陳恒民

（山東省濟南市大眾報業(yè)集團 信息技術部，山東 濟南 250014）

數據網絡中心機房配置安全性、穩(wěn)定性和不間斷UPS 電源供電至關重要，針對數據中心設備運行的特殊要求，需要使用凈化后的無電磁干擾交流電。如今互聯(lián)網快速發(fā)展，已融入到各行各業(yè)，這就不得不提到一個關鍵性問題，由于市電網供電的不穩(wěn)定性，比如電壓浪涌、尖峰、瞬變和跌落等會造成UPS 持續(xù)高壓或者欠壓甚至中斷等停電問題，服務器等設備受到干擾，造成敏感線路板元器件受損、運行程序丟失和磁盤程序損壞等嚴重后果，會造成巨大的經濟損失和社會不良影響。因此，采用UPS 電源供電受到重視，并逐漸發(fā)展成一種趨勢。因為UPS 具備穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、濾波、抗電磁和射頻干擾以及防電壓浪涌等功能，適合職能行業(yè)使用。如要確保核心機房中的服務器、光纖配置、交換機、監(jiān)視和監(jiān)控等設備的平穩(wěn)安全運行，就要使用UPS 電源。

采用UPS 電源作為數據中心核心設備是平穩(wěn)運行的前端支持，遇到市電突然中斷時能自行檢測、啟動，瞬間將電池組直流電逆變輸出，絕不會出現網絡中斷情況。UPS 主機有：主路、旁路、逆變、整流器、維修開關和電池組等輸入電路。通過AC/DC 變換的整流器（REC）、逆變器進行變換，逆變器將電池組直流電轉換成220 V交流電輸出，實現不間斷供電。輸出持續(xù)、穩(wěn)定、恒壓、恒頻率和無電磁干擾的凈化后交流電提供給負載，成為最后一道支柱和保險問題。從性能上講，UPS 可以在市電出現異常時，有效地化解問題。儲能電池質量好壞、功率大小、界定維持運行時間長短，以及能否實現不間斷供電，在配置和使用過程中被高度關注。為了實現這個逆變運行時間，如何選配電池，怎樣進行維護和保養(yǎng)，確保信息網絡設備的穩(wěn)定高效運行，不會造成網絡中斷、數據丟失和電子元件損傷，這就需要加強管理，定期進行檢測和維護保養(yǎng)，維持系統(tǒng)安全運行。

1 為什么UPS 電源電池不采用鋰電池

為什么目前使用中的多數大中型UPS 電源用的是鉛酸蓄電池，而不是鋰電池？由于鋰電他與鉛酸蓄電池特性不同，充電曲線和回路不同，充電原理與不同品牌電源、不同型號也有不同，UPS 電源鋰電池組設計了一個能控制過充過放的保護板BMS。假如鋰電池按鉛酸蓄電池方式，以一個電壓及容量存一個單元（12V 100Ah）然后再按每個機房的電力需求進行并聯(lián)組合，就會出現每個鋰電池組BMS 之間已存在的電壓與電量不同，在充電或放電狀態(tài)會產生保護狀況，出現無法使用現象。另外，重要原因是因為鋰電池的成本比鉛酸蓄電池的高，用戶難以承受。考慮使用成本，應用范圍不廣。目前市場上鋰電池UPS 大多數應用在一些性能要求比較高的特殊行業(yè)，主流還是使用鉛酸蓄電池的UPS，鋰電池要比傳統(tǒng)鉛酸蓄電池貴2~3 倍。鉛酸蓄電池除了價格優(yōu)勢，其穩(wěn)定性強，容量大，性價比高，最核心因素是鉛酸電池可以浮充?，F在的多數主機是不支持鋰電池的，鋰電池UPS 的市場份額占率比重非常小，廠家不想花費過多的人力物力去推廣，所以導致市場上UPS 電池更多采用鉛酸蓄電池而不是鋰電池。最核心原因是鋰電池太貴，相比較而言，鋰電池相對于鉛酸蓄電池的技術優(yōu)勢在UPS 應用中算不上“優(yōu)勢”，反而劣勢卻不少，因此優(yōu)選低成本、技術成熟的鉛酸蓄電池。

2 選用鉛酸蓄電池的重要原因

2.1 鉛酸蓄電池具備以下性能與優(yōu)勢

工業(yè)化生產時間最長、技術成熟且性能穩(wěn)定可靠，適用性強。使用稀硫酸為電解液，無可燃性，通過常壓或低壓設計，安全性好;工作電壓較高、運行溫度范圍較寬，可浮充電使用，淺充淺放電性能優(yōu)異，適用于不間斷UPS 電源，關鍵是大容量電池技術成熟。

2.2 成本優(yōu)勢

鉛酸蓄電池的價格是鋰離子電池或氫鎳電池的1/3左右。鉛酸蓄電池的主要成分為鉛，是鉛組成的化合物。鉛含量高達電池總質量的60%以上，廢舊電池的再利用率較高，回收價格占新電池價格的30%，所以鉛酸蓄電池的使用成本更低。

