王艷

摘要： 本文介紹了UPS技術(shù)的工作原理，以及其在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的維護(hù)、管理和具體應(yīng)用，并指出運(yùn)行中應(yīng)注意的事項(xiàng)。

Abstract： This paper introduces the working principle of UPS technology， and its maintenance， management and application in the actual operation process， and points out matters needing attention in the operation.

關(guān)鍵詞： 不間斷電源系統(tǒng)；蓄電池；維護(hù)；注意事項(xiàng)

Key words： uninterruptible power supply system；storage battery；maintenance；matters needing attention

中圖分類(lèi)號(hào)：TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）09-0103-03

0 引言

“UPS”是英文“Uninterrupted Power Supply”的縮寫(xiě)，它的含義是“不間斷電源系統(tǒng)”。指的是一旦發(fā)生停電或掉電事故，UPS電源幾乎可以毫無(wú)斷點(diǎn)的繼續(xù)向原有負(fù)載供電，保證設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行。如今，隨著信息化、自動(dòng)化等技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)在各種場(chǎng)合得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)控制系統(tǒng)供電的質(zhì)量也提出了越來(lái)越嚴(yán)格的要求。在此情況下，UPS電源的出現(xiàn)滿(mǎn)足了計(jì)算機(jī)等設(shè)備對(duì)電源質(zhì)量要求比較高的需要，可以保證計(jì)算機(jī)等設(shè)備不丟失信息和數(shù)據(jù)，保證它們的安全，從而保證了重要設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行。UPS系統(tǒng)在廣播發(fā)射臺(tái)變電站中主要用于電站自動(dòng)化系統(tǒng)、信號(hào)電源、電氣保護(hù)和電器變送器等。

1 UPS電源的工作原理

目前，隨著電能需求的不斷增加，電力系統(tǒng)不斷升級(jí)更新，對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定性和安全性的要求越來(lái)越嚴(yán)格。這就需要不斷完善和提高電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。為了使該系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)、RTU、變送器等設(shè)備安全穩(wěn)定的運(yùn)行，就需要有UPS電源作保障，它具有良好的穩(wěn)壓功能，當(dāng)外電瞬間中斷或停電時(shí)，UPS電源自動(dòng)將蓄電池儲(chǔ)存的直流電逆變?yōu)榻涣麟娎^續(xù)向負(fù)載供電。

1.1 UPS電源的組成及工作原理

UPS電源系統(tǒng)包括整流器、變換器、儲(chǔ)能電池和開(kāi)關(guān)控制四部分。

1.1.1 整流器

在此系統(tǒng)中，整流器完成穩(wěn)壓功能。它采用可控硅或高頻開(kāi)關(guān)整流器，可根據(jù)外電變化自動(dòng)控制輸出幅度。

1.1.2 外電的變化

外電變化時(shí)，整流電壓的輸出幅度能維持一個(gè)基本穩(wěn)定的狀態(tài)，不會(huì)大幅度上下波動(dòng)。變換器變換頻率主要取決于其振蕩頻率。

1.1.3 儲(chǔ)能電池完成凈化功能

整流器在工作狀態(tài)下會(huì)干擾瞬時(shí)脈沖，電壓經(jīng)整流后并不能使這種脈沖干擾徹底消除。儲(chǔ)能電池儲(chǔ)存直流電能，就相當(dāng)于為整流器連接了一個(gè)大容量電容器，使得電容兩側(cè)電壓無(wú)法突變。這其實(shí)運(yùn)用了電容器對(duì)脈沖的平滑特性規(guī)避了脈沖干擾，對(duì)蓄電池進(jìn)行了凈化。

1.1.4 開(kāi)關(guān)控制

開(kāi)關(guān)控制主要用于完成UPS電源系統(tǒng)的日常操作與維護(hù)。當(dāng)外電正常時(shí)，給負(fù)載供電，同時(shí)給儲(chǔ)能電池充電；當(dāng)外電中斷時(shí)，UPS電源開(kāi)始工作，由儲(chǔ)能電池給負(fù)載供電；當(dāng)負(fù)載嚴(yán)重過(guò)載時(shí)，由外電經(jīng)整流直接給負(fù)載供電。

