EMI滤波器、旁路电路、AC/DC转换器、DC/AC逆变器、电池充电器、DC/DC转换器、控制和检测电路等组成, 并配备了智慧型监控软件。当UPS开机时, 电源电压经EMI滤波器分二路输出:一路送至AC/DC转换器变成直流电, 再送至半桥式DC/AC逆变器呈交流输出;另一路作为旁通路径。靠近输出端的旁路开关可选择旁通路径输出或逆变输出。若一切正常, 旁路开关会选择逆变输出, 此种输出称为在线式输出。

2 断电故障发生时UPS的动作过程

当输入的市电中断时, AC/DC转换器和电池充电器均不动作, DC/DC转换器将电池的电压转换至DC/AC逆变器的输入端, 经DC/AC逆变器转为交流输出, 这就是所谓的电池供电模式。

图中的辅助电源为所有控制电路供电。由于DC/AC逆变器一直在工作, 市电断电时DC/DC转换器能快速启动并接替AC/DC转换器工作, 且DC汇流排上挂有储能滤波电容器, 使得DC/AC逆变器的输出端, 持续稳定地给负载供电, 实现零时间转换, 对负载而言, 不会感到发生断电。

3 维护与故障处理

3.1 运行环境维护

即便UPS电源是在正常工作状态, 也要经常观察周边环境, 以保持电池最佳的温度, 避免太阳光直射或者环境的温度过高。并防尘除尘, 每到气候干燥的时节, 注意空气的灰粒飞进机内沉积, 导致器件散热功能不好。当空气潮湿时, 经常观看机子的工作动向, 以免失常而报警不准确。

3.2 定期检测

除了对UPS电源常观察, 勤除尘外, 还时不时检查各个连接线路或者插件之间的连接情况, 是否有松动和接触不牢的情况、腐蚀现象、有无壳变形和渗漏、主机设备是否正常等。

对于储能电池, 要每年定期做一次放电。放电后, 为保证蓄电池处于饱和状态, 充电至少达到12小时。

平时每组电池至少应有8只电池作标示电池, 作为了解全电池组工作情况的参考, 对标示电池应定期测量并做好记录。

3.3 故障处理

当出现故障时, 断开手动旁路开关, 切至维护位置 (使用户不停电) , UPS装置停工作, 蓄电池开关合闸, 打开装置门进行检查。

当UPS电池系统出现故障时, 及时的找出故障原因, 要查清主机、电池组、UPS电源系统等。通过进行分析、检测。如自检部分发生故障, 显示的故障内容则可能有误。

当主机出现击穿, 断保险或烧毁器件的故障, 一定要查明原因并排除故障后才能重新启动, 否则会接连发生相同的故障。

当电池组中发现电压反极、压降大、压差大和酸雾泄漏现象的电池时, 应及时采用相应的方法恢复和修复, 对不能恢复和修复的要更换, 但不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起, 否则可能会对整组电池带来不利影响。对寿命已过期的电池组要及时更换, 以免影响到主机。

4 使用注意事项

4.1 电源开关步骤

开机要按顺序合闸:储能电池开关→自动旁路开关→输出开关依次置于“ON”。日常开机只需按UPS面板“开”键, 约20分钟后, 即可使用。

关机的时候先将电脑或其它仪器关闭, 让UPS空载运行10分钟, 待机内热量排出后, 再按面板“关”键。

4.2 电源系统使用

虽然UPS电源主机对环境温度要求不高, 但要求室内清洁, 少尘。储能蓄电池则对温度要求较高, 温度太低, 会使储电池容量下降。主机中设置的参数在使用中不能随意改变。

在无外电靠UPS电源系统自行供电时, 应避免带负载启动UPS电源, 应先关断各负载, 等UPS电源系统起动后再开启负载。

UPS电源系统按使用要求功率余量不大, 在使用中要避免随意增加大功率的额外设备, 也不允许在满负载状态下长期运行。

由于组合电池组电压很高, 存在电击危险, 因此装卸导电联接条、输出线时应用安全保障, 工具应采用绝缘措施, 特别是输出接点应有防触摸措施。

对电池应避免大电流充放电, 虽说在充电时可以接受大电流, 但在实际操作中应尽量避免, 否则会造成电池极板膨胀变形, 使得极板活性物质脱落, 电池内阻增大, 温升越高, 严重时将造成容量下降, 寿命提前终止。

