陳恒民

［大眾報(bào)業(yè)集團(tuán)（大眾日?qǐng)?bào)）信息技術(shù)部，山東 濟(jì)南 250014］

0 引言

為了保持?jǐn)?shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)備的正常運(yùn)行，采用UPS 不間斷供電方式，提供恒壓恒頻的無電磁干擾凈化交流220V，成為最后一道支柱和保險(xiǎn)。根據(jù)其特殊性能，遇到市電出現(xiàn)異常時(shí)，有效化解。當(dāng)市電突發(fā)故障時(shí)，通過電池組逆變輸出，維持運(yùn)行一段時(shí)間，便于技術(shù)人員應(yīng)急處理，不至于造成網(wǎng)絡(luò)中斷?？朔须姴环€(wěn)定性，不會(huì)因瞬間電壓電流的變化，導(dǎo)致?lián)p壞服務(wù)器線路板，丟失數(shù)據(jù)，損壞程序，避免造成不良社會(huì)影響，因此在重要行業(yè)中得到普遍采用。在數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)運(yùn)行中起重要防范作用，防止突發(fā)斷電、送電時(shí)的浪涌、頻率、諧波干擾，瞬間電壓電流起伏過大，防止沖擊核心設(shè)備。由于UPS 設(shè)計(jì)性能，在互聯(lián)網(wǎng)以及重要行業(yè)使用中的到認(rèn)可。隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，配置UPS 電源做數(shù)據(jù)中心供電方式，普遍使用在信息整理保存、傳送、存儲(chǔ)，UPS 的使用為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到推動(dòng)作用。

由于UPS 電源配置了存儲(chǔ)功能的電池組，當(dāng)市電輸入突發(fā)中斷時(shí)能以瞬間將蓄電池組輸出的直流電經(jīng)過整流器、逆變器轉(zhuǎn)換交流。當(dāng)市電正常輸入，輸出整流濾波后的無電磁干擾的交流220V 供給負(fù)載，此時(shí)的UPS 就是一臺(tái)交流穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源，還可以向電池組充電。利用自身檢測(cè)功能，發(fā)現(xiàn)異常，快速啟動(dòng)逆變程序?yàn)樨?fù)載供電，保護(hù)服務(wù)器線路板不受損傷，數(shù)據(jù)丟失，損壞運(yùn)行程序。利用濾波、恒壓、恒流、穩(wěn)頻功能，可以將負(fù)載電壓保持在220V±5%。

1 主機(jī)組成與性能

該有主機(jī)和儲(chǔ)能電池組兩部分組成。艾默生主機(jī)的參數(shù)為，容量500kVA，額定電壓380/400/415VAC 使用三相五線，輸入電壓在220～478V，輸入頻率40～70Hz，鉛酸電池組。承載取決于主機(jī)性能，對(duì)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力不同。正常情況下，負(fù)載大小應(yīng)滿足UPS 電源50%的額定功率，滿載功率控制在85%之內(nèi)。儲(chǔ)能電池組容量的配置應(yīng)當(dāng)根據(jù)負(fù)載功率的大小、維持時(shí)間的長短、因需而定；維持時(shí)間的長短，主要有電池組的容量和負(fù)載決定。因?yàn)閁PS 系統(tǒng)具備自檢和瞬間啟動(dòng)逆變程序，并且隨著電池組的慢慢放電時(shí)間，容量會(huì)逐漸降低。因此電池組容量大小，需要合理配置。

主機(jī)的組成分整流器、逆變器、旁路開關(guān)，維修和電池組核心部分組成。主機(jī)的穩(wěn)壓功能是由整流器和逆變器完成，整流器的采用分可控硅或高頻開關(guān)整流器，可隨市電的變化進(jìn)行控制，控制輸出凈化后的穩(wěn)定電壓。凈化功能由電池組和整流逆變完成，由于整流器不能無法完全排除瞬時(shí)脈沖的干擾，整流后的電壓存在脈沖干擾。電池除了具備存儲(chǔ)直流電的功能，對(duì)整流器來說好像接了一只大容量的電容，電池容量大小關(guān)鍵在選配。電容兩端的電壓不會(huì)突變，充分利用電容器對(duì)脈沖的平滑特性排除和屏蔽干擾，還能起凈化作用。頻率的穩(wěn)定性利采用變換器的特性完成的，主要在于變換器的振蕩頻率的穩(wěn)定程度來決定。為了方便維護(hù)保養(yǎng)和操作，利用專屬控制開關(guān)，檢修測(cè)試更加安全方便。

