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        論UPS的基礎配置與維護保養(yǎng)

        2017-11-07 10:36:13付廣榮
        科技創(chuàng)新與應用 2017年30期
        關鍵詞:機系統(tǒng)市電整流器

        付廣榮

        摘 要:不間斷供電系統(tǒng)UPS(Uninterruptible Power System)作為保護設備或者數(shù)據(jù)的最后一道屏障,越來越受到用戶的關注與重視,尤其是精密儀器較多的場所或者大型數(shù)據(jù)交互中心,人們對UPS的需求越來越高,在數(shù)量、質(zhì)量、性能等方面都有了具體的要求。因此UPS在其物理結構、系統(tǒng)配置、電池后備時間、維護保養(yǎng)以及故障的響應時間等方面都有了長足的進步與發(fā)展,以滿足當前時代發(fā)展的需要。

        關鍵詞:UPS(Uninterruptible Power System);物理結構;系統(tǒng)配置;電池;后備時間

        中圖分類號:TL503.5 文獻標志碼:A 文章編號:2095-2945(2017)30-0173-02

        1 UPS結構、分類、原理與作用

        UPS電源系統(tǒng)主要主路、自動旁路、手動維護旁路、電池組、進行AC/DC(交流/直流)變換的整流器、進行DC/AC(直流/交流)變換的逆變器等幾大主要部分構成。其分類按結構可分為直流UPS與交流UPS;按備用時間可分為標準型與長效型;按工作原理可分為后備式、在線互動式、在線式三種類型……目前市面上容量大于3kV以上的UPS基本上是在線式(圖1)。

        從圖1可以看出UPS工作的原理可以簡單的表述為:當市電輸入正常時,電源會經(jīng)過整流器、逆變器從而使輸出端獲得優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的電源提供負載側使用;當整流器發(fā)生故障時,先由電池組放電經(jīng)逆變器供負載使用,而當放電完畢或者逆變器亦發(fā)生故障時,此時會切換至自動旁路進行供電,此時負載側的電源是由市電直接供應,與經(jīng)主路的電源質(zhì)量相較會差一些;當自動旁路失效時或者該UPS需要進行停機檢修時,我們需切換至手動維護旁路進行工作。從UPS的工作原理可以得出其主要的兩點作用:(1)當市電穩(wěn)定時,UPS作為穩(wěn)定器為負載側提供穩(wěn)頻、穩(wěn)壓、純凈的電源;(2)當市電異常時,由電池組為負載進行供電,因此電池組可近似等效于一臺發(fā)電機。

        2 選型與配置

        UPS選型根據(jù)其原理我們一般選擇在線式UPS作為我們的首選,這是考慮到UPS后續(xù)如何配置、對終端設備的穩(wěn)定度以及對數(shù)據(jù)的保護作用等因素。那么選擇在線式UPS的好處有哪些呢?首先在線式UPS的逆變器始終處于工作狀態(tài),保證了當市電失效時,可以實現(xiàn)無縫切換至電池組工作保證后續(xù)負載不斷電;其次由于有整流器、逆變器的作用,當市電出現(xiàn)欠壓、過壓、諧波干擾等不可控因素時也能為負載提供穩(wěn)頻、穩(wěn)壓、無干擾的交流電,最大限度的保證了負載不受影響;再次在線式UPS可與外加電池組和優(yōu)質(zhì)發(fā)電機組聯(lián)合工作,使得UPS成為長時間不間斷供電電源。根據(jù)在線式UPS的工作特性以及用戶的實際需求出發(fā),用戶可以根據(jù)設備的重要性及實際需求對UPS進行有效的配置,目前較為主流的配置方式有單旁路系統(tǒng)、雙旁路系統(tǒng)、UPS+柴油發(fā)電機(組)、1+1冗余并機系統(tǒng)、N+1冗余并機系統(tǒng)等,以目前使用最為普遍且可靠度較高的1+1冗余并機系統(tǒng)為例(圖2)。