正确连接好UPS, 应将UPS的输入零 (N) 、相 (C) 、地 (G) 与市电的零、相、地对应。

5 结束语

对于UPS的使用, 做好维护工作, 遵行使用手册, 加强运行维护, 做好测量工作, 这样将延长寿命, 避免不必要的故障发生。即便有智能化的设备, 但是预防是安全运行的重要保障。维护工作是一门学无止境的工作, 是一门科技含量较高工作, 让我们一起共同探讨通向更高一层的阶梯。

摘要：文章阐述了UPS电路的工作原理、电源系统使用及故障处理。对于日常使用UPS电源时, 重视保养, 避免人为因素故障, 将能增加UPS电源的使用寿命。

关键词：UPS原理,注意事项,使用,维护

参考文献

[1]杨广义.UPS电源的使用与维护[J].西部广播电视.2013 (06)

[2]刘钧.UPS电源综合故障解决[J].数字通信世界.2011 (11)

[3]李考明.UPS电源系统的维护与管理[J].通信电源技术.2011 (01)

[4]赵鹤鸣, 贺利群, 周志信.UPS电源系统故障分析与处理[J].河北企业.2011 (09)

浅谈卫星地球站UPS电源 篇7

随着广播电视事业的发展, 卫星地球站的安全播出是广播电视安全播出中的重中之重。因此, 作为机房电力保障系统中重要的组成部分, UPS系统必须要有非常高的稳定性和可靠性。如何合理使用和科学维护UPS电源, 提高机房供电质量, 杜绝因供电系统的各种故障造成对安全播出的影响, 是广播电视事业发展的重要因素之一。

1 UPS电源工作原理

UPS (Uninterruptible Power System) 不间断供电系统具有稳压、稳频、隔离、净化电源等作用, 从UPS的发展历史来看, 其经历了由旋转型工作方式到现在大量使用的静止转换工作方式的UPS。静止型UPS从其位于市电与负载之间的工作方式来区分可分为在线式、后备式和互动式。而在线式UPS无论从工作原理、电路组成、技术水平及使用方法等方面基本占据了UPS产品的主导地位, 以下就在线式UPS电源的工作原理做一简述。

在线式UPS的电路组成及框图如图1所示。其工作原理是当市电的电压和频率符合UPS的输入参数值时, 经过AC/DC整流器变换为直流电源, 此直流电源是下一级DC/AC逆变器的直流输入电源, 同时还为备用蓄电池组提供充电电流。逆变器将输入的直流电压经PWM全桥变换后经静态开关输出一个叠加有高频成分的工频正弦波电压, 而后经过输出滤波电路把正弦波电压上的高频成分滤除掉, 在输出端便得到失真度较小的正弦波电压。这种UPS能将市电隔离, 市电正常时, 过滤市电供给负载净化的电源, 市电中断或不能满足UPS的输入要求时, UPS的输入AC/DC整流器将关闭, 此时后备蓄电池以无切换时间的方式向逆变器供电, 以保证输出端负载得到连续稳定的高质量供电, 当市电恢复供电时, 蓄电池组便停止向逆变器供电, 此时机内充电器向蓄电池组补充消耗的电能, 以备下次使用。当市电存在且在UPS输入允许范围之内时, 由于DC/AC整流器发生故障或负载功率大于逆变器输出额定功率时, 为保证负载仍能正常工作, 逆变器输出端的静态开关切换到旁路供电状态, 此时市电通过输入滤波电路和输出端静态开关直接为负载供电。当逆变器恢复正常或负载功率降到逆变器输出额定功率之内时, 输出静态开关将自动由旁路供电切换到逆变供电状态。UPS的输出输入滤波器一般为无源滤波器, 市电电网一侧的滤波器主要是滤除电网中的高频干扰和噪声电压。输出滤波器主要是把输出正弦波电压上的高频成分滤除。UPS的控制电路较为复杂, 尤其是三相输入三相输出的大型UPS, 其告警及保护功能非常齐全, 这就使得其识别、控制、保护电路较为复杂庞大, 而且这些电路之间的相互动作与控制必须符合设计的时序与逻辑关系。控制电路的组成主要包括:输入交流电压、频率、相序、蓄电池组电压及容量检测电路、输出频率和相位跟踪电路、DC/AC逆变器PWM控制电路、静态开关状态识别与驱动电路、启动控制电路、各种告警信号处理及保护驱动电路、运行状态显示电路、蓄电池充电器的控制电路等。三进三出的UPS输出功率一般都在20 kVA以上直至400 kVA或更大。我站使用Galaxy 5000两台60 kVA双机并联冗余系统。