2 運(yùn)行環(huán)境的要求

因?yàn)閁PS 電源適宜運(yùn)行在18～25℃室溫內(nèi)，電池組需要定期沖放電，每季度不能超過3 次，定期進(jìn)行檢查和測(cè)試。溫度的變化會(huì)導(dǎo)致電池放電能力有所改變，會(huì)嚴(yán)重影響電池的使用周期。當(dāng)環(huán)境溫度超過25℃時(shí)，每升高10℃，嚴(yán)重影響電池使用壽命。環(huán)境溫度的變化，會(huì)導(dǎo)致電池阻值增大或減小、造成電池釋放大量的熱能，有容易造成周圍環(huán)境溫度突變，造成鉛板連片活化物腐化脫落，產(chǎn)生沉浮。如惡性循環(huán)，使用壽命縮短，廠家標(biāo)稱的電池使用期限，一般指環(huán)境溫度20℃。

3 定期檢修主機(jī)

首先，每年定期對(duì)UPS 進(jìn)行一次全面保養(yǎng)，清除灰塵，檢查測(cè)試。首先斷開市電開關(guān)（A 或B），斷開電池直流開關(guān)，使UPS 處于安全停機(jī)狀態(tài)，然后進(jìn)行檢查測(cè)試。檢查逆變器和整流驅(qū)動(dòng)線路板、各端口串口連接虛實(shí)、有無虛焊，元器件有無老化變色。逐步迅速測(cè)溫或用手觸摸元器件有無過熱現(xiàn)象，對(duì)高溫元器件做詳細(xì)的檢查記錄，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。檢查電容外殼是否變色、膨脹現(xiàn)象，如檢測(cè)到性能指標(biāo)下降，及時(shí)更換，防止爆裂。檢查變壓器與連接處以及扼流圈有無過熱、變色、漆包線分層絕緣和連線鏈接是否牢固，用搖表測(cè)量變壓器絕緣阻值。檢查排風(fēng)扇，空氣中灰塵較多，風(fēng)機(jī)將灰塵吸入機(jī)內(nèi)，遇到陰雨天潮濕時(shí)，容易產(chǎn)生主機(jī)控制程序紊亂失常，產(chǎn)生誤報(bào)警，不利于元器件散熱。

其次，檢查面板顯示設(shè)置的各項(xiàng)參數(shù)是正常，包含額定電壓、電流、負(fù)載、電池狀態(tài)。嚴(yán)格禁止對(duì)UPS 頻繁的開啟和關(guān)閉。主機(jī)電源關(guān)閉后，不能立即開啟，需要等待幾分鐘，否則出現(xiàn)UPS 進(jìn)入“啟動(dòng)失敗”的狀態(tài)，產(chǎn)生既無市電輸出，又無逆變輸出的現(xiàn)象。需要正確的開、關(guān)機(jī)順序操作，防止因負(fù)載突然增大和減小造成輸出電壓、電流的變化，出現(xiàn)無法正常工作的現(xiàn)象。如果借用UPS 的電源時(shí)，檢查所接的火線、零線、地線符合要求，不能隨意改變相互的位置和順序。根據(jù)操作流程進(jìn)行開關(guān)機(jī)，防止因負(fù)載的突然增加或減小時(shí)，電壓輸出波動(dòng)大，導(dǎo)致無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。理想的UPS 電源啟動(dòng)負(fù)載控制在75%，如果長期超載運(yùn)行，在逆變狀態(tài)下，會(huì)擊穿逆變器元器件。經(jīng)過參考對(duì)比，將控制在75%額定輸出功率范圍之內(nèi)為宜。

最后，預(yù)防雷擊現(xiàn)象的危害。對(duì)UPS 電源系統(tǒng)做好有效屏蔽和接地保護(hù)，尤其是雷擊現(xiàn)象。遇到陰雨天，云層放電時(shí)，高空電源線和通信線路因電磁感應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生高電磁脈沖，容易沿著線路進(jìn)入U(xiǎn)PS 主機(jī)，損傷線路板中的集成電路模塊和電子元器件，因?yàn)檫@些原件對(duì)雷電的電磁脈沖非常敏感，很容易被擊壞。對(duì)UPS 施行有效屏蔽和保護(hù)接地的前提下，一定要做好輸入性電源線和通信線（遠(yuǎn)端監(jiān)控信號(hào)線）的屏蔽，避免對(duì)主機(jī)造成損傷。

