周漢武 馬無畏

摘要:本文講述了UPS電源系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理,以及該系統(tǒng)的操作與維護(hù),對(duì)從事計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備供電行業(yè)的技術(shù)維護(hù)及工程人員有一定的幫助。

關(guān)鍵詞:系統(tǒng)組成 工作原理 操作與維護(hù)

UPS電源系統(tǒng)由4部分組成:整流、儲(chǔ)能、變換和開關(guān)控制。穩(wěn)壓功能的整流器件采用可控硅或高頻開關(guān)整流器可據(jù)外電的變化控制輸出的幅度。當(dāng)外電發(fā)生變化時(shí),輸出幅度基本不變的電壓。凈化功能由儲(chǔ)能電池來完成。由于整流器對(duì)瞬時(shí)脈沖干擾不能消除,整流后的電壓仍存在干擾脈沖。儲(chǔ)能電池,對(duì)整流器來說就像接了一只大容器電容器,由于電容兩端的電壓是不能突變的,即利用了電容器對(duì)脈沖的抑制消除了脈沖干擾,對(duì)干擾起到了屏蔽作用。頻率的穩(wěn)定則由變換器來完成。開關(guān)K1、K2則是檢修旁路開關(guān)。K4是主機(jī)自檢故障后的自動(dòng)旁路開關(guān)。

UPS電源系統(tǒng)分兩大部分——主機(jī)和儲(chǔ)能電池。額定輸出功率的大小取決于主機(jī)部分,并與UPS提供電源的負(fù)載屬性有關(guān), UPS電源對(duì)不同性質(zhì)的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力是不同的。UPS輸出功率與功率因數(shù)關(guān)系密切,在感性負(fù)載條件下,UPS的輸出功率會(huì)大大下降,即使在功率因數(shù)為0.8(感性)時(shí),其輸出也只能達(dá)到標(biāo)稱功率的50℅。在容性負(fù)載條件下UPS的輸出功率可以達(dá)到標(biāo)稱功率,對(duì)武漢交通職業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)中心所用UPS電源設(shè)備來說,所帶的負(fù)載是服務(wù)器,負(fù)載內(nèi)部電源多是開關(guān)電源,在開關(guān)電源負(fù)載條件下,瞬間功率很高,但實(shí)際平均功率又很小,因此一般UPS在開關(guān)電源作負(fù)載時(shí),其功率因數(shù)只能達(dá)到0.65。而UPS在開關(guān)電源作負(fù)載時(shí),一般為0.8,按此指標(biāo)來帶開關(guān)電源負(fù)載,就可能損壞UPS設(shè)備,所以,在選擇UPS的功率時(shí),一定要考慮負(fù)載的功率因數(shù)問題。通常負(fù)載功率應(yīng)滿足UPS電源70%的額定功率。

儲(chǔ)能電池容量是由負(fù)載功率和所需后備時(shí)間的長短來確定,后備時(shí)間因各通信機(jī)房用電設(shè)備情況不同而不同,主要由備用電源的接入時(shí)間來定,通常在幾分鐘或幾個(gè)小時(shí)不等。武漢電信分公司目前使用的柴油發(fā)電機(jī)組從開始啟動(dòng)至可以正常接入通信供電網(wǎng)一般需要10分鐘左右的時(shí)間。另外儲(chǔ)能電池的容量隨著試電斷電時(shí)間的延長,容量會(huì)逐漸降低?？紤]到儲(chǔ)能電池壽命終止時(shí)電量會(huì)下降至電池儲(chǔ)能量的50%和本地網(wǎng)各局站的地理位置遠(yuǎn)近不同需要搶修時(shí)間等因素,儲(chǔ)能電池的容量必需留有一定的余量,所以武漢電信分公司使用的UPS電源系統(tǒng)中的儲(chǔ)能電池的后備時(shí)間,當(dāng)電池滿容量時(shí)為2~3小時(shí),當(dāng)電池半容量時(shí)為1.50小時(shí)。這足以使各類重要的電信設(shè)備正常安全工作。

使用注意事項(xiàng)

UPS電源主機(jī)對(duì)環(huán)境溫度要求不高,5℃~40℃都能正常工作,但要求室內(nèi)清潔、少塵、無潮,否則會(huì)引起主機(jī)工作紊亂。儲(chǔ)能蓄電池則對(duì)溫度要求較高,標(biāo)準(zhǔn)使用溫度為25℃,平時(shí)不能超過15℃~30℃。溫度太低,會(huì)使儲(chǔ)電池容量下降,溫度每下降1℃,其容量下降1%。其放電容量會(huì)隨溫度升高而增加,但壽命降低。如果在高溫下長時(shí)間使用,溫度每高10℃電池壽命約降低一半。