        從圖2中我們可以很清楚的了解到1+1冗余并機系統(tǒng)的優(yōu)點:首先,它的主選電源與備選電源可以通過前級的ATS進行選擇后輸入,因為ATS的作用是可以選擇一路可靠的市電作為主選電源,另一路市電或者柴油發(fā)電機組可作為備用電源使用;其次,它的主路與旁路(靜態(tài)旁路與手動維修旁路)的電源輸入是獨立的,當主路電源輸入故障時,不會影響到旁路模式工作;再次,它的輸出是冗余模式,當其中一臺UPS發(fā)生故障時,所有負載設備會自動加載到另一臺UPS上,由工作正常的UPS進行電源供應,以保持負載可以得到持續(xù)的純凈的交流電;最后所引入的UPS是雙旁路結構,即使整流器、逆變器故障而導致UPS設備不能正常工作,也可切換至手動維護旁路狀態(tài),以保證負載優(yōu)先得到市電保障。

        3 電池配置

        從第一部分的介紹中我們得知UPS本身不具備不間斷供電的作用,在市電正常的情況下它只是一臺穩(wěn)定器,而它只有與外加電池組聯(lián)合工作才能成為不間斷供電系統(tǒng),因此如何對電池組進行有效配置是發(fā)揮UPS作用的關鍵工作。圖3是一個計算電池容量的一個簡要公式。

        從圖3中的公式,很容易的計算出電池的放電時間即電池組的后備時間,而具體的后備時間則根據(jù)不同的場合進行不同的設計,其中還要涉及購買的電池的成本、電池放置的場所以及電池的更換等一系列后續(xù)工作等等,一般重要場所電池的后備時間以0.5h-4h為宜。

        4 維護

        UPS如此重要,因此對它的維護保養(yǎng)工作是必不可少的,首先,它需要在適宜的溫濕度環(huán)境下工作,一般溫度在0℃-35℃之間,推薦溫度為25℃,濕度在0%-95%之間;其次,需要定期對設備主機進行巡檢,這部分工作可由廠家或者設備代理商完成,使用專用軟件對設備的運行參數(shù)、設備部件的運行情況、歷史數(shù)據(jù)等等加以分析確保設備始終處在最優(yōu)的工作狀態(tài)之中;再次,要對電池組進行定期放電維護,因為UPS電池組始終處于浮充狀態(tài)之下,而微放電會對電池的性能造成影響,最終導致電池的使用壽命縮短,因此有條件的地方可每3個月對電池組進行一次深度放電維護,查看電池的放電速率,測量每一節(jié)電池的電壓、內(nèi)阻、溫度等參數(shù),發(fā)現(xiàn)某節(jié)電池的性能出現(xiàn)下降時,要做電池活化或者更換該節(jié)電池,以免造成整組電池性能的下降;最后,我們可以對UPS的主機與電池組采取監(jiān)控,在專用的監(jiān)控軟件下實時讀取當前的設備的運行狀態(tài)與參數(shù),同時在每一次維護時可以將歷史數(shù)據(jù)進行對比,以保證每一次的維護工作達到最優(yōu)。

        5 結束語

        UPS的地位隨著設備的不斷發(fā)展而提高,當前UPS的結構、性能與配置也到了一個比較成熟的階段,因此如何提高用戶的使用滿意度是我們作為服務人員所要思考的。只有將維護工作做到位,故障響應時間最短,維修準確、及時、到位,這樣才能將UPS的性能發(fā)揮到極致,也才能滿足不斷增長的需求。

        參考文獻:

        [1]張穎超,楊貴恒,常思浩,等.UPS原理與維修[M].北京:化學工業(yè)出版社,2007,3.

        [2]周志敏.UPS供電系統(tǒng)設計與工程應用實例[M].北京:中國電力出版社,2012,2.

        [3]周志敏,紀愛華.快速掌握UPS工程應用及故障處理[M].北京:化學工業(yè)出版社,2013,11.endprint

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