4 對(duì)蓄電池檢查與維護(hù)注意內(nèi)容

4.1 免維電池的認(rèn)知

片面認(rèn)為免維護(hù)蓄電池是不用維護(hù)的而不加重視是錯(cuò)誤的，必須改變認(rèn)知。免維護(hù)只是免除以往量比、配比、添加蒸餾水的工作。使用環(huán)境的影響沒有改變，異常的運(yùn)行狀態(tài)造成的影響沒有變，定期檢查維護(hù)是非常重要的。因?yàn)榇罅烤S護(hù)工作主要在電池部分，有電池引發(fā)的故障比例大約為1/3。因此，加強(qiáng)對(duì)電池的使用與維護(hù)，維持延長蓄電池使用壽命、減少供電系統(tǒng)故障率十分關(guān)鍵。

4.2 主機(jī)維護(hù)工作

首先，每季度至少放沖電一次，電池在浮充電狀態(tài)運(yùn)行，需放電活化檢測(cè)。放電前測(cè)量電壓，維持一定容量。放電過程中出現(xiàn)放電終止電壓現(xiàn)象，立即停止操作，進(jìn)行檢查或單塊更換新電池。其次，保養(yǎng)檢修時(shí)重點(diǎn)檢查電池外殼是否變形和漏液、測(cè)量電池兩端電壓、連線是否松動(dòng)、腐蝕現(xiàn)象、檢測(cè)連接片之間壓降、極柱、安全閥是否完好，根據(jù)記錄對(duì)比主機(jī)運(yùn)行參數(shù)是否有變化。遇到電池出現(xiàn)故障時(shí)，首先區(qū)分是主機(jī)，還是電池組。發(fā)現(xiàn)電池組中電壓反極、壓降和壓差大，漏液以及形成堿性物現(xiàn)象時(shí)，及時(shí)更換。嚴(yán)禁把不同容量、性能、品牌的電池混裝在一起，嚴(yán)重縮短使用期限。最后，隨著電池的性能、周期、環(huán)境溫度的變化，謹(jǐn)慎改變對(duì)浮充電壓參數(shù)值。環(huán)境溫度超過25℃，充電時(shí)會(huì)隨著溫度升高或降低發(fā)生變化，無疑會(huì)縮短使用壽命。

4.3 電池放電的作用與防范

針對(duì)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)無法停機(jī)的UPS，盡可能的做到每隔3～6 個(gè)月對(duì)電池組進(jìn)行放電激活，然后重新充電，目的是延長使用期限和保持容量。

電池放電時(shí)，放電到自動(dòng)關(guān)機(jī)后，電池會(huì)自動(dòng)回復(fù)一定的電壓，此時(shí)嚴(yán)禁開機(jī)檢測(cè)；電池容易出現(xiàn)過度放電，也叫欠電壓，盡量避免大電流充放電，否則會(huì)造成鉛極塊變形，腐蝕沉浮現(xiàn)象，導(dǎo)致極板產(chǎn)生質(zhì)變和脫落，產(chǎn)生內(nèi)阻增大，溫升越高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成容量下降，嚴(yán)重影響使用壽命。當(dāng)重新充電完成后才能開機(jī)運(yùn)行投入使用。電池組電壓很高，有電擊危險(xiǎn)，在裝卸導(dǎo)電連片、輸出線時(shí)應(yīng)使用帶有絕緣的工具，嚴(yán)禁用手觸摸。

充電。無論在浮充電狀態(tài)還是放電、檢修測(cè)試，需要可使用的電壓、電流在控制在合理范圍，溫度的高低會(huì)造成溫度失控、酸液減少；電壓和電流過小，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)阻與溫度變化，影響電池容量和壽命。電池欠壓，危害性更大。防止短路或過度放電，因?yàn)殡姵氐氖褂脡蹓勖头烹娚疃葴囟扔兄苯雨P(guān)系。放電的度越深、循環(huán)期限越短。在檢測(cè)容量測(cè)試中或是放電過程中，限制放電的度達(dá)到容量的30%～50%為宜。假如低于30%，及時(shí)采取措施防范。

4.4 更換電池

充電時(shí)內(nèi)阻增大，溫度升高，容量降低。當(dāng)放電時(shí)，內(nèi)阻增大，溫度上升，降低使用壽命。嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成鉛板連接片活化腐蝕，形成沉浮，造成短路或短路。發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)及時(shí)更換電池，加以防范。