1.2 UPS電源的分類(lèi)

根據(jù)其工作方式的不同可分為后備式、在線(xiàn)式和在線(xiàn)互動(dòng)式三大類(lèi)。

①后備式UPS電源工作原理：它相當(dāng)于一臺(tái)穩(wěn)壓器。當(dāng)外電正常時(shí)，外電通過(guò)交流旁路通道直接送至負(fù)載。此時(shí)，UPS電源上的逆變器不工作，只有在外電中斷，才由蓄電池將儲(chǔ)存的直流電經(jīng)逆變器變?yōu)榻涣麟姾笙蜇?fù)載供電。由于沒(méi)有降噪和降低干擾的措施，這種UPS供給的電源輸出電壓不穩(wěn)定，因而最好不要用于精密負(fù)載及電網(wǎng)較差的地區(qū)。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)。

②在線(xiàn)式UPS電源工作原理：當(dāng)外電正常時(shí)，它首先將交流電變?yōu)橹绷麟?，然后進(jìn)行脈寬調(diào)制、濾波，再將直流電重新變成交流電向負(fù)載供電，并同時(shí)給蓄電池充電。一旦外電中斷，立即改為蓄電池經(jīng)逆變器對(duì)負(fù)載供電，從而保證了負(fù)載的正常工作。因此，在線(xiàn)式UPS輸出的是與外電完全隔離的純凈的正弦波電源，大幅度的改善了供電質(zhì)量。

③在線(xiàn)互動(dòng)式UPS電源工作原理：它是一種介于后備式和在線(xiàn)式工作方式之間的UPS電源。當(dāng)外電在規(guī)定電壓范圍內(nèi)時(shí)，不做調(diào)節(jié)直接輸出至用電設(shè)備，如同一臺(tái)后備式UPS電源；當(dāng)外電高于或低于正常范圍時(shí)，啟動(dòng)升壓或降壓功能，但不使用蓄電池供電，直到外電過(guò)低、過(guò)高而不可調(diào)節(jié)或外電停電時(shí)，才使用蓄電池供電。這種UPS電源轉(zhuǎn)換時(shí)間非常短，交流輸出電壓穩(wěn)定性好。但由于其穩(wěn)頻特性不理想的缺陷，因而不宜作為長(zhǎng)延時(shí)的UPS電源使用。

1.3 UPS電源蓄電池的配置

目前在UPS不間斷電源中，廣泛使用蓄電池作為儲(chǔ)存電能的裝置，作為UPS電源重要組成部分的蓄電池，在實(shí)際應(yīng)用中我們常常要花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行維護(hù)，因此對(duì)蓄電池的性能、參數(shù)及維護(hù)等有關(guān)信息的了解就顯得尤為重要。蓄電池需要先用直流電源對(duì)其充電，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲(chǔ)存起來(lái)；當(dāng)市電供應(yīng)中斷時(shí)，UPS電源將依靠?jī)?chǔ)存在蓄電池中的能量維持其逆變器的正常工作；此時(shí)，蓄電池通過(guò)放電將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能提供給負(fù)荷使用，因此蓄電池是一種可逆電池。目前無(wú)需維護(hù)的密封式鉛酸蓄電池被廣泛應(yīng)用。

在使用過(guò)程中，停電后UPS是依靠電池儲(chǔ)能供電給予負(fù)載，標(biāo)準(zhǔn)性UPS本身機(jī)內(nèi)自帶電池，在停電后一般持續(xù)10-15分鐘不等，而長(zhǎng)效型UPS配有外置電池組，可以滿(mǎn)足用戶(hù)長(zhǎng)時(shí)間停電時(shí)繼續(xù)供電需要，一般長(zhǎng)效型UPS滿(mǎn)載配置時(shí)間可達(dá)3-5小時(shí)。

目前在UPS電源中所用的小型鉛酸電池的典型容量規(guī)格為：12V，6AH/20HR。它表明該電池輸出電壓為12V。其標(biāo)稱(chēng)容量為6安時(shí)，這一指標(biāo)是指把該電池組置于以20小時(shí)的速率的條件下進(jìn)行放電，一直放到電池組輸出電壓為10.5V時(shí)，所測(cè)量得到的總安培小時(shí)數(shù)來(lái)計(jì)量的。NP型小型密封鉛酸電池的放電特性見(jiàn)圖2所示。圖中的符號(hào)“C”代表蓄電池放電速率。蓄電池以“1C"的速率放電，就意味著該蓄電池的放電電流以相當(dāng)于該蓄電池的額定容量的絕對(duì)值來(lái)放電。從圖2可以看出，電池的放電電流越小，電池輸出電壓相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)維持時(shí)間越長(zhǎng)。放電電流越大，電池輸出電壓相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)維持的時(shí)間就越短。例如：對(duì)24AH/20HR電池組，當(dāng)放電電流為1.2A時(shí)，其輸出電壓可在長(zhǎng)達(dá)5小時(shí)的時(shí)間內(nèi)維持在12V以上。超過(guò)這一限度，會(huì)增大電池的輸出電壓損耗，導(dǎo)致其過(guò)度放電，進(jìn)而縮短其使用壽命。在日常使用中，電池放電電流大于2C時(shí)，電池就無(wú)法穩(wěn)定可靠的供電，接通負(fù)載時(shí)，其輸出電壓會(huì)急劇的大幅度下降。因此，要延長(zhǎng)電池壽命，就必須嚴(yán)格限制電池在工作狀態(tài)下大電流放電。從上面分析可以看到，蓄電池可供利用的容量（安時(shí)數(shù)）與電池組放電電流密切相關(guān)。