主機(jī)中設(shè)置的參數(shù)在使用中不能隨意改變。特別是對(duì)電池組的參數(shù),會(huì)直接影響其使用壽命。但隨著環(huán)境溫度改變,對(duì)浮充電壓要做到相應(yīng)調(diào)整。通常以25℃為標(biāo)準(zhǔn),環(huán)境溫度每升高或降低1℃時(shí),浮充電壓應(yīng)增加18mV(相對(duì)于12V蓄電池)。

在無外電靠UPS電源系統(tǒng)自行供電時(shí),應(yīng)避免帶負(fù)載啟動(dòng)UPS電源,應(yīng)先關(guān)斷各負(fù)載,等UPS電源系統(tǒng)啟動(dòng)后再開啟負(fù)載。因負(fù)載瞬間供電時(shí)會(huì)有沖擊電池,多負(fù)載的沖擊電源加上所需的供電電流會(huì)造成UPS電源瞬間過載,嚴(yán)重時(shí)將損壞變換器。

UPS電源系統(tǒng)按使用要求功率余量不大,在使用中要避免隨意增加大功率的額外設(shè)備,也不允許在滿負(fù)載狀態(tài)下長期運(yùn)行。但功能工作性質(zhì)決定了UPS電源系統(tǒng)幾乎是在不斷狀態(tài)下運(yùn)行的,增大功率負(fù)載,即使是在基本滿載狀態(tài)下工作,都會(huì)造成主機(jī)出故障,嚴(yán)重時(shí)將損壞變換器。

自備發(fā)電機(jī)的輸出電壓、波形、頻率、幅度應(yīng)滿足UPS電源對(duì)輸入電壓的要求,另外發(fā)電機(jī)的功率要遠(yuǎn)大于UPS電源的額定功率,否則將會(huì)造成UPS電源工作異?；驌p壞。由于組合電池組電壓很高,存在電擊危險(xiǎn),因此裝卸導(dǎo)電聯(lián)結(jié)條、輸出線時(shí)應(yīng)有安全保障,工具應(yīng)采用絕緣措施,特別是輸出點(diǎn)應(yīng)有防觸電措施。

UPS不宜帶負(fù)載開機(jī)和關(guān)機(jī),對(duì)沒有延時(shí)啟動(dòng)功能的UPS設(shè)備,在有負(fù)載的情況下開機(jī)啟動(dòng)的瞬間,很容易燒毀速變器的末級(jí)驅(qū)動(dòng)器件,因?yàn)閯傞_啟時(shí),控制電路的工作未進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài),啟動(dòng)瞬間會(huì)產(chǎn)生較大浪涌電流,極易造成末級(jí)驅(qū)動(dòng)器件損害。負(fù)載中包含感性負(fù)載時(shí),負(fù)載關(guān)機(jī)也同樣可以引起末級(jí)驅(qū)動(dòng)元件的損壞。

日常維護(hù)與檢修

1.UPS電源在正常使用情況下的維護(hù)工作很少,主要是防塵和定期除塵。特別是氣候干燥的地區(qū),空氣中的灰粒較多,機(jī)內(nèi)的風(fēng)機(jī)會(huì)將灰塵帶入機(jī)內(nèi)沉積,遇到空氣潮濕時(shí)會(huì)引起控制紊亂造成主機(jī)工作失常,散熱不好,并發(fā)生誤告警。一般每季度應(yīng)清潔一次。

2.雖說儲(chǔ)能電池組目前都采用了免維護(hù)電池,但這只是免除了以往的測比、配比、定時(shí)添加蒸餾水的工作,電池外部工作狀態(tài)對(duì)電池的影響并沒有改變,這部分的維護(hù)檢修工作仍是非常重要的。

儲(chǔ)能電池的工作全部是在浮充狀態(tài),在這種情況下應(yīng)每年進(jìn)行一次放電。放電前應(yīng)先對(duì)電池組進(jìn)行均衡充電,以達(dá)到全組電池的均衡。要清楚放電前電池組已存在的落后電池。放電過程中如有一只達(dá)到放電終止電壓時(shí),應(yīng)停止放電,繼續(xù)放電先消除落后電池后再放電。

核對(duì)性放電,不是首先追求放出容量的百分之多少,而是要發(fā)現(xiàn)和處理落后電池,對(duì)落后電池處理后再作核對(duì)性放電試驗(yàn),這樣可防止事故,以免放電中落后電池惡化為反極電池。平時(shí)每組電池至少應(yīng)有8只電池作標(biāo)示電池,作為了解全電池組工作情況的參考,對(duì)標(biāo)示電池應(yīng)定期測量并做好記錄。

3.日常維護(hù)中需經(jīng)常檢查的項(xiàng)目有:清潔并檢測電池兩端電壓、溫度;檢查連接處有無松動(dòng)、腐蝕現(xiàn)象,檢測連接條電壓降;電池外觀是否完好,有無外殼變形和滲漏,安全閥周圍是否有酸霧逸出;特別注意,清潔合成樹腮蓄電池外表時(shí),不應(yīng)使用香蕉水、汽油、揮發(fā)油等有機(jī)溶劑,否則可能使蓄電池外殼破裂,導(dǎo)致電解液漏出。同時(shí)還要檢查主機(jī)設(shè)備是否正常。

