【摘 要】本文就UPS不間斷電源供電故障與處理進行了分析，詳細介紹了UPS的工作原理，并對故障的原因作了分析，在此基礎(chǔ)上提出了有關(guān)的處理方案，以期能為類似的供電故障與處理提供參考。

【關(guān)鍵詞】UPS；故障分析；處理

所謂的UPS，即不間斷電源，是將蓄電池（多為鉛酸免維護蓄電池）與主機相連接，通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。本文就UPS不間斷電源供電故障與處理進行了分析，詳細研究了故障產(chǎn)生的原因以及提出了一些有效的處理方案，以期能為類似的供電故障與處理提供參考。

1 UPS工作原理介紹

某某IDC機房供電采用2套UPS設(shè)備并聯(lián)共用1套蓄電池的結(jié)構(gòu)，正常情況下，2套UPS互為備用，其中1套正常工作即可滿足使用工況。UPS供電模式分為以下3種。

（1）主電源供電模式。主電源供電模式為UPS正常工作模式，在此模式下，負載由電源l經(jīng)整流充電器和逆變器供電，整流充電器同時給蓄電池組浮充充電。

（2）靜態(tài)旁路供電模式。電源2回路稱為靜態(tài)旁路，作為電源1的后備。在UPSI和UPSZ的逆變器電壓輸出故障時，靜態(tài)開關(guān)自動導通，負載不間斷切換為電源2回路供電模式。

（3）蓄電池供電模式。此種模式為應急工作模式，當電源1和電源2供電中斷時，供電流程轉(zhuǎn)換為蓄電池組經(jīng)逆變器給負載輸出電力；當2套UPS同時為蓄電池組供電模式時，將觸發(fā)安裝在負載開關(guān)1上的時間繼電器，蓄電池組持續(xù)向外供電半小時后，時間繼電器發(fā)出信號斷開負載開關(guān)1，以保證負載開關(guān)2下的通信系統(tǒng)等設(shè)備的電力供應，以此實現(xiàn)負載優(yōu)先級的設(shè)置。

2 故障現(xiàn)象及原因分析

該機房發(fā)生過2次因UPS系統(tǒng)供電電源中斷而導致的停產(chǎn)事件。事件發(fā)生時，該機房電網(wǎng)工作正常，2套UPS均為蓄電池供電模式，負載開關(guān)處于分閘位置。

該機房的UPS為艾默生Liebert NX-120KVA型產(chǎn)品。在主電源正常的情況下，2套UPS同時轉(zhuǎn)換為蓄電池供電模式，表明2套UPS充電器同時發(fā)生了故障，但事后檢查充電器無異常，重新啟動2臺充電器，均可正常運行。為了徹底查清原因并解決問題，技術(shù)人員和UPS廠家工程師對產(chǎn)品的性能和使用工況進行了一次全面的數(shù)據(jù)收集和調(diào)研，進而確定故障的具體原因。下面介紹排查工作的具體步驟。

（1）參數(shù)設(shè)置和記錄跟蹤

運用TLS軟件與UPS系統(tǒng)進行在線通信，對機組PLC模塊內(nèi)的基本參數(shù)設(shè)定值和在線測量數(shù)據(jù)進行檢查，無異常發(fā)現(xiàn)。在報警記錄的檢查中，發(fā)現(xiàn)“電源2相位超限”報警頻繁出現(xiàn)，出現(xiàn)頻率約為每小時10次，報警狀態(tài)持續(xù)時間約4～8s，在此報警產(chǎn)生的時間內(nèi)UPS自動切換到電源2帶載的功能將被禁止。又由于此報警為自動復位式報警，因此UPS系統(tǒng)會在此報警自動復位消失后恢復電源2的正常工作狀態(tài)。

（2）波形采集及分析

用FLUKE43B電網(wǎng)分析儀對電源1和電源2的輸入波形。電源2的輸出波形以及逆變器的輸出波形進行取樣分析，波形分析結(jié)果無異常。

（3）局域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

UPS電源1和電源2的供電電源均為平臺電網(wǎng)，單臺發(fā)電機工作時的電網(wǎng)最大輸出有功功率為4000kW，日常帶載量約為1600kW。平臺電網(wǎng)具有網(wǎng)小但工況復雜的特點，電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備種類（包括變壓器。馬達。變頻器和海纜等）相對較多，設(shè)備的突加突卸現(xiàn)象較頻繁。對電網(wǎng)進行分析后，結(jié)合上面兩步的分析結(jié)果，初步認定相對大功率設(shè)備的頻繁啟動可能是UPS“電源2相位超限”報警頻繁產(chǎn)生的原因。

（4）故障原因確定與驗證

在假定了報警原因為大功率設(shè)備頻繁啟動的前提下，決定在大功率設(shè)備旁進行蹲點測試，選取1臺l07kW的空調(diào)制冷壓縮機（星三角啟動）進行實測。實測發(fā)現(xiàn)在壓縮機每次啟動時，UPS便產(chǎn)生“電源2相位超限”報警，報警持續(xù)4～8s，與電機啟動時間相符。從而確定。電源2相位超限。報警產(chǎn)生原因：當平臺大功率設(shè)備啟動時，電源2的輸人輸出電壓產(chǎn)生畸變，導致相位超限并報警。由此進一步推論，如果在短時間內(nèi)有多臺大功率設(shè)備先后啟動，那么電源1的輸人波形和電源2的輸人輸出波形將產(chǎn)生畸變，且畸變率逐漸增高，畸變持續(xù)時間增長；電源2的畸變導致“電源2相位超限”報警的自動復位時間加長；電源1的高畸變率會使整流充電器誤判為輸人電壓異常，而使整流充電器保護性停止工作；電源1和電源2的同時故障，使負載只能切換到蓄電池帶載模式，電池放電結(jié)束，DCS系統(tǒng)失電。這樣就出現(xiàn)了UPS故障導致平臺停產(chǎn)時電網(wǎng)工作正常的工況，且一年約一次的出現(xiàn)頻率也與推論中的極端工況相符。