2 UPS的使用及维护

UPS电源系统按使用要求功率余量不大, 在使用中要避免随意增加大功率的额外设备, 也不容许在满负载状态下长期运行, 但工作性质决定了UPS电源系统几乎是在不间断状态下运行的, 增加大功率负载, 即使是在基本满载状态下工作, 都会造成主机出故障。自备发电机的输出电压、波形、频率、幅度等应满足UPS电源对输入各参数的要求, 发电机的功率要远大于UPS电源的额定功率, 否则任一条件不符, 将会造成UPS电源工作异常或损坏。UPS电源在正常使用情况下, 主机的维护工作很少, 主要是防尘和定期除尘, 防止主机内的风机将灰尘带入机内沉积, 当遇到空气潮湿时会引起主机控制紊乱造成主机工作失常。大量灰尘也会造成元器件散热不好, 一般每季度应彻底清洁一次。其次就是在除尘时检查各连接件和插件有无松动和接触不牢的情况。

蓄电池是实现UPS不间断供电的重要组成部分, 是UPS的“心脏”, 不管UPS系统多么复杂, 其性能最终决定于它的电池, 如果电池失效再好的UPS也无法提供后备电源, 如何监视电池以精确地预测其临界失效期和如何延长电池的有效寿命是保证UPS供电系统稳定和可靠性的关键。

蓄电池的正确使用、定期维护以及合理地设置UPS电池管理系统中的重要参数, 可使蓄电池的实际使用寿命尽可能接近设计使用寿命, 减少设备资金的再投入, 尽可能地避免由于蓄电池故障所造成的不必要损失、减少故障发生。对于密封铅酸蓄电池在使用过程中主要是注意UPS及其备用电池组的周围工作环境温度不宜超过30度, 当电池工作环境温度超过35度时, 由于电池内部损耗增加, 电池本身的“存储寿命”将会缩短。如果选配有温度补偿功能充电器的UPS, 可以使电池的寿命延长30%～50%, 因为当环境温度升高时, 电池所允许的浮充电压阈值下降, 此时, 若浮充电压为固定, 势必对电池组置于“过压充电”工作状态, 加剧电池的化学反应造成蓄电池中的水分子大量电解, 放出氢气和氧气而逸出, 电解液不断干涸, 电池容量减少, 从而缩短电池的寿命, 环境温度补偿技术能随温度的变化调节浮充充电电压, 不至使电池组处于过压充电状态, 只是相对地提高了蓄电池的使用寿命, 还不能由此根本解决环境温度过高而造成使用寿命缩短的问题。另外当环境温度较低时, 尽管有的充电温度补偿范围较宽, 但由于电池内部电解液的温度特性将会造成蓄电池输出的实际容量下降, 充电器的温度补偿功能对蓄电池因环境温度较低使输出容量下降的问题是无法解决的, 解决电池由于工作温度过高而缩短使用寿命的最根本方法是在机房配备空调设备, 使环境工作温度控制在25度左右。其次, 密封铅酸蓄电池要注意避免的另一种现象是深度放电。密封铅酸蓄电池的单体放电终止电压值与其放电电流的大小有着规定的对应关系。如电池以10小时放电率放电, 即电池标称容量1/10的电流放电, 规定放电电压到单体电压1.8 V时应停止放电, 若此时仍使电池继续放电, 电池单体电压过低时, 便发生了过放电现象, 也即深度放电, 密封铅酸蓄电池深度放电必然会使其有效循环次数减少, 缩短电池使用寿命。如深度放电后不能及时进行充电则会更快加速电池的早期失效。大电流、小电流是针对电池容量而言的, 例如:100 AH的电池, 当放电电流为0.5C, 即100×0.5 A=50 A以上时称大电流放电;小于0.01C即1A的放电电流称小电流放电。小电流放电很容易造成涓流放电, 使电池永久性的损坏。研究发现, 电池的放电电流越大, 电池所允许的终止放电电压越小;相反, 放电电流越小, 电池所允许的终止放电电压越大。UPS的电池管理系统中都具有蓄电池组放电终止电压保护功能。在智能化程度较高的电池管理系统中, 其电池放电终止电压保护点是随电池组放电电流的大小而自动调节的。这样既可使后备电池组的能源得到较充分利用, 又不会使电池进入有害的深度放电状态。

对于与UPS连机开始运行或闲置的电池组一定要定期维护。在UPS备用电池组定期维护时一定要采取可靠的措施确保在电池组放电维持时间内, UPS的负载不能中断供电。此时可采用两台同等容量、同型号的UPS, 其输出端共同通过自动转换柜以热备份方式对负载供电。把主供电的UPS用手动转为电池供电, 同时要注意观察UPS显示屏上显示的电池剩余容量, 但此时不必担心由于电池组电压突然下降造成UPS关机, 因为另一台UPS在交流市电供电下以热备份方式工作, 一旦主机关断, 备机便立即投入供电。采用这种放电方法时, 主机备用电池组的放电容量可在20%～30%左右即可达到放电维护的目的。

