倪丰田

摘  要：船舶系统能够有效保证船舶的正确航向，为船舶续航提供良好的技术支撑。在船舶各系统中，UPS不间断电源技术是最为主要的技术，通过UPS不间断电源技术方案，进一步提高船舶的运行通行能力，保证了船舶的安全性。文章主要通过对UPS不间断电源改进优化相关的技术方案进行分析，全面提出散热器结构、改进风道、模块开关电源、改进印制板、改进测量电路、增加UPS断电自动切换旁路功能等主要技术措施，以此，全面提高船舶设备散热性，为船舶可靠安全运行提供技术支持。

关键词：UPS;不间断电源;可靠性;改进

中图分类号：TM76 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）35-0096-02

Abstract： The ship system can effectively ensure the correct course of the ship and provide good technical support for the continuation of the ship. In all the systems of the ship， UPS uninterruptible power supply technology is the most important technology. Through the technical scheme of UPS uninterruptible power supply， the operation capacity of the ship is further improved and the safety of the ship is ensured. Based on the analysis of the technical schemes related to the improvement and optimization of UPS uninterruptible power supply， this paper comprehensively puts forward some main technical measures， such as radiator structure， air duct improvement， module switching power supply， PCB improvement， measurement circuit improvement， UPS power off automatic switching bypass function and so on， so as to comprehensively improve the heat dissipation of ship equipment and provide technical support for the reliable and safe operation of ships.

Keywords： UPS; uninterruptible power supply; reliability; improvement

引言

船舶与人们的生活密切相关，在经济建设与社会生活中，承担着重要的海上运输功能，船舶运行需要良好的操作系统，以此，全面保证船舶能够稳定安全运行。船舶运行系统较为复杂，在各种系统中，UPS不间断电源则是运行系统的重要设备，通过整体系统的运转，能够进一步保障船舶的安全稳定，系统主要作用于船舶动力系统设备、船上生活保障设备、船舶通讯系统等，对各种重要的设备进行供电，使船舶能够连续通行，保证了全程的安全。船舶航行时间长，设备使用频率高，随着设备使用频率的不断增加，相关的通讯、机电、动力等设备散热性能就会不断下降，整体设备的工作稳定性不好，功能大大降低，对于船舶安全稳定航行造成了一定的威胁，只有全面保证设备的先进性，才能为船舶运航提供科学的保障，同时，也能够为船舶人员提供有力的生活支持，保证船上正常生活，使船舶能够执行远航任务，提升UPS不间断电源系统功能，对船舶运行有着重要的意义。

1 UPS不间断电源结构、功能及原理

1.1 UPS不间断电源构成

UPS不间断电源设备是一个整机系统，系统由4 套设备组成，不同的设备有着各自的功能作用，为船舶提供充足的电源，保证了船舶的连续航行。在四套设备中，每套的构成又包括如下部分，1台不间断电源、1台隔离变压器箱和3台蓄电池箱，以此，全面保证了船舶的用电稳定，不间断电源在长期的使用过程中，受到不同條件限制的影响，往往容易出现超温报警、过流报警、自动切换旁路、输出电压波动等问题，严重影响到了船舶的安全，如果出现电源不稳定，就会造成系统的故障，船舶航行将受到一定的威胁，安全得不到保障。

1.2 UPS不间断电源功能

UPS不间断电源功能齐全，当前，改进样机功能有了明显的提高，在原来的基础上，增加了很多新的功能，保证了船舶能够安全可靠运行。功能性表现在UPS正常逆变供电、蓄电池放电充电、UPS自动旁路供电、手动旁路供电、UPS不间断电源整机供电应急、报警和远传报警等功能，使船舶在系统的支持下，能够保证良好的运行状态。

1.3 供电技术原理

不间断电源技术来自单相380V电源输出至隔离变压器箱，为船舶提供有效的电源。隔离变压器箱前板工况选择正常，此时，变压器箱输出未稳压220V提供电能，电源输出稳压220V至隔离变压器箱，开关转接后，220V总输出插座为船舶系统负载供电。隔离变压器箱前板工况开关旁路，变压器箱输出未稳压220V电压，220V总输出插座输出负载，为船舶提供稳定的电源供应。

2 对UPS不间断电源系统分析

2.1 蓄电池箱分析

蓄电池箱主要包括20块串联蓄电池，一般情况下，蓄电池能够连续使用3～5年，在实际使用过程中，其一般不存在故障，很难出现中断运行的问题，所以说，对电池不必改进，原有电池组就能够维持良好的功能。

2.2 隔离变压器箱分析

隔离变压器箱是重要的电源输出设备，主要包括隔离变压器、工况转换开关、断路器等基本部件，进行实船使用的时候，发现这些部件非常可靠安全，但是，也存在一些小的问题，影响了系统的稳定性。一是UPS输出失电情况。出现这样的情况，系统则无法正常运行，会存在过失误报的情况，要想全面解决好这个问题，就需要手动将隔离变压器箱旁路转换开关由“正常”切换到“旁路”，这需要一个过程，如果发现故障不及时，那么，就不利于系统及时反应，危及到船舶的运行安全。二是隔离变压器运行不稳定。作为电源的供电设备，必须要稳定安全，才能为船舶提供电源，但作为供电转换设备的变压器，自身在使用过程中，功耗较大，长期运行后本身温度将会不断增加，达到了设计值上限要求，影响隔离变压器寿命，对UPS整机散热不利。所以说，变压器箱需要全面进行功能提升，才能满足现有需要，保证船舶安全航行。