實(shí)踐還發(fā)現(xiàn)，對(duì)于特定的電池來(lái)說(shuō)，其實(shí)際可供利用的容量不僅與其放電電流有關(guān)，環(huán)境溫度也是一個(gè)重要的因素。

因此，對(duì)于UPS電源必須工作在低溫條件下的用戶(hù)來(lái)講，在配置蓄電池時(shí)，必須考慮到這個(gè)因素。這里有兩條可供選擇的技術(shù)途徑：

①增加UPS電源中所配置的蓄電池組的標(biāo)稱(chēng)容量值。

②選擇耐寒性的AHH型蓄電池。否則，當(dāng)市電供電中斷時(shí)，UPS電源能支持微機(jī)負(fù)載的實(shí)際工作時(shí)間將明顯低于UPS所配置蓄電池的標(biāo)稱(chēng)值。

所以暫時(shí)不用的蓄電池應(yīng)該存儲(chǔ)在低溫、干燥的環(huán)境，在高溫潮濕的環(huán)境下儲(chǔ)存蓄電池必然會(huì)大大降低其實(shí)際可供用戶(hù)使用的安時(shí)數(shù)。

當(dāng)蓄電池被過(guò)度放電到輸出電壓為零，以及電池被置于長(zhǎng)時(shí)間的短路或長(zhǎng)時(shí)間的開(kāi)路時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部具有絕緣性質(zhì)的硫酸鉛大量吸附在電池陰極表面，降低電池陰極的導(dǎo)電性能。電池內(nèi)阻會(huì)隨著附著在陰極板上的硫酸鹽的增多而逐漸增大，繼而導(dǎo)致電池充放電性能逐漸劣化。鑒于此，如果蓄電池長(zhǎng)期閑置，應(yīng)該在其閑置期內(nèi)定期充放電一次進(jìn)行保養(yǎng)，以使之保持標(biāo)準(zhǔn)電容量，維持存放電功能。如果蓄電池長(zhǎng)期處于供電狀態(tài)，也應(yīng)該在其運(yùn)行過(guò)程中斷電一次，讓UPS電源中的蓄電池代替其放電，后加上市電重新充電，以維持蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)電容量，延長(zhǎng)其服務(wù)年限。

最后必須指出的一點(diǎn)是：密封免維護(hù)的電池，其服務(wù)年限與蓄電池的放電深度有關(guān)。放電深度，即蓄電池工作狀態(tài)下放出的安時(shí)數(shù)，在其標(biāo)稱(chēng)容量中所占的百分比。按照常規(guī)，當(dāng)電池放電深度達(dá)到100%時(shí)，其充放電循環(huán)次數(shù)約為200次，最多不超過(guò)250次。若放電深度降低50%，其可循環(huán)放電500多次。假設(shè)將電池放電深度為30%，那么，代理詞可循環(huán)放電1200多次。因此，在日常使用期間，應(yīng)盡量避免電池長(zhǎng)時(shí)間深度放電，否則會(huì)縮短其使用壽命。

2 UPS電源的維護(hù)

做好維護(hù)工作對(duì)于UPS電源的使用壽命起著重要的作用。因此，在使用過(guò)程中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

①對(duì)于UPS電源主機(jī)的維護(hù)以防塵除塵為主。有的地區(qū)氣候干燥，空氣中懸浮的灰塵量較大，機(jī)身內(nèi)部會(huì)落入大量灰塵，無(wú)法良好的散熱。若是在潮濕空氣環(huán)境中運(yùn)行，主機(jī)控制系統(tǒng)可能紊亂，并發(fā)出警告提示。因此，要根據(jù)實(shí)際情況定期除塵。此外，在清理灰塵時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)查看卡槽和連接件的連接是否可靠、牢固。