备用电池组的另一种维护是对电池组进行短时间的均衡充电。这是因为电池组在长时期的浮充备用状态下或经过多次循环使用后, 由于其内部原因会出现端电压、内阻不一致的现象。为了消除这种不均衡现象的故障隐患, 进行均衡充电时每个电池的单体电压可充到2.3 V～2.4 V, 充电电流要限制在0.2×电池容量以内, 在这种均衡充电状态下5个小时左右而后转入正常浮充状态。密封铅酸蓄电池的均衡充电维护应在环境温度为20～25度时进行, 至于何时对电池组进行均衡充电, 应根据电池组的实际使用情况而定。一般经过均衡充电后电池组中的电压、内阻不平衡现象可得到改善, 可延长电池组的使用寿命。

3结束语

UPS不间断电源是地球站重要的不可缺少的设备, 但要UPS电源真正成为不间断电源, 保障广播电视信号可靠地传输, 必须加强对它的管理与维护。

参考文献

水电厂UPS系统改造与优化探讨 篇8

关键词：水电厂；UPS系统；自动控制；交流不停电系统；厂用电 文献标识码：A

中图分类号：TV74 文章编号：1009-2374（2015）19-0042-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.020

UPS交流不停电系统是保障水电厂计算机监控、安全保护、电网自动化调度等系统稳定、可靠运行的重要设备，可为水电厂各重要系统提供不间断、高质量、稳定可靠的电源，是水电厂正常运行、安全生产的基础。如果厂用电交流电源中断，同时UPS系统不能可靠运行，提供后备电源，那么电厂监控、控制、调节、应急照明等系统将不能正常工作，保护系统不能发挥作用，往往会引起安全事件、事故，造成较大的损失。

1 UPS系统介绍

1.1 UPS系统概况

图1 原UPS系统示意图

惠州蓄能水电厂厂房内UPS系统主要由充电器、逆变器、蓄电池、静态开关、输入回路防雷措施、馈电系统设备（含负荷母线、负荷总开关、负荷空开、指示灯、跳闸辅助触点等）、加热照明设备等组成。配有两套充电整流装置，公用一组蓄电池组，每套整流器配有两路交流电源。其系统示意图如图1所示。

1.2 UPS系统的运行方式

1.2.1 正常运行方式。两套充电装置和逆变装置同时工作，切换开关-Q21的A和C同时合上，而B断开，旁路电源通过-Q21的A和C及-V21构成跟踪回路。

1.2.2 异常运行方式。（1）在主用交流电源丢失的情况下，UPS电源由蓄电池逆变供电；（2）在交流电源正常的情况下，如果两路逆变均出现故障停止工作，则由旁路电源供电；（3）在UPS检修期间，可以通过将-Q21的位置旋钮切到“Maintenance”位置，由旁路供电。

1.3 UPS系统风险分析

采用单母线输出，所有负荷均接到同一段母线上，由交流输出总开关-Q24输出，如果-Q24开关由于本身的机械故障跳开且无法合闸，将导致所有依赖UPS系统供电的交流负荷供电中断。在交流电源丢失的情况下，如果蓄电池组供电开关-Q5跳开，也将导致所有依赖UPS系统供电的交流负荷供电中断，引发一系列后果：（1）导致机组转子一点接地保护电源发生装置-A32丢失，励磁系统二级故障，如果机组处于运行状态，将引发机组电气跳机。如果同一厂房四台机组均处于运行状态，四台机组会同时电气跳机甩负荷，对上游水道会产生不可预见的后果；（2）导致机组LCU备用PCX失电，单PCX运行，同时温度采集装置失电，机组处于无温度保护运行状态；（3）导致整个振动系统失电，失去保护作用；（4）导致无法判定机械刹车是否投入；（5）导致厂房与中控室通讯中断。

2 UPS系统改造

2.1 改造方案

为了提高UPS系统的可靠性，减少风险，经过验证计算，将厂房UPS系统改为冗余配置，新增一组UPS系统。新增UPS系统每套充电器有一路交流电源输入，直流后备电源取自厂房直流系统，逆变器采用双机热备接线方式，可保证在一台逆变电源故障的情况下，UPS系统仍然能提供稳定可靠的电源，主机的交流输入由原来的市电输入改接在从机的逆变器输出，构成串联热备份。新增系统的UPS1与UPS2同时工作，UPS1主用，UPS2备用，两者可以通过静态转换开关实现无间断切换。新增UPS系统与原UPS系统负荷母线之间设置一个联络开关，构成备用关系。改造后的UPS系统示意图如图2所示：