2.3 不间断电源分析

不间断电源整体较为复杂，主要由电路元件、辅助电源、控制板、驱动板、旁路板、散热器等各部分组成，这些部件容易出现老化陈旧的情况，特别是在条件恶劣的行船条件下使用，更增加了老化的时间，导致设备散热性能降低，设备整体内部温度升高，在实际运行过程中，往往会出现超温报警、过流报警、自动切换旁路、输出电压波动等故障，严重影响到了船舶的运行安全。出现这样的问题成因较多，一是设备使用过程中内部温度增加，设备就会不稳定;二是双层电路板设计，没有单独地线、辅助电源线，传输距离加长导致了噪声叠加，电路干扰大稳定性下降;三是电压波动。滤波器件性能降低，弱电信号容易出现干扰，出现了波动，则会导致监控异常、误报警等故障。

通过以上的分析，我们看到，要想全面保证船舶的稳定运行，就需要不断提高设备的性能，能够技术改造，全面达到系统升级目标。不间断电源主电路电子元件实船使用效果良好，性能稳定可靠，不需要进行改进，所以说，只有对不间断电源散热性能及辅助电源、控制板、驱动板、旁路板问题进行研究改进，就能够大大提升系统运行效率，而主电路结构保持不变即可。

3 UPS不间断电源改进基本原则

3.1 实用方便原则

UPS不间断电源要全面遵循实用的改进设计原则，才能在科学的指导下，有效提高系统的功能，保证性能更加稳定。为便于实船使用、维修和更换，需要全面做好设计，使改进后设备基本形态不变，保持外部接口、外形尺寸、安装尺寸与原设备完全相同，这样，就能够对旧部件进行更换，保证了方便性、实用性。

3.2 适度引进原则

现有设备一些基础部件要保证性能，在此基础上，进一步提高整机性能，那么，进行改进提高的过程中，一定要进行严格的分析，保留现有的成熟技术，以解决现有问题为主，做好系统的改进提高，避免引入技术进行改造时，再出现新问题和故障，给设备运行带来安全隐患。

3.3 重点问题解决原则

原UPS存在许多问题，特别是温度升高及测量电路、辅助电源电路问题是改进的重点，要通过科学的分析，合理开展重点问题的改进，首要考虑解决散热问题，把散热设计当成改造的重点任务来完成。

4 改进技术解决路径

4.1 散热器改进

散热器改进是重点，通过对散热装置的技术改良，全面提高设备的运行稳定性，总散热面积将会大大增加、风阻得到良好的降低，使整机设备散热性能增加，保证了设备稳定性、安全性。在实际改进过程中，增加IGBT间距，降低功率密度，提高散热性。通过技术分析，对散热进行性能提高，改进后散热器长270mm，比原来的增加40%，截面虽然还是原来的120mm×120mm，但在120mm高度方向安装散热片数量改成了24个，降低25%，通过这样的改进，风道通畅、增加了总散热面。三个IGBT模块也提高了长度，IGBT模块由50mm增加为80mm，降低了功率密度，提升导热和散热整体性能。

4.2 散热风道设计改进

在实船应用过程中，贯通风道，提高风量、降低风阻，全面提高散热性，进风口安装一个可拆屏蔽波导网，这样，也利于后期的维护与保养，进一步提高了设备长期使用过程中的散热性能。

4.3 UPS电路改进

电路是保证电源传输的关键，要全面做好电路的设计，才能维护好系统的功能。一是增加自动切除/恢复热敏电阻功能。对电路进行改进，全面采用继电器控制热敏电阻。对设备进行切除和恢复，这样，就能够全面解决热敏电阻长期通电过热问题，保证了系统的运行稳定性。二是改用H-LW98万能转换开关。H-LW98开关耐压500V，能够达到上限使用要求。三是提高熔断时间。原来的短路保护差，熔断器在UPS内，很难发现问题，用快速熔断器代替原陶瓷熔断器，提升保护力、方便维修。四是解决局部温度较高的问题。进行改造后，则需要专门定制性能更加优良的辅助电源模块系统，模块交流220V和直流240V实现了双路输入，电压纹波低于100mV，全金属外壳、主要在通风口上方安装，整体散热性立刻得到了提升。五是解决接触不良影响。如果接触不良，则会出现UPS工作异常的情况，为了解决这个问题，则需要在本次改造中重点解决，通过科学的分析改良，改进后的UPS用3个螺钉锁紧镀金插件，总接插件由27个减为5个，保证了接触良好。六是解决信号干扰问题。控制板与驱动板合并，电路板外形尺寸减少31%。用4层印制电路板替代原2层印制电路板，进一步提高信号抗干扰能力。

5 应用前景分析及结论

通过改进后的UPS不间断电源样机，能够全面解决原有的问题，进一步提高了设备的散热性，提高了抗干扰能力，同时，也通过配件的改进，解决了自兼容能力，通过改良后的设备，整体工作稳定、可靠，保证了电力的稳定供应。

参考文献：

[1]于玮.UPS并联系统若干关键问题研究[D].浙江大学，2009.

[2]曹明明，劉莉，唐静，等.UPS电源供电方案的探讨[J].机电产品开发与创新，2008，21（6）：86-91.

[3]王鲁杨，王禾兴.电力电子技术[M].北京：中国电力出版社，2013.