免維護(hù)電池也要維護(hù):日常的管理要周到、細(xì)致、有規(guī)范性,才能保證設(shè)備保持良好的運(yùn)行狀況,從而延長使用年限;直流母線要保持合格的電壓和電池的放電容量;保證電池運(yùn)行的安全。

4.當(dāng)UPS出現(xiàn)故障時(shí),應(yīng)先查明原因,分清是負(fù)載還是UPS電源系統(tǒng),是主機(jī)還是電池組。雖說UPS主機(jī)有故障自檢功能,但它對(duì)面而不是對(duì)點(diǎn),更換配件很方便,但要維修故障點(diǎn),仍需做大量的分析、檢測工作;另外如自檢部分發(fā)生故障,顯示的故障內(nèi)容則可能有誤;對(duì)主機(jī)出現(xiàn)擊穿、斷保險(xiǎn)或燒毀器件的故障,一定要查明原因并排除故障后才能重新啟動(dòng),否則會(huì)接連發(fā)生相同的故障。

當(dāng)電池組中發(fā)現(xiàn)電壓反極、電壓降大、壓差大和酸霧泄露現(xiàn)象的電池時(shí),應(yīng)及時(shí)采用相應(yīng)的方法恢復(fù)和修復(fù),對(duì)不能恢復(fù)和修復(fù)的要更換,但不能把不同容量、不同性能、不同廠家的電池聯(lián)在一起,否則可能會(huì)對(duì)整個(gè)電池組帶來不利影響。對(duì)壽命已過期的電池組要及時(shí)更換,以免影響到主機(jī)。

5.再好的設(shè)備也有壽命,也會(huì)出現(xiàn)各類故障,但維護(hù)工作做得好可以延長壽命,減少故障的發(fā)生。不要因?yàn)樵O(shè)備的高智能、免維修而忽略了本應(yīng)進(jìn)行的維護(hù)工作,預(yù)防在任何時(shí)候都是安全運(yùn)行的重要保障。通信用閥控式密封鉛蓄電池組中各單電池的開路電壓之差不大于20mV;在通信用閥控式密封鉛蓄電池的使用維護(hù)規(guī)定中,要求各單電池的浮充電壓之差應(yīng)當(dāng)在平均電壓的±50mV之內(nèi),即允許浮充電壓的最高值與最低值相差不大于100mV。

一般正常使用的UPS,其電池壽命在5年左右,但目前國內(nèi)有相當(dāng)部分UPS電池在投入使用不到一年就開始出現(xiàn)問題,更有甚者,有些進(jìn)口品牌的電池在制造工藝上存在先天的缺陷。這一般是由于后天缺乏必要維護(hù)造成的。值得注意的是,許多使用單位由于缺乏必要的測試維護(hù)手段,根本不清楚自己系統(tǒng)UPS蓄電池的狀況,為UPS系統(tǒng)正常工作留下隱患。為此,我建議UPS系統(tǒng)使用單位每隔3~4個(gè)月人為將UPS電流輸入端斷開一次,仿真充電中斷,然后檢查蓄電池放電時(shí)間是否足夠,若不是時(shí),再具體判斷是否是一個(gè)個(gè)電組落后,并以檢查該電池端電壓和內(nèi)阻值為依據(jù),發(fā)現(xiàn)電池“落后”。若是,則可以考慮更換落后蓄電池,以保證充電中斷時(shí)能有足夠的電池放電時(shí)間。

實(shí)踐證明,用萬用表測量UPS電池的浮充段電壓無法判定舊電池是否已經(jīng)失效。所以一般要離線或在線測量電池的端電壓,被測電池的端電壓為12V左右(對(duì)12V電池而言),最低不能低于10.5V。不足10.5V的電池即為欠壓或已經(jīng)失效的電池,若這種電池在經(jīng)過充電或激活充電后端電壓仍達(dá)不到12V,即為失效電池。這種情況下,就應(yīng)該更換電池組保證UPS電源系統(tǒng)的正常運(yùn)行。特別強(qiáng)調(diào),在做任何維修工作時(shí),須先將蓄電池保險(xiǎn)絲取出,以切斷蓄電池電路,保證設(shè)備和人員安全。

參考文獻(xiàn):

[1]GB/T14714-93《微小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備用開關(guān)電源通用技術(shù)條件》

[2]GB/T14715-93《信息技術(shù)設(shè)備用不間斷電源通用技術(shù)條件》

(作者單位:周漢武 武漢交通職業(yè)學(xué)院電子與計(jì)算機(jī)系

馬無畏 中國電信武漢分公司)