图2 改造后的UPS系统示意图

改造后的系统对负载接线进行了优化调整，将其中两台机组（非同一接线单元）的LCU、振动检测柜、励磁控制柜及MACH3000网络的1路电源分离出来，由新增的UPS供电。

2.2 可靠性分析

改造后的UPS系统的可靠性有了大幅度提高，对电厂各系统提供不间断、高质量、稳定可靠的电源有了更好的保障：（1）新原UPS系统均有两套充电器、逆变装置、静态转换开关和跟踪回路，当一路交流供电电源丢失或装置本身故障，电源可实现不间断切换，保证给用户提供不间断电源；（2）新原UPS系统均有可靠的直流后备电源，在交流电源全部丢失的情况下，原UPS系统可由蓄电池组供电，新增UPS系统由厂房直流系统供电，能在较长时间内，给用户提供可靠的电源，保证设备安全、稳定运行，为电厂启动创造了条件；（3）当其中一套UPS系统故障，不会造成同一厂房四台机组（或同一单元接线的两台机组）相应电源全部丢失，避免同一厂房四台机组（或同一单元接线的两台机组）同时甩负荷，减小了对上游水道损害可能性，避免了对电网的强大冲击，同时也在很大程度上降低了多台机组不可用的风险，提高了机组的可用率；（4）网络交换机的两路电源分别取自新原的UPS系统，当其中任何一套UPS故障，不会导致网络通讯中断，这样就大大降低了网络交换机因UPS系统故障而造成通讯中断的事故；（5）两套UPS系统互为备用，当其中一套UPS系统完全故障，不能供电，可以断开其负荷总开关，合上联络开关，由另一套UPS系统带两段母线运行，大大缩短设备停电时间，保证设备可靠运行。

3 进一步优化探讨

根据图1，可以看出当A1或A2区的任一带电设备出现故障时，都必须将Q2（两个）、Q5、Q26、Q27开关全部断开，才可以检修，这时UPS系统只能由旁路供电，没有后备电源，大大降低了其可靠性。此时，只要旁路交流电源停电，UPS系统将无法给负荷用户提供电源。同时，也扩大了隔离范围，增加了隔离操作任务，给检修工作增加了负担，降低了工作效率。如果在图1中B1、B2位置分别增加一个直流输入开关，那么上述隔离范围就可以缩小了。如A1区设备出现故障时，只需要断开上边Q2、Q26和B1处直流输入开关，而不需要断开Q5，此时下方UPS设备和后备直流电源可正常工作，保证UPS系统为负荷提供不间断、安全、可靠稳定的电源。同时缩短了隔离操作和恢复时间，提高工作效率。

4 结语

UPS系统对电厂的安全稳定运行是至关重要的，针对原UPS系统的不足，对UPS系统进行改造，对其负荷接线方式进行优化，提高了UPS系统的可靠性和电厂安全运行水平。对UPS系统的优化探讨，从运行维护的角度对UPS系统的改造提供了思路。

参考文献

[1] 向江汉，等.UPS技改技术方案[S].

[2] 王鹏飞，等.小浪底电厂计算机监控系统UPS电源改造及应用[J].水电能源科学，2011，29（10）.

[3] 赵艳丽，高学义.浅谈交流不停电电源（UPS）在发电厂中的应用[J].内蒙古石油化工，2010，（3）.

作者简介：熊照（1989-），男，惠州蓄能发电有限公司助理工程师，研究方向：抽水蓄能电厂运行。

UPS不间断电源的工作方式 篇9

1、正常运行方式

不断电系统的供电原理是当市电正常时，机器会将市电的交流电转换为直流电，而后对电池充电，以备电力中断时使用；这里跟各位强调的是不断电系统并不是停电时才会动作，像是遇到电压过低或过高、瞬间突波等，足以影响设备正常运转的电力品质时，不断电系统均会动作，提供设备稳定且干净的电力。

当市电正常供电时，市电经滤波回路后，分为两个回路同时动作，其一是经由充电回路对电池组充电，另一个则是经整流回路，作为逆变器的输入，再经过逆变器的转换提供电力给负载使用；由此可知，在线式不断电系统的输出完全由逆变器来供应，因此不论市电电力品质如何，其输出均是稳定而不受任何影响。

2、电池工作方式

一旦市电发生异常时，将储存于电池中的直流电转换为交流电，此时逆变器的输入改由电池组来供应，逆变器持续提供电力，供给负载继续使用，达到不断电的功能。UPS不间断电源系统的电力来源是电池，而电池的容量是有限的，因此不断电系统不会像市电一般无限制的供应，所以不论多大容量的不断电系统，在其满载的的状态下，其所供电的时间必定有限，若要延长放电时间，须购买长时间型不断电系统。