2.3 再生利用優(yōu)勢

鉛酸蓄電池組成簡單，再生技術成熟，回收價值高，是最容易實現回收和再生利用的電池。我國廢舊鉛酸蓄電池的再利用率在90%以上。鎘鎳電池、氫鎳電池和鋰離子電池多為小型電池，且組成復雜，再生成本高，回收難度大，再利用難以實現市場化運營。特別是鋰離子電池，多數國家尚未實現對其進行有效回收和再生。

3 根據需求和性能選配電池

3.1 選擇型號

選配的型號、額定電壓、額定容量和額定電流，適合匹配原蓄電池組。充分參照負載特性（阻性、感性、容性）及大小。鉛酸蓄電池的實際可使用容量與放電電流大小、電壓、內阻值、放電時間、溫度、電池儲存時間的長短、負載大小和性能等因素密切相關。品牌標稱的壽命一般是指環(huán)境溫度20°C 的情況下。

3.2 內阻

不同品牌的電池內阻差別很大，應選擇內阻小的，這樣才能持續(xù)大電流放電。假如內阻較大，在充放電過程中功耗加大，電池容易發(fā)熱。定期檢測各組電池的端電壓和內阻。以12 V 單塊電池來說，在檢查中如果發(fā)現電池間的端電壓差超過0.4 V 或內阻超過80 mΩ 時，需要及時對各單元電池進行均衡充電，以恢復電池的內阻和消除電池之間的端電壓不平衡。均衡充電時充電電壓取13.5～13.8 V 即可。經過均衡充電處理的電池大多數內阻值可以恢復到30 mΩ 以下[1]。

3.3 浮充電壓

在同樣環(huán)境和溫度，浮充電壓值高意味著儲存能量大，性能差的電池浮充電壓值普遍較小。隨意采取提高浮充電壓的做法毫無益處，蓄電池浮充電壓值，在不同的環(huán)境時可適當采取措施加以改變。忌諱使用不同性能及容量和原蓄電池組不匹配的電池進行混裝使用。依據電池使用情況和環(huán)境，做到及時巡檢和更換，避免由此造成的后果[2]。

3.4 充放虧電壓判斷

首先，如果蓄電池長期處于電量充足的狀態(tài)，稱為虧電現象，容易產生電池出現自放電現象，如果長時間處于這種狀態(tài)，會導致加速電池鉛極板老化，造成蓄存容量降低，也會腐蝕電極縮短使用壽命，嚴重時會導致電池內阻增大，很容易讓酸液發(fā)生變質。

其次，假如蓄電池外殼變形、漏液，就無法長時間供電，嚴重影響主機運行。發(fā)現這種現象，需要對電池組及時進行放電，輕則進行單塊更換。操作時需要注意進行防護，放電有一定的危險性，操作不當可能會導致低壓觸電或者電弧灼傷，要謹慎操作。

3.5 充分利用智能化實現遠程控制

目前多數大中型UPS 不間斷電源具備遠程操作功能，出廠時已提供操作軟件，通過網絡實現遠程操作。查看設備運行狀態(tài)，設置參數，對蓄電池組進行放電，減少人工操作，實現無人值守，相比人工操作更加安全。對于2 臺并機運行的，也可以采取人工斷開控制負載開關轉移另一臺的辦法，分別實現單機電池組放電；利用遠程操作功能，采取設置固定時間進行放電測試，配合維護和保養(yǎng)。根據供電和網絡系統(tǒng)的實際情況，利用主機定時放電的功能進行操作效果更好；采取設置容量值放電，可以防止過度放電的現象，避免電池鉛極板因過度放電導致軟化，氧化堵塞極板的多孔結構出現變形，造成容量上升以后產生快速下降的現象；可使用提供的監(jiān)控軟件或者登錄自帶的管理端對主機和蓄電池組進行操作，對出現的問題及時采取措施加以防范；參數值設定后，主機會按時自動完成恒壓限流放、充電過程，實現智能化運行。

3.6 免維護電池的認知

通常說的免維護鉛酸蓄電池，不等于不維護，必須糾正認知。雖說免維護電池被普遍采用，只是免除了以往的量比、配比和定時添加蒸餾水的工作。室內環(huán)境對電池的影響沒有改變，異常的工作狀態(tài)對電池的影響沒有改變。需要巡檢，仍是非常重要的一項工作。主機引發(fā)的故障不是太多，電池引發(fā)故障率占1/3，按時巡檢、維修及定期保養(yǎng)的工作內容仍然在電池組。

4 保養(yǎng)和檢測操作注意事項

（1）首先要嚴格禁止在UPS 各個端口接帶有感性的負載。

（2）接臨時電源時，必須按要求保證所接的火線、零線、地線不能出現差錯，不得隨意改變相互的順序。

（3）必須按開關機程序操作，避免突然加載和減載現象出現，造成蓄電池組輸出電壓波動大，導致主機無法運轉和損傷元器件。切忌頻繁關閉和開啟蓄電池組，一般要求在關閉UPS 電源后等待幾分鐘再開啟，否則會出現主機進入“啟動失敗”狀態(tài)，產生既無市電輸出又無逆變輸出的現象。嚴格控制超載使用，電池的最大啟動負載最好控制在75%，如果長期超載使用，在逆變狀態(tài)，時常會擊穿逆變器及整流器元件，無論何種原因都應謹慎增加負載。

