不間斷電源UPS工作原理及養(yǎng)護

周朝亮

【摘 要】本文簡單介紹了UPS電源在廣播電視發(fā)射中的重要作用、UPS電源主機的維護保養(yǎng)知識，著重介紹了UPS電源的結構和工作原理，并討論了UPS電源蓄電池組在使用中的注意事項，總結了一些經驗，希望能給讀者了解和使用、維護UPS電源提供一定的幫助。

【關鍵詞】不間斷電源UPS；鉛酸免維護蓄電池；維護

0.前言

UPS是不間斷電源（uninterruptible power system）的英文簡稱，是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源， 能夠提供持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷的電源供應。主要用于給單臺計算機、計算機網絡系統(tǒng)或其它電力電子設備提供持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷的電力供應。當市電輸入正常時，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應給負載使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩(wěn)壓器，同時它還向機內電池充電；當市電中斷（事故停電）時， UPS 立即將機內電池的電能，通過逆變轉換的方法向負載繼續(xù)供應220V交流電，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。UPS 設備通常對電壓過大和電壓太低都提供保護。因此，在廣播電視機房，UPS電源有著不可或缺的作用。

在廣播電視播出機房，為了保證播出不間斷，對供電有一個特殊要求，就是切換主備電源的自動互投的過程中“保零秒”?；ネ稌r出現(xiàn)瞬間閃絡停電。這對一般照明負荷影響不大，但是對播出微機、服務器、編碼器等設備，影響就很大，所以給播音數(shù)字化微機設備供電，為防止丟失數(shù)據(jù)、死機，需要配置應急電源。另外，在外線全部停電時，啟動發(fā)電機需要時間，所以對于工藝機房內不允許瞬間閃絡斷電的負荷，必須配置在線式應急電源（UPS），并嚴禁其他非播出工藝負荷接入應急電源系統(tǒng)。

1.UPS電源基本工作原理

UPS電源可以在市電出現(xiàn)異常時，有效地凈化市電；還可以在市電突然中斷時持續(xù)一定時間給設備供電，使你能有充裕的時間應付播出故障。UPS之所以能持續(xù)不斷的供給穩(wěn)定電能，主要在于其特定的工作原理。圖一為在線式UPS原理框圖：

圖一

如圖一所示，UPS電源由可控整流部分、逆變器部分、逆變交流靜態(tài)開關、旁路交流靜態(tài)開關、可充電免維護鉛酸電池、電池組開關、主機輸入輸出開關，逆變器故障旁路開關、應急及檢修旁路開關等組成。其中電子電路部分統(tǒng)一受主機微電腦控制器控制。其外電停電時，主要有蓄電池組供電。

（1）可控整流部分：為三相可控整流裝置，對輸入電壓、頻率的變化范圍，以及三相相序有著嚴格要求。輸入電壓、頻率偏高或偏低會報警，輸入相序錯誤逆變器將停止工作，因此進線電源或發(fā)電機組接入時必須保證相序正確（發(fā)電機組接入應保證順相序）。每相整流元件為兩個時，稱為六脈沖整流，每相整流元件為四個時，稱為十二脈沖整流。十二脈沖整流性能好于六脈沖整流，但是設備價錢較高。由于流過可控整流器的電流波形為非正弦波，其諧波成分將對來電電源產生嚴重污染，所以進線端一般要加隔離濾波裝置，部分減輕污染。整流后分兩路輸出，一路通過智能化充電控制電路向蓄電池充電，另一路供給逆變器。

（2）三相逆變器部分：平時外線供電時，將整流后的直流轉變成50赫茲三相交流電輸出，在外電停電時，蓄電池提供電源，依靠逆變來保證不間斷供電。這兩種情況下，逆變器均具有自動穩(wěn)壓、穩(wěn)頻輸出的功能。

（3）逆變交流靜態(tài)開關、旁路交流靜態(tài)開關以及幾個手動開關的功能：當逆變器正常工作時，微電腦控制器控制逆變交流靜態(tài)開關導通，向負荷送電。一旦逆變器發(fā)生內部故障或過電流，自動切斷逆變交流靜態(tài)開關，切換到旁路交流靜態(tài)開關回路供電，切換速度為微秒級，不會造成工藝負荷停電。因此這兩種靜態(tài)開關必須是互鎖的。當然，在逆變器無故障情況下，如果需要進行計劃性檢修保養(yǎng)，可以通過主機操作面板的操作，人為的停止逆變器工作，設備自動切斷逆變交流靜態(tài)開關，轉換到旁路交流靜態(tài)開關回路供電，切換速度極快，不會造成負荷停電。此時可以安全的手動合上應急及檢修旁路開關S3，再切斷S1、S2、S4、S5開關，退出UPS運行，進行檢修。整個過程不停電。綜上所述，可以看到該設備使用的特殊性，要求電氣人員必須熟練掌握本設備的原理、操作、故障應急處理。

