熊学敏

(咸宁市地方税务局 技术管理科，湖北 咸宁 437000)

1 UPS工作原理

UPS系统是由输入开关、输入滤波器及保护电路、整流器、逆变器、静态开关、旁路开关、隔离变压器、输出滤波板、及电池组等组成(见图1)．

图1

(1)当市电正常时，交流电经过整流器转换为直流电源，然后给逆变器供电，与此同时对电池组进行充电．在将交流电转换为直流电的过程中，整流器可以把市电中的噪声、频率不稳定及异常杂波等问题消除，使逆变器为负载提供更加稳定、纯净的电源．

(2)当市电欠压或者中断时，连接在DC BUS上电池组提供电能给逆变器，向直流回路馈送电能，为负载提供持续电流，保证了设备不会因市电异常而宕机．

(3)当逆变器出现异常(如高温、短路、负载超载等情形)，逆变器会自动停止输出，静态开关切换到旁路模式．

(4)当UPS要进行维修或更换电池而且负载供电又不能中断时，可以先关闭逆变器开关，然后打开维修旁路开关，最后将整流器和旁路电源开关切断．此时，交流电源经由维护旁路开关继续给负载供应电源，UPS内部将不存有电力，可以安全的进行维护操作．

2 常用的UPS架构

为了提高UPS的可靠性、热维修，通常会利用多台UPS采用N+m冗余并联技术来进行配置，而1+1冗余并联结构最为常用(图2)．

采用这种方式的优点是，在UPS正常工作的时候，毎台UPS的逆变模块都将平均分配负载电流．如果运行中遇到某一台UPS的逆变模块出现故障，1+1冗余并联系统自动释放有故障的UPS的逆变模块．由剩下工作的一台UPS的逆变模块按照比例平均分配全部负载．如此UPS就保证了向用户提供了既无供电时间中断又无幅度均衡的高质量电源．两台直接并联冗余 UPS系统的可用性达到99．99947%，MTBF比单机UPS高4倍．

图2

值得注意的是，UPS最好运行在最佳负载范围内，所带负载最好为标称容量的60% －80%．如果负载过轻，UPS使用效率变低，输入电压、电流的畸变率增大．而负载过重时，容易使UPS频繁地转旁路．如果需带一些冲击电流较大的负载时，UPS应降额使用．具体到1+1并联冗余备份设计时，输出总负载应不大于2倍的单机额定输出．当有一台单机故障时，该单机可以自由投入、退出而不影响并联系统的运行．那么对应正常工况下，每台UPS的负载在30% －40%为宜．

3 UPS的维护保养

3．1 日常检查

重视和加强对UPS的管理和维护，建立起日常检查、维护制度，能够确保UPS的可靠运行．

日常检查的主要内容有：

(1)检查机房精密空调运行是否正常，以及机房的环境温度、湿度是否符合要求．

(2)查看UPS主机面板有无故障告警灯闪烁，各种运行指示灯是否处于正常状态，查看UPS及配电柜输入电流、电压，输出电流电压是否正常，并且做好相应的记录．

(3)闻UPS是否有异味，检查是否有器件烧糊．

(4)听UPS噪声是否有可疑的变化，特别注意听UPS的输入变压器和逆变输出变压器的响声．

(5)用手试探UPS散热风扇的风量是否正常．

(6)建立了机房信息综合监控系统，可以通过远程监控实时了解UPS机房内的各种信息参数．维护人员不必每天去现场观察UPS的工作状态及环境状态，但周期性的巡视检查必不可少．

3．2 电池的保养

如果将主机比作UPS的大脑的话，那么电池组好比是UPS的心脏．当市电异常是，电池组提供后备能量保证UPS输出的连续性，如果电池的供电容量不足，则UPS会发生后备时间不足，造成负载宕机的危险．所以说电池的性能直接影响UPS的可靠性．实践表明，由于电池保养不当所产生的问题是UPS问题中最常见的一种．

绝大多数UPS使用的是密封式免维护铅酸蓄电池，所谓的免维护并非完全不需维护，而是指不需要象传统铅酸蓄电池那样定期加水．由于结构和材料的原因，电池的价格通常都比较高，因此为降低系统运营成本，延长UPS使用寿命，必须正确对电池组进行维护保养．

常见电池的寿命为3－5年，但应用中会有少量电池提前损坏．这是因为，电池的寿命除了与内部材料、化学组成有关外，还与温度环境、电网环境、操作使用、维护保养等密切相关．

3．2．1 影响电池寿命的因素

(1)有关电池容量的标准

关于电池容量的定义，一般是以20HR来定义的，即在25℃条件下以0．05C放电可以放电20小时，属于标准容量．关于电池寿命终止是以0．25C放电，25℃条件下放电容量仅为额定容量的50%以下．

(2)浮充寿命

以NP型电池为例，浮充寿命一般在3－5年(25℃)，三年时，有一些电池寿命终止，五年时，NP电池寿命基本终止．电池浮充寿命受放电次数、放电深度、浮充充电的温度、浮充充电的电压等因素影响．