（4）測試時注意主機對蓄電池組放電自身設有保護程序，當放電到保護關機后，電池能自動恢復到一定的電壓，但是此時不允許開機，否則會造成電池過度放電，造成損傷，等到能正常重新充電后才能投入使用。檢查顯示面板參數，是否和運行情況一致，如有異常及時更改設置，遇到顯示無黑屏及亂碼現象時應盡快更換。

（5）定期檢測雙電源開關與逆變關聯(lián)性能。每年需要采取人工檢測和操作，對雙電源控制開關進行測試，檢測市電控制轉換開關的靈敏性，采取突然分別斷開電源開關A 和B 的方法，檢測進線切換控制模塊動作的準確性，確保切換動作無誤。每年都要對主機系統(tǒng)切換模塊進行檢驗測試，采取從電源進線分別斷開市電A、B和旁路開關的方法，檢測切換模塊的轉換功能是否準確的同時，也檢驗逆變器是否正常逆變轉換[2]。

（6）運行環(huán)境和巡檢的意義。因為UPS 電源產生大量熱能，需要配備專用精密空調，保持室內溫度20~24℃為宜。設定好濕度，避免濕度過大，對線路板造成損壞。嚴禁在機房堆放無關物品，影響通風。無陽光直射，無腐蝕性物品和易燃物品，保持潔凈。查看并配備好消防報警設施，包含電話、煙感、溫感和干粉甲烷。巡檢時注意自身安全，定時檢查主機和環(huán)境溫度及制冷設備的運轉情況，還要查看主機面板顯示的電壓、電流和負載等參數。檢查電池外殼是否變形和漏液以及接線端子有無故障報警。

5 對網絡中心機房運行的影響

由于諧波的產生，會使電壓突變造成電子元器件損壞，出現紊亂現象，造成服務器數據丟失、誤報警，甚至無法運行。假如UPS 凈化質量下降，網絡外的諧波容易從電源系統(tǒng)串入網絡系統(tǒng)，為出現故障提供基礎，只是累計的內諧波超指標還不足引發(fā)事故問題。出現此類現象一般以電磁干擾和接地回路問題居多，接地線回路給大量內諧波串入網絡提供通道。首先內諧波指從UPS的輸出端測得諧波功率，確定產生干擾源的位置，轉換UPS 旁路，切換市電輸出供網絡系統(tǒng)運行。測試輸入諧波，假如測得輸出電源諧波含量達到30%，明顯低于輸出端指標，可以判斷為內諧波含量超標，及時處理接地回路[3]。

UPS 主要功能是預防瞬間過壓和瞬間電流高低、電涌、持續(xù)低電壓、頻率偏移、線路噪音和高壓尖脈沖。當市電出現異常，直流回路供給DC-AC 逆變器，輸出穩(wěn)定的220 V 交流電壓，同時市電經整流后對電池充電。遇到市電欠壓或突然掉電，則由電池組通過逆變輸出電能，瞬間逆變切換。當電池能量即將耗盡時，發(fā)出報警，并在電池放電極限點停止逆變器工作，持續(xù)報警。設有過載保護功能，當發(fā)生超載150%時，跳轉到旁路狀態(tài)，并在負載正常時自動返回。

為了實現防電磁干擾，艾默生500 KVA 和瑞士IMV200 KVA 系列采用PWM 脈寬調頻技術、PIGBT 高功率器件、微處理器/從空技術，可單機或雙機并聯(lián)。具備電池測試、微機監(jiān)控、可遠程通信等功能。在機器構成上，元器件標準化、模塊化及互換性能好；有寬電壓輸入、高效率輸出和過載能力強等功能。

總之。蓄電池的優(yōu)劣直接關系到整個UPS 供電系統(tǒng)的可靠程度，是重中之重。不管UPS 設計得有多么先進，功能多么齊備，一旦蓄電池失效，再好的UPS 也無法實現不間斷供電。免維護鉛酸蓄電池，設計壽命一般為3～5 a。使用期限還算比較長，做到隔2~3 個月放充電一次電激活的情況下，使用時間甚至更長，之后容量會明顯降低，溫度升高，內阻增大，此時就需要考慮更換電池。足以說明蓄電池是UPS 系統(tǒng)運行的最后屏障和一道保險，是網絡中心機房運行的關鍵性基礎，保障網絡系統(tǒng)穩(wěn)定運行。結論是，要做到以養(yǎng)代修，科學管理，避免數據中心機房因斷電造成網絡中斷，產生不良影響。充分利用UPS 特殊性能，有效地發(fā)揮不間斷供電作用，保持網絡中心設備安全運行。