3、旁路运行方式

当在线式UPS超载、旁路命令（手动或自动）、逆变器过热或机器故障，UPS一般将逆变输出转为旁路输出，即由市电直接供电。由于旁路时，UPS输出频率相位需与市电频率相位相同，因而采用锁相同步技术确保UPS输出与市电同步。旁路开关双向可控硅并联工作方式，解决了旁路切换时间问题，真正做到了不间断切换，控制电路复杂，一般应用在中大功率UPS上。如果在过载时，必须人为减少负载，否则旁路短路器会自动切断输出。

4、旁路维护方式

UPS电源系统电力工程 篇10

随着调度自动化系统的要求也越来越高, 自动化系统设备的安全稳定运行不仅取决于系统设备自身, 同时又依赖于电源系统为其提供可靠电力。当前调度大楼一般采用大型UPS集中供电, 这种集中供电方式一旦电源系统出现故障, 对于调度中心来说无疑将是灾难性的后果。近年来电力调度的重大事故几乎都与UPS电源有关。因此, 电源系统建设与运行过程中必须将其可靠性要求放在首要位置。笔者基于多年来在UPS电源建设及运行维护方面的切身体会和经验, 就UPS电源建设及应用时应关注问题作出分析, 以供大家参考。

1 UPS电源的系统构成

UPS电源系统由主设备以及配套设备组成, 如图1所示。

UPS主设备包括主电路、控制电路和辅助电路。UPS主电路主要包括整流器、逆变器、静态旁路三部分, 是UPS为用户负载提供高品质电源的电能变换、隔离、传输系统。UPS的控制电路是控制这些主电路部件正常有序运行的中枢系统, 主要由检测、运算到执行的一系列控制板组成。辅助电路主要包括内部控制电源、内部风扇等关键的易损坏部件。配套设备包括储能蓄电池及输入、输出配电系统。

2 影响UPS主设备可靠性的因素

2.1 UPS主电路

UPS主电路主要包括输入端的整流器、逆变器、静态旁路三部分, 是UPS为用户负载提供高品质电源的电能变换、隔离、传输系统, 如图2所示。

2.1.1 UPS输入端, 即整流器。UPS整流器的主要功能是将来自电网的普通交流电源整流成直流电源, 一方面向后端的逆变器供电, 同时对蓄电池进行充电。由于它直接和外界电网相连接, 所以在UPS的输入端应有完善的保护功能, 来抑制和消除来自电网10/700S5KV雷击电压冲击和8/20Μs20KA的雷击电流冲击, 保证UPS输入整流器的安全性, 这对于中大功率UPS显得尤为重要。这要求调度大楼配电室不仅要配制适当的避雷器, 而且UPS本身也应有防雷部件。此外, 应在整流器的输入、输出同时配置LC滤波器, 以进一步消除来自电网的任何电压、电流浪涌, 保证整流器的安全。如图3所示。

影响UPS输入端可靠性的另一个关键因素是, UPS输入端是否配备了优良的输入软启动特性。所谓软启动功能是指在整流器重新开启时, 其输入功率是缓慢“爬升”到额定功率, 而不是突然增加, 有的UPS电源这一爬升时间一般可设置到60秒以上, 必要是应同时设置“输入限流技术”。这一功能不仅保护了整流器的安全, 增加了UPS设备自身的可靠性, 同时也将大大缓和UPS电源对供电电网的“冲击”。

(2) UPS输出端, 即逆变器。逆变器是UPS内部最关键的部件之一, 它负责将来自整流输出或电池的直流电变换为交流电, 向负载提供与市电无关的交流净化电源。它的可靠性与负载突加突减的电流冲击密切相关, 同时也受切换冲击电流的影响。这就要求在UPS的输出端应配置大电感, 以抑制可能的大电流冲击, 如图3所示。同时, UPS应具有切换时的电压自动提升功能, 使UPS切换时的逆变器输出电压尽可能接近旁路输入电压, 以减少切换压差, 从而减少冲击电流。