(3)电池未充饱、过放电对电池寿命的影响

电池未充饱情况下没有及时进行充电就放电，会造成电池极板硫化，使活性物质不能还原，从而影响电池的容量，最终导致电池寿命提前终止．

因铅酸电池放电后产物是硫酸铅，在正常工作中，负极板上的PbSO4颗粒小，放电很容易恢复为绒状铅，但有的时候电池内部生成了难以还原的硫酸铅，称为硫酸盐化，从而导致蓄电池的内阻增大，甚至使个别电池产生“反极性”现象．引起负极盐化的原因很多，诸如放电后不能及时充电，长期充电不足，电池长期搁置，引起严重的自放电，高温下长期放电，这种硫酸铅用常规方法很难还原，而活性物质的减少势必影响到电池的容量，最终影响电池的寿命．放电时，当电池达到终止电压1．80V(单格电压)，此时若继续放电，则放电速率加快，同时这期间也属于电池的过放电过程，如果发生了过放电，则必须及时对电池进行补充电，否则会导致电池内部硫酸盐化，要恢复本来容量将有很大困难．电池的过放电会对电池的使用寿命造成很大的影响，一次深度的过放电可能会使电池的使用寿命减少1－2年，甚至造成电池的报废．

3．2．2 维护建议

(1)在电池放电后必须尽快进行充电，充电未结束或充电过程中不要停止充电．尽量避免电池组深放电，出线深放电后，更加不能长时间不充电(特殊情况下不得超过24小时)．

(2)建议将电池的欠压保护点调高，这样可能会使电池的放电时间缩短一些，但若在实际配置的时间范围内，一般也可以接受．若单节电池欠压保护点若从10．5V调至10．8V或11．0V(该数据为参考值，具体应在用户许可的情况下进行调整)，对供电时间相对影响不是很明显，但对防止电池深度放电却有积极的作用．

(3)如果处于停电较为严重的地区，建议在配备电池的基础上，最好再配备发电机，以便及时对刚放完电的电池进行回充，避免电池容量提前下降．但应保证发电机的输出电压、频率在UPS的市电输入电压、频率检测范围内．若为节省发电机耗油量而调低油门，降低发电机转速，会因UPS检测不到发电机的输出电压、频率，使UPS仍工作在电池逆变状态，还是无法起到补充的作用．

4 并机系统应用过程中故障排除一例

故障现象：日常检查过程中发现，UPS1负载突变为63%，而UPS2为6%，UPS1出现半载告警，但两台设备仍正常工作，由逆变输出．

故障排除方法：在机器调试状态，按照维修流程，在面板还没逆变开机前，基准电源测量，各相关电源电压正常，于是采取UPS主机逆变开机，发现故障灯亮，蜂鸣器长鸣，并且逆变灯闪烁，伴随着逆变灯闪烁时其显示板上有一个继电器来回切换的“啪啪”声．分析逆变灯闪烁，并伴随着显示板的继电器的来回切换，是否是电源板功率不够，导致电压下降，使得继电器不能完全吸合，从而使得UPS相关信号电路不能稳定工作．于是在调试状态下面板逆变开机后测试相关工作电源，万用表检测发现其电源电压不稳定，上下波动．验证了前面的分析有一定道理，遂将电源板电容C06(50V/220uf)更换成新的，然后将电容 C12、C15、C28、C59、C45也做更换(50V/1000 uf)．将拆下来的这6个电容进行容值测量，发现这些电容均已老化，容值下降严重．更换电容后要并机时发现，两台主机逆变输出压差过大，高于10V，此时无法并机，于是进入了下一步并机均流调试．

其调整方法如下：该调试需要在维修旁路或关闭负载的情况下，此时直流母线电压必须为0V，因为此时在测试其准正弦，同测驱动一样，需要面板开机，但不能让逆变器工作．如有示波器，也可用示波器调整这两台机器正弦波的峰－峰一致．先以UPS1为基准，用万用表的交流电压毫伏档测R83的右端与R121右端的交流电压值．记录该数值后，调整UPS2该相调制板的RP3，使得两台UPS此相R83右端与R121右端间的电压与前一台测量值保持一致;再测UPS1机的0V与R50右端间的交流电压值，记下该值后，调整UPS2对应该相的RP2，使得两台UPS此相0V与R50右端间的电压值保持一致．接下来以此方法调整其他两相，当两台UPS的动态正弦幅值一致后，就可以成功实现两机并联．

此故障为电源板电容老化致使设备调制板并机参数漂移．

5 使用UPS应注意的其他事项

(1)切勿将UPS设备上的开关当作负载的电源开关来使用，避免对UPS的频繁启动．

(2)在UPS工作稳定之后，方可开启负载．某些设备在启动时电流很大，有可能造成UPS发生过载保护，因此最好将这类设备先于其它设备启动．

(3)操作UPS时严禁佩带手表、手链、手镯、戒指等易导电物体．

［1］于凤霞．电力系统安全运行的保障—UPS不间断电源［J］．电站系统工程，2009，(1)．

［2］关宁强．浅析交流不停电系统在发电厂中的应用［J］．山西焦煤科技，2010，(7)．

［2］乔延坤．岩滩水电厂UPS接线及运行方式探讨［J］．机电信息，2012，(3)．