樊江華

（民航甘肅空管分局，甘肅 蘭州 730000）

1 UPS供電系統(tǒng)的工作原理

UPS（Uninterruptible Power System）即不間斷電源，是連接在輸入電源和負(fù)載之間，為重要負(fù)載提供不受電網(wǎng)干擾、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的電力供應(yīng)的電源設(shè)備，是一種含有儲(chǔ)能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺(tái)交流市電穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電；在市電掉電后，UPS可將電池能量逆變給負(fù)載，繼續(xù)提供一段時(shí)間供電。

2 UPS供電系統(tǒng)組成

UPS系統(tǒng)主要包括由整流模塊（REC）和逆變塊（INV）組成的ACDC-AC變換主回路、由反向并聯(lián)的可控硅組成的旁路靜態(tài)開(kāi)關(guān)、維修旁路空開(kāi)Q3BP、輸出隔離變壓器和逆變靜態(tài)開(kāi)關(guān)、蓄電池組以及輸入Q1/輸出空開(kāi)Q5等。

其中，空氣斷路器Q1控制主路交流電源輸入，整流模塊將交流電源變成直流電源，逆變模塊進(jìn)行DC/AC變換，將整流模塊和蓄電池提供的直流電源變換成交流電源，經(jīng)過(guò)隔離變壓器輸出。蓄電池組在交流停電時(shí)通過(guò)逆變向負(fù)載供電。輸入電源也可以通過(guò)旁路靜態(tài)開(kāi)關(guān)從旁路回路向負(fù)載供電。另外，要求對(duì)負(fù)載供電不間斷而對(duì)UPS內(nèi)部進(jìn)行維修時(shí)，可使用維修旁路開(kāi)關(guān)Q3BP。

3 工作模式

3.1 正常工作模式

在主路市電正常時(shí)，UPS一方面通過(guò)整流器、逆變器給負(fù)載提供高品質(zhì)交流電源；另一方面通過(guò)整流器為電池充電，將能量?jī)?chǔ)存在電池中。

3.2 電池工作模式

當(dāng)主路市電異常時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)無(wú)間斷地切換到電池工作模式，由電池通過(guò)逆變器輸出交流電向負(fù)載供電。市電恢復(fù)后系統(tǒng)自動(dòng)無(wú)間斷地恢復(fù)到正常工作模式。

3.3 旁路工作模式

旁路工作方式有兩種，一種能自動(dòng)恢復(fù)到正常工作模式；另一種需人工干預(yù)才能回到正常工作模式。

在逆變器過(guò)載延時(shí)時(shí)間到、逆變器受大負(fù)載沖擊等情況下，系統(tǒng)自動(dòng)無(wú)間斷切換到靜態(tài)旁路電源向負(fù)載供電。過(guò)載消除后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常供電方式。當(dāng)用戶(hù)關(guān)機(jī)，或主路市電異常且電池儲(chǔ)能耗盡，或發(fā)生嚴(yán)重故障等情況下，逆變器關(guān)閉，系統(tǒng)會(huì)切換并停留在旁路工作模式。此后若需恢復(fù)到正常工作模式，則需要重新開(kāi)機(jī)。

3.4 維修工作模式

對(duì)UPS系統(tǒng)及電池進(jìn)行全面檢修或設(shè)備故障維修時(shí)，可以通過(guò)閉合維護(hù)開(kāi)關(guān)Q3BP，將負(fù)載轉(zhuǎn)向維修旁路直接供電，以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載不停電維護(hù)。維修時(shí)需要斷開(kāi)UPS內(nèi)部的主路輸入開(kāi)關(guān)Q1、旁路輸入開(kāi)關(guān)Q2和電池輸入開(kāi)關(guān)QF1以及輸出開(kāi)關(guān)Q5，實(shí)現(xiàn)UPS內(nèi)部不帶電而對(duì)負(fù)載仍然維持供電的維修工作模式。

3.5 并機(jī)工作模式

多臺(tái)UPS（最多8臺(tái)）在冗余并機(jī)或擴(kuò)容并聯(lián)的工作方式時(shí)，各臺(tái)UPS之間自動(dòng)均分負(fù)載，如果其中一臺(tái)UPS出現(xiàn)故障，該臺(tái)UPS自動(dòng)退出運(yùn)行，剩余UPS均分負(fù)載；如果系統(tǒng)過(guò)載，則整個(gè)UPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)旁路運(yùn)行。并機(jī)工作又有正常工作模式、電池工作模式、旁路供電模式、維修工作模式和聯(lián)合供電模式等多種工作模式。

4 功能元件介紹

4.1 整流器

1）功能

將市電AC電源轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的DC電源（直流穩(wěn)壓電源），輸送足夠能量供給逆變器帶負(fù)載和給電池充電。

2）主要組成

整流橋 中/小容量UPS采用二極管、IGBT

中/大容量UPS采用SCR、IGBT

DC濾波電容

PFC功率因數(shù)校正電路(Power Factor Correction)