(3) UPS静态旁路。静态旁路是UPS故障时的应急通路, 它由三相双向晶闸管开关组成。由于旁路是直接将电能不经任何变换、直接传递给负载的通路, 因此为了保障负载和旁路自身的安全, 旁路应配置隔离变压器, 以双向缓冲来自电网高压浪涌冲击和来自负载的电流突变冲击。这一旁路变压器的另一突出优点, 还在于它彻底消除了长期困扰用户的零地电压问题, 众所周之, 机房的零地电压国家标准为小于1V, 但是由于电网三相负载的不对称、非线性负载的广泛存在, 或雷击感应电压, 都使零地电压经常在3V以上, 这严重影响了用户计算机负载的正常工作和安全。要消除这一零地电压, 唯一的途径就是在UPS的旁路回路配置隔离变压器, 以实现UPS输入零地与输出零地的彻底隔离。

2.2 UPS控制电路

UPS控制电路是整个UPS的核心部件, 它通过传感器检测UPS的输入输出参数, 环境参数, 经过内部微处理器复杂的综合处理, 调控主电路部件的工作。但是由于它所有的元器件均是信号级敏感电子部件, 而且数量巨大、电路复杂、易受电场、磁场、温度、湿灰尘等的综合影响, 成为UPS内部最薄弱、故障率最高的部件, 也是影响UPS可靠性的焦点问题。

现代UPS的控制电路均由一系列不同功能的控制板组成, 但是不同的UPS差异巨大, 归纳起来最主要的有以下三点:一是控制板数量, 多的高达20多块印刷电路板, 少的仅4块;二是控制板之间的连接方式, 有的有成捆的扁平电缆, 有的连一根扁平电缆也没有, 完全采用简单的网络线来连接;三是控制方式, 有模拟控制、半数字半模拟控制、数字控制之分。

在同样的控制功能下, 控制板的数量清晰地反应了控制系统集成度的高低。集成化是提高电子电路可靠性的革命性变革, 集成度越好可靠性越高已是业界一致的共识;其次控制板之间的连接方式, 反应了控制系统的繁杂程度, 及控制板之间的依存关系, 无疑相互之间的连接线越少, 依存关系越简单, 出问题的概率也就越少。特别值得一提的是, 内部控制电路的网络化连接极大地提高了可靠性。数字控制与模拟控制相比其优点是显而易见的, 消除了模拟控制所带来的参数漂移和不稳定性。尽管在目前的UPS市场上已基本淘汰了模拟控制的UPS, 但是以半数字半模拟控制的UPS在市场上不在少数, 其显著的特征是某些参数还需要用电位器来设定, 完全不象全数字式的UPS, 所有的参数与基准全部通过电脑经串口写入。

2.3 UPS辅助系统

在UPS内部最重要的辅助系统是控制电源和散热风扇, 因为控制电源的故障将使内部控制电路完全失电, 而风扇是保证内部主电路和控制电路部件不至因过温而关机的重要冷却部件。

(1) UPS内部的辅助电源板负责向各控制电路板提供低压直流电源, 如果辅助电源出现故障, 控制电路将会停止工作, UPS系统将随之瘫痪, 甚至都不会转旁路。因此UPS内部的辅助电源必须为冗余结构, 提供多路并行供电辅助电源, 可以分别取自市电输入、旁路输入、逆变器输出。这种冗余设计保证了主机控制电路在任何情况下都能正常工作。

(2) UPS电源是一种电能转换设备, 在转换过程中由于功率器件的开关损耗, 将产生大量的热量释出。电子元件的工作稳定性及老化速度都是和环境温度息息相关的, 所以UPS电源中需要增加风扇以便将能量转换中堆积的热量迅速排出电源本体之外。而一旦电源风扇发生转速降低、停转, 那么电源中堆积的热量将迅速增加, 轻的导致电源内部温度升高, 使功率器件、控制器件、电阻电容等电子元件的工作稳定性降低、老化速度加速, 重的将导致整个UPS系统因过温而自保护关机, 使负载的供电中断。因此在风扇的设计上应, 即必须有冗余的风扇备用, 即使有风扇故障损坏也采用冗余方式不会影响到UPS系统的散热。而且风扇属于易损件, 长期高速运转老化磨损是不可避免的, 因此风扇可带电更换也是十分重要的。只有风扇采用低压直流供电的UPS才能完全实现热插拔功能。

(3) 为了提高风扇的寿命和整机的可靠性, 进风口安装过滤网, 使得风扇在很少灰尘的环境下工作, 这不仅将延长风扇寿命, 也将提高UPS内部电子部件的可靠性。

3 影响UPS系统可靠性的主要配套设备

UPS配套设备包括蓄电池、输入输出配电及切换系统, 它们与UPS电源系统的可靠性休戚相关。

蓄电池是最为重要的配套设备, 蓄电池的可靠性取决于自身的品质, 同时也取决于UPS电源中的电池管理系统, 电池管理系统的检测、充电和自动维护方式往往影响电池寿命的长短。由于蓄电池的在不同倍率下的放电特性不同, 而用户负载量又是随时间随机变化的, 所以一般UPS产品在测试电池容量的误差率都比较高 (20%~30%) , 精确测定蓄电池的状态并不容易。目前一种与负载大小无关的, 基于电池恒功率放电的蓄电池测试专利技术解决了这一问题。