3 系統(tǒng)故障分析及解決辦法

實際工況決定了故障不大可能從根本上杜絕，因此決定將UPS報警信號接人中控DCS系統(tǒng)，以便設(shè)備產(chǎn)生故障報警后，在狀態(tài)可控前提下，通過中斷報警工況來阻止事態(tài)進一步擴大。具體處理思路如圖1所示。

4 技術(shù)改造方案選擇及實施

4.1 方案選擇

要實現(xiàn)上面所描述的預防控制功能，需將UPS的報警信號接人中控DCS系統(tǒng)，UPS機組能提供的接入方案有2種。

（1）方案1：通過UPS通信卡件端口接入中控。UPS系統(tǒng)，并在DCS電腦上安裝UPS廠家工程師軟件以實現(xiàn)遠程在線監(jiān)控。該方案優(yōu)點在于能讀取UPS設(shè)備的所有信息及數(shù)據(jù)；缺點在于中控DCS系統(tǒng)和UPS分屬不同廠家，不能認證加裝在DCS電腦上的UPS廠家工程師軟件，這對DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定性有影響，DCS系統(tǒng)配合難度較大，風險不可控。

（2）方案2：串聯(lián)UPS機組報警輸出卡件上的開關(guān)觸點，將各類報警綜合為1對公共故障報警信號接入DCS系統(tǒng)。該方案接入DCS系統(tǒng)的為無源開關(guān)信號，DCS系統(tǒng)在工程設(shè)計中預留有開關(guān)信號接人功能的卡件，因此硬件接入條件滿足；軟件方面需在DCS系統(tǒng)內(nèi)添加報警記錄和報警輸出界面，對此僅利用DCS系統(tǒng)自身的軟件就可實現(xiàn)。這種施工方案簡單且接人的信號不影響DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定性，缺點在于不能讀取UPS系統(tǒng)詳細的信息和數(shù)據(jù)。

從實際需求和改造難度綜合考慮后，認為方案2改動工作操作難度小、風險可控、功能滿足既定目標，更具可行性。

4.2 方案實施

方案的確定，使檢修工作進人了最后的圖紙設(shè)計和現(xiàn)場施工階段，軟硬件的配置是決定改造方案的基本條件，主要涉及以下幾方面。

（1）UPS報警輸出卡件上均為無源常開和常閉觸點，觸點電氣參數(shù)為220VAC/5A，DCS系統(tǒng)卡件電壓為24VDC，觸點電氣參數(shù)滿足接人條件。

（2）串人的公共報警信號包括低電量關(guān)機警告、電池負載、維護配置、通用報警、逆變器負載等，功能上最大限度地涵蓋了各類輸出報警工況。

（3）“電池負載”報警輸出點已被占用，故需加裝中間繼電器進行擴展。

根據(jù)以上實際條件和需要實現(xiàn)的功能，在原圖紙中進行了改動設(shè)計，接線如圖2所示。虛線為本次改動的接線，除U11～U14，U21～U24外，其余均為添加的新線，R1和R2為新添加的中間繼電器。

在改動設(shè)計中，將5類報警信號串聯(lián)為1對開關(guān)信號接入DCS系統(tǒng)。在UPS正常工作時，DCS接收到的為常閉開關(guān)信號；一旦有故障報警信號產(chǎn)生，串聯(lián)回路就斷開，DCS接收到的常閉開關(guān)信號消失，觸發(fā)DCS系統(tǒng)產(chǎn)生報警信號。為保證接線改動影響UPS系統(tǒng)的穩(wěn)定性和功能，利用UPS自身的輸出電源作為中間繼電器的驅(qū)動電源，整個報警回路則遵循失電安全型規(guī)則。改動中，新加中間繼電器2個，涉及到接線18根，其中新加接線10根，原有接線改向8根。

改造完成后，對各種報警信號進行現(xiàn)場實際模擬測試，每次均能將報警信號及時傳人中控DCS系統(tǒng)，動作及時可靠。

5 結(jié)束語

綜上所述，UPS對許多行業(yè)的安全生產(chǎn)起到重要的作用。UPS在實際的運行中，存在著各種各樣的故障問題，影響到UPS系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。所以，為了及時處理UPS在日常運行中出現(xiàn)的故障，就要提高理論知識，結(jié)合實際采取相應有效的措施處理故障，從而確保UPS的正常運行。

【參考文獻】

[1]郭建軍，周松養(yǎng).UPS故障診斷及處理[J].中國有限電視，2012（05）.

[2]時瑞.UPS不間斷電源故障分析與維修[C]//中國土木工程學會計算機應用學會第六屆年會土木工程計算機應用文集，1995.

[責任編輯：湯靜]