4.2 逆變器

1）功能

把整流器或電池送來(lái)的DC電源變換成電壓穩(wěn)定（額定值±1%），頻率穩(wěn)定（額定值±1-2%，本機(jī)振蕩精度可達(dá)額定值±0.05%），諧波含量少（THD＜5%，在峰值因數(shù)為3：1），干凈的再生正弦波AC電源供給負(fù)載。允許DCV變化范圍：320V-490V。

2）主要組成

IGBT三相逆變橋

AC輸出濾波電容

輸出變壓器

控制邏輯電路

4.3 手動(dòng)維修旁路

1）功能

為在不中斷負(fù)載電源情況下，檢修UPS；輔助觸點(diǎn)發(fā)出信號(hào)，禁止逆變器啟動(dòng)。

2）主要組成

加鎖的手動(dòng)開(kāi)關(guān)。

4.4 電池

1）功能

當(dāng)市電中斷或超限時(shí)，供給逆變器能量（DC電源）；保證負(fù)載電源不會(huì)中斷。

2）主要組成

閥控鉛酸電池（VRLA）——全密封免維護(hù)電池

電池柜或電池架

電池開(kāi)關(guān)

安裝在電池柜內(nèi)或電池房?jī)?nèi)溫度傳感器（選裝）

5 維護(hù)與維修

UPS內(nèi)部的元器件除了冷卻風(fēng)扇在轉(zhuǎn)動(dòng)，其他都是靜止的。日常維護(hù)內(nèi)容非常少，由于UPS的正常運(yùn)行受環(huán)境影響較大，因此在日常維護(hù)中需注意保證滿(mǎn)足UPS運(yùn)行的環(huán)境要求。

5.1 日檢

1）檢查控制面板：確認(rèn)所有LED指示正常，液晶屏顯示的所有參數(shù)正常，面板上沒(méi)有報(bào)警；

2）檢查機(jī)柜內(nèi)各風(fēng)扇輸出處無(wú)明顯的高溫；

3）有無(wú)異常噪聲；

4）確認(rèn)通風(fēng)柵格無(wú)阻塞；

5）檢查所有風(fēng)機(jī)是否運(yùn)行正常，確認(rèn)有風(fēng)從機(jī)內(nèi)吹出。風(fēng)扇在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下的預(yù)期工作時(shí)間一般為20000～40000小時(shí)，在高溫環(huán)境下使用風(fēng)扇壽命會(huì)縮短。

5.2 周檢（周期可根據(jù)使用單位實(shí)際情況調(diào)整）

1）測(cè)量并記錄輸入電壓/電流；

2）測(cè)量并記錄電池充電電壓/電流；

3）測(cè)量并記錄UPS輸出電壓/各相電流，并同以前值進(jìn)行比較。

5.3 年檢（周期可根據(jù)使用單位實(shí)際情況調(diào)整）

1）關(guān)斷UPS，將負(fù)載轉(zhuǎn)到維修旁路供電；

2）斷開(kāi)UPS的市電輸入開(kāi)關(guān)和電池開(kāi)關(guān)；

3）確信UPS整流器輸入端、電池連接端、輸出端和旁路輸入端沒(méi)有電壓；

4）打開(kāi)UPS門(mén)板和內(nèi)部的保護(hù)蓋板；

5）檢查UPS功率器件和輔助器件，特別注意以下幾部分：

電容——檢查漏液、變形等

磁性元件——檢查過(guò)溫痕跡、緊固程度及有無(wú)裂痕

電纜和連接端——檢查電纜老化、磨損和過(guò)溫痕跡，檢查印刷電路板接頭須牢固

印刷電路板——檢查清潔度和完整性

6）用吸塵器吸去表面雜質(zhì)，用低壓空氣吹去外部碎屑；

7）重新合上UPS的市電輸入，按照UPS啟動(dòng)步驟啟動(dòng)UPS，將負(fù)載轉(zhuǎn)到由逆變器供電；

8）如有必要，斷開(kāi)主路輸入開(kāi)關(guān)（Q1），檢查電池后備時(shí)間，當(dāng)電池電壓下降至比放電終止電壓高15V時(shí)合上整流器輸入開(kāi)關(guān)（Q1），記錄下UPS的后備時(shí)間。

6 結(jié)束語(yǔ)

由于供電系統(tǒng)是基礎(chǔ)性的保障系統(tǒng)，而UPS電源則是供電系統(tǒng)最關(guān)鍵的部件，它的可靠與否直接關(guān)系到負(fù)載的可靠運(yùn)行。所以細(xì)致全面做好UPS系統(tǒng)日常維護(hù)工作是避免出現(xiàn)這些問(wèn)題的最佳手段。

［1］艾默生.UL33 系列 UPS 用戶(hù)手冊(cè)[Z].

［2］張乃國(guó).UPS 供電系統(tǒng)應(yīng)用手冊(cè)[M].電子工業(yè)出版社,2003,8.

［3］周志敏,等.UPS 實(shí)用技術(shù)—應(yīng)用于維護(hù)[M].人民郵電出版社,2003,11.