②當(dāng)UPS電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確查明原因，分清是負(fù)載還是UPS電源的問(wèn)題，是主機(jī)還是電池組的問(wèn)題，從而采取相應(yīng)措施解決問(wèn)題。

③對(duì)蓄電池的維護(hù)是整個(gè)UPS電源系統(tǒng)中維護(hù)的關(guān)鍵。蓄電池的維護(hù)繁瑣而復(fù)雜，維護(hù)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）蓄電池不要處于深度過(guò)放電狀態(tài)。首先要端正一個(gè)認(rèn)識(shí)：UPS電源容量與其工作狀態(tài)是否穩(wěn)定沒(méi)有直接關(guān)系，并不是說(shuō)大容量的UPS電源工作更穩(wěn)定。如果電源長(zhǎng)期處于輕載運(yùn)行，會(huì)增加UPS電源內(nèi)部蓄電池失效的可能性。

2）如果蓄電池長(zhǎng)期處于只充電不放電的狀態(tài)，將會(huì)加速蓄電池老化，所以，每隔3—4個(gè)月，應(yīng)進(jìn)行中斷外電，讓UPS電源放電一段時(shí)間，以此激活蓄電池，達(dá)到恢復(fù)其容量的目的。

3）對(duì)于長(zhǎng)期不用的UPS電源，在重新使用前，最好先不要帶負(fù)載，讓UPS電源利用機(jī)內(nèi)的充電回路對(duì)蓄電池浮沖，10-20小時(shí)后再接入負(fù)載。對(duì)于長(zhǎng)期不用的UPS電源應(yīng)當(dāng)定期投用，對(duì)電池組進(jìn)行充放電。蓄電池進(jìn)行大容量放電后應(yīng)及時(shí)再充電，間隔時(shí)間不應(yīng)超過(guò)24小時(shí)。

4）正常運(yùn)行狀態(tài)下，蓄電池應(yīng)該保持浮充運(yùn)行狀態(tài)，即最佳運(yùn)行狀態(tài)。浮充時(shí)，電池是滿(mǎn)電荷狀態(tài)，不會(huì)對(duì)其工作壽命產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

5）應(yīng)定期檢查電池極柱是否腐蝕、松動(dòng)，擰緊松動(dòng)的元件，嚴(yán)重的可考慮更換新元件。保證蓄電池處于恒溫環(huán)境，避免忽冷忽熱，對(duì)于延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命起著重要作用。

3 其它注意事項(xiàng)

①環(huán)境對(duì)于UPS電源的影響：應(yīng)在干燥清潔且通風(fēng)良好的地方安裝UPS電源，環(huán)境溫度宜控制17℃～25℃之間。

②輸出功率的控制：UPS電源的輸出功率不得超過(guò)額定功率的80%，過(guò)大過(guò)小都可能產(chǎn)生不利影響，比如功率過(guò)大容易造成UPS電源過(guò)載，功率過(guò)小會(huì)影響正常供電。因此，UPS電源在選型時(shí)最好應(yīng)以實(shí)際負(fù)載量的60%-70%為其額定容量。

③不宜帶感性負(fù)載：負(fù)載種類(lèi)非常多，比如整流器負(fù)載、感性負(fù)載、容性負(fù)載、電阻性負(fù)載等等。當(dāng)UPS電源感性負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電能輸出最大功率只能達(dá)到額定功率的50%，輸出功率不足，因此，對(duì)于電感性很大的負(fù)載絕對(duì)不允許接到UPS電源上。

4 小結(jié)

電力系統(tǒng)作為廣播電臺(tái)的“血脈”，是確保正常播出的首要條件。UPS電源系統(tǒng)對(duì)于電力設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行也起著舉足輕重的作用。

因此，掌握好UPS電源的工作原理，做好UPS電源的維護(hù)工作顯得尤為重要。電力系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，會(huì)嚴(yán)重影響廣播電視的正常播出，從2004年發(fā)展至今，我臺(tái)的電視播控系統(tǒng)從最初的模擬播控逐步升級(jí)換代到如今的數(shù)字化播控系統(tǒng)，而電視播控機(jī)房配置的主備2臺(tái)線(xiàn)式UPS也在我臺(tái)對(duì)外播送自辦電視節(jié)目的過(guò)程中，連續(xù)6年穩(wěn)定而持續(xù)地提供著電力保障，并且在電視播控機(jī)房UPS日常運(yùn)行維護(hù)方面積累了許多技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。電站中UPS電源的出現(xiàn)滿(mǎn)足了相關(guān)設(shè)備對(duì)電源質(zhì)量要求比較高的需要，不僅保證了它們的安全，而且保證了重要設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

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