（4）蓄電池組：由于蓄電池組是停電后逆變器的唯一能源，所以電池的質量、工作環(huán)境和檢測保養(yǎng)至關重要。電池組容量配置，應根據(jù)設備功率和應急延時要求，一般可以選擇應急供電15—30分鐘。在這個時間段內，可以從容的進行發(fā)電機組投入前的倒閘操作，以及啟動后備發(fā)電機組等工作。運行中注意蓄電池室的通風問題、溫度限制問題。對電池室溫度一般要求恒定在20度，特別要防止電池凍壞提前報廢。應定期進行放電并檢測放電曲線，如發(fā)現(xiàn)性能下降、漏液、變形等現(xiàn)象必須及時更換。

2.UPS電源的維護保養(yǎng)

作為應急電源的UPS 設備的保養(yǎng)尤為重要，必須定期對設備內部進行清掃，清除強迫風冷電機帶進機內的塵土飛絮，檢查元件情況、機內外線路連接情況，調測各項指標。發(fā)現(xiàn)可疑問題應提前及時更換元件。

UPS電源中蓄電池是平均無故障時間最短的部件，也是保證不間斷供電的關鍵部件，因此，了解UPS蓄電池在使用中的注意事項，并正確使用和維護它尤為重要。

UPS蓄電池一般可分為鉛酸蓄電池，鉛酸免維護蓄電池及鎳鎘電池等?？紤]到負載條件、使用環(huán)境、使用壽命及成本原因，我臺發(fā)射機房選擇使用了鉛酸免維護蓄電池。它的主要特點，是在規(guī)定的浮充壽命期內不必加水維護，因此又稱為免維護鉛酸蓄電池。免維護只是與普通蓄電池相比，在使用過程中免去了添加純凈水或蒸餾水的工作，并非免去了一切維護。下面介紹影響UPS電源蓄電池使用壽命的主要因素和注意事項，希望能給大家在蓄電池的使用和維護中提供幫助。

第一，溫度對電池的影響；UPS蓄電池最佳使用溫度是在15℃到25℃之間，環(huán)境溫度低，蓄電池容量下降，溫度每低一度，容量下降1%。環(huán)境溫度過高，將加速蓄電池板柵的腐蝕和水分的損失，會使電池過充電產生氣體而充電不足，縮短蓄電池的使用壽命。第二：盡量避免深度放電；UPS蓄電池深度放電后會在極板表面生成大顆粒的硫酸鉛結晶，久而久之會造成極板硫酸化。放電深度越深，其循環(huán)使用次數(shù)越少，因此在使用時應避免深度放電。雖然UPS都有低電壓（一般單節(jié)蓄電池放電至10.5V左右）保護功能，但若UPS電源工作于輕載放電或者空載放電的情況下直至UPS自動關機，就會造成蓄電池的深度放電。因此，在市電中斷后就應該注意在UPS電源自動關機前作應急處理，提前關閉UPS。第三，電池存放的影響；電池在存放、運輸過程中，會因為自動放電而失去部分容量，因此，在投入使用前，應根據(jù)電池的開路電壓判斷電池的剩余容量，對容量不足的蓄電池進行補充充電。對擱置備用的蓄電池，每3個月應進行一次補充充電，可以通過測量電池開路電壓來判斷其狀態(tài)。以12V電池為例，若開路電壓高于12.5V，則表示電池儲能還有80%以上；若開路電壓低于12.5V，則應該立刻進行補充充電；若開路電壓低于12V，則表示電池儲能不到20%。第四，定期對蓄電池放電；UPS電源蓄電池長期閑置不用或使蓄電池長期處在浮充狀態(tài)下（即電網長期不停電），會導致蓄電池中大量的硫酸鉛吸附到電池的陰極表面，形成所謂的電池陰極板的硫酸鹽化，由于硫酸鹽是一種絕緣體，它的形成必將對電池的充放電形成不良影響。陰極板上形成的硫酸鹽越多，電池的內阻越大，電池的可充放電性能越差，從而導致電池老化，活性下降，使蓄電池的使用壽命大大縮短。應該每隔3到4個月人為的讓UPS中的蓄電池放電，放電時間控制在正常放電時間的1/4-1/3為宜。第五，盡可能將蓄電池組安裝在清潔、陰涼、通風、干燥的地方；要避免受到陽光、加熱器或其他輻射熱源的影響。UPS蓄電池應正立放置，不可傾斜。要注意電池的規(guī)格和數(shù)量的正確性，不同規(guī)格、不同批次的UPS電池不能混用。第六，在UPS蓄電池運行中要注意蓄電池連接是否松動，極柱是否銹蝕，外觀是否異常，一般情況下可在極柱上涂抹黃油，防止極柱銹蝕。監(jiān)視蓄電池組的端電壓值、浮充電流值、每只蓄電池的電壓值，若發(fā)現(xiàn)個別蓄電池壓差過大，要及時均充。

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