5 電池選擇

目前多數(shù)大中型UPS 電源用的是鉛酸蓄電池，而不是鋰電池。由于二者特性不同，充電曲線及回路不同。因?yàn)閁PS 電源鋰電池組都有一個(gè)控制過充過放的保護(hù)板BMS。如果現(xiàn)在鋰電池按鉛酸電池方式，以一個(gè)電壓及容量存一個(gè)單元，然后再按需求進(jìn)行并聯(lián)堆疊，就會(huì)發(fā)生每個(gè)鋰電池組BMS 之間，因?yàn)槊總€(gè)電池組已存在的電壓及電量不同，在充電或放電狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生保護(hù)狀況，無法使用。主要原因還是因?yàn)殇囯姵氐某杀靖?，用戶還不能接受，應(yīng)用范圍不廣?，F(xiàn)階段鋰電池UPS 大多數(shù)應(yīng)用在一些性能要求比較高的特殊項(xiàng)目上，不過主流還是鉛酸蓄電池的UPS，鋰電池要比傳統(tǒng)鉛酸蓄電池貴兩到三倍的價(jià)格。鉛酸電池除了價(jià)格優(yōu)勢(shì)外，穩(wěn)定，容量大，性價(jià)比高，最重要的因素是——鉛酸電池可以浮沖。目前多數(shù)主機(jī)是不支持鋰電池的，還有就是現(xiàn)在鋰電池UPS 的市場份額占整個(gè)市場的比重還非常小，不愿意花費(fèi)過多的人力物力去推廣，核心原因鋰電池太貴，應(yīng)用場景中算不上“優(yōu)勢(shì)”，但劣勢(shì)卻不少，也就優(yōu)選便宜成熟可靠的鉛酸電池。

6 加強(qiáng)管理維護(hù)的重要性

使用UPS 不間斷電源不等同于普通的穩(wěn)壓電源，平時(shí)需要加強(qiáng)管理和維護(hù)，因?yàn)橹鳈C(jī)有大量的電子元器件構(gòu)成，需要適宜運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境，會(huì)因溫度、濕度、通風(fēng)、室內(nèi)整潔度等方面因素制約。不注重管理，導(dǎo)致故障率升高，影響運(yùn)行。由于管理和維修保養(yǎng)的重視度不同，發(fā)生的故障率和使用期限也不同?？茖W(xué)管理，提早預(yù)防，至關(guān)重要。制定檢修制度，嚴(yán)格執(zhí)行，是保障供電和信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行的手段。

密切注意空間溫度、輸入電壓和頻率、輸出電壓、線路功率（負(fù)載變化）、電池功率變化。采用交流輸入與輸出，是防止市電的浪涌、尖峰、瞬變、跌落、瞬態(tài)脈沖電壓過高過低、頻率變化。單獨(dú)用UPS 只能解決突然斷電，無法對(duì)輸入的雜質(zhì)進(jìn)行濾波。針對(duì)此類問題，針對(duì)電壓和電流變化、輸入雜質(zhì)，采用逆變器和整流器來解決。因市電突發(fā)故障造成斷電或瞬態(tài)干擾以及頻率誤差較大，嚴(yán)重影響或造成數(shù)據(jù)中心的傳輸和程序紊亂，使用UPS 不間斷電源供電方式來解決。因?yàn)閁PS 是采用整流器，逆變器，凈化穩(wěn)壓器的特殊性能，才能解決輸入的電磁干擾，解決數(shù)據(jù)中心信息設(shè)備的用電質(zhì)量問題。

從功能上講，可以有效地凈化與穩(wěn)壓、穩(wěn)頻輸出；瞬間逆變進(jìn)行轉(zhuǎn)換，維持供電。利于網(wǎng)管人員及時(shí)采取措施，不會(huì)因瞬間電壓電流變化導(dǎo)致?lián)p壞服務(wù)器的線路板，丟失數(shù)據(jù)，破壞程序，避免造成不良社會(huì)影響。因此在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中起到主要支柱作用，防止瞬間電壓電流起伏的沖擊，對(duì)數(shù)據(jù)中心信息設(shè)備運(yùn)行起到關(guān)鍵作用。

7 結(jié)語

總之，根據(jù)數(shù)據(jù)中心機(jī)房的特殊要求，滿足系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、保密性、穩(wěn)定性、持續(xù)性的條件和管制，需要提供穩(wěn)定的運(yùn)行支持。因此配備品質(zhì)過硬、性能穩(wěn)定、安全可靠，高效運(yùn)行的UPS 不間斷電源至關(guān)重要。電池組是最后的支柱，無疑成為最后一道保險(xiǎn)。UPS 電源在互聯(lián)網(wǎng)和重要行業(yè)的使用中的到認(rèn)可和推廣，為信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)作用?；ヂ?lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，UPS 不間斷供電方式用信息整理、傳送、處理、儲(chǔ)存。無紙化辦公，社交，生活普遍使用。其重要性是隨著大數(shù)據(jù)中心的發(fā)展和應(yīng)用得到高度重視，更好的為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。