这一技术的关键是测试蓄电池时功率, 确保蓄电池在测试时按设定的恒功率放电, 而这一功率与负载大小无关, 从而实现了电池状态的精确测定。同时这一测试采用小容量定量放电仅释放电池安时容量, 保证了用户对电池充 (10%) 放电次数过道和放电测试过程中市电突然停电的担忧。然后根据测得的蓄电池状态, 启动电池均充功能, 确保蓄电池的使用寿命不会应得不到定期活化而显著缩短。

4 UPS并机冗余系统及其可靠性问题

为了进一步提高UPS供电的可靠性, 电力调度中心UPS系统应构成冗余系统。

UPS冗余系统通常可分为串联冗余和并联冗余二种, 串联冗余系统中的两台UPS, 一台带载, 另一台处于空载热备用状态, 即将空载热备用状态的一台串入另一台带载运行UPS的旁路中。并联UPS冗余系统中的每台处于输出锁相同步状态, 各台UPS均分负载。由于并联冗余具有增加带载能力、提高系统可靠性的特点, 所以目前并联冗余得到普遍使用。现在调度自动化系统中的服务器都是双电源输入的, 采用并联冗余是最合适不过的了, 但是系统中还有交换机、数据采集单元、GPS等设备, 它们是单电源的设备, 所以它们只能用一台UPS电源带载运行, 这台UPS出现故障时整个自动化系统同样会出现瘫痪的现象。但是这些单电源设备有它自身的优点:上电后自动运行, 不需要认为干预, 并且启动时间不长, 因此综合考虑我们采用了串联冗余和并联冗余相结合的方式 (每台UPS的容量均能承载整个系统的电能供应) , 接线图如图4所示:

由图可知此接线采用两个UPS电源供电, 具体工作方式如下: (1) 并联冗余方式:此工作方式下UPS1的电源开关1是闭合的, UPS2的电源开关是断开的。UPS1电源带各服务器的一路电源输入及单电源设备, UPS2带各服务器的另一路电源输入, 这种接线方式使得两台UPS的负载基本是平衡的, 只是正常工作是UPS1的负载略大于UPS2。 (2) 当UPS2检修或故障时, 各服务器仍有一路电源由UPS1提供, 不会造成服务器的断电, 其他单电源设备仍由UPS1负载。 (3) 当UPS1检修或故障时, 各服务器仍由一路电源由UPS2提供, 不会造成服务器的断电, 其他单电源设备掉电停运, 但这时我们只要将UPS2的电源开关2合上, UPS2电源就会通过自动切换装置将单电源设备切换至UPS2电源负载, 这样就会大大缩短系统的故障时间。由于这种工作方式服务器的双电源都有UPS2提供, UPS2的负载相对较大, 这时可以将接入UPS1的电源输入断掉, 这样就可以减少UPS2的部分负载。

4 串联冗余和并联冗余结合的工作方式:

UPS1的电源开关1闭合后, 系统负荷由两台UPS共同负载。然后再将UPS2的电源开关闭合, 由于自动切换装置在UPS1没有掉电的情况下, 自动装置不会切换至UPS2电源。这种工作方式就是在UPS1正常时UPS1和UPS2并联冗余, 同时UPS2为UPS1的串联冗余电源。当UPS2故障时, 只有各服务器的一路电源掉电, 单电源设备不会掉电, 系统正常运行;当UPS1故障时, 自动切换装置动作, 将负荷切换至UPS2, UPS2带全部负荷。由于切换时间很短, 单电源设备可能不会出现停运现象, 即使有设备停运但是也会在极短的时间 (一般最常为5分钟) 内恢复运行。这样就大大缩短了系统的故障时间, 保障系统的稳定运行。

5 结束语

调度自动化系统的UPS电源的可靠性问题对于系统设备的安全运行是至关重要的。UPS电源的可靠行固然依赖电源本身的设计原理、实现方式、结构及制造工艺等, 但是从文章中我们也可以看出合理的运行方式也同样可以提高UPS电源的可靠行。只有这样才能使得UPS电源的可靠行在系统建设与运行过程中得到现实体现。

参考文献

[1]邱关源主编.电路.北京:高等教育出版社, 2006.

[2]李成章主编.UPS电源及电路图集.北京:电子工业出版社, 2002.