電子信息機(jī)房UPS電源的設(shè)置

文│ 遼寧省營口市市政設(shè)施維修處 吳莉莉

遼寧省營口市市工程政規(guī)劃設(shè)計所 劉明清

電子信息機(jī)房UPS電源的設(shè)置

文│ 遼寧省營口市市政設(shè)施維修處 吳莉莉

遼寧省營口市市工程政規(guī)劃設(shè)計所 劉明清

文章對電子信息系統(tǒng)的UPS電源做出分析，闡述UPS電源進(jìn)行設(shè)置、使用及維護(hù)的重要性與必要性，并提出相應(yīng)UPS的供電系統(tǒng)解決方案。

UPS不間斷電源 IDC互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心 蓄電池 可靠性 冗余

1 引言

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，公司企業(yè)、政府機(jī)關(guān)、金融部門、大專院校、科研醫(yī)療等建筑大都建有自己的電子信息機(jī)房，數(shù)據(jù)安全已成為普遍關(guān)注的問題。由于電子信息機(jī)房功率密度的不斷增加和對供電可靠性要求的不斷提高，使得作為計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信等系統(tǒng)設(shè)備保護(hù)者的UPS電源的需求量日益增加。因此，如何經(jīng)濟(jì)合理地對不同等級的電子信息機(jī)房設(shè)置不同的UPS，是設(shè)計和采購中的重要問題。盡管目前UPS的整體技術(shù)性能得到了長足發(fā)展，但由于價格因素及不同等級系統(tǒng)設(shè)備的需求差異，使得我國當(dāng)前市場上的UPS品牌繁多，分類也不規(guī)范。這樣雖然給設(shè)計者和用戶帶來了較大的選擇空間，但同時也帶來了許多疑惑。

2 UPS不間斷電源的分類

UPS不間斷電源是一種含有儲能裝置，以整流器、逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻不間斷電源。主要用于給單臺計算機(jī)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、IDC信息數(shù)據(jù)中心及其他電子設(shè)備提供不間斷的電力供應(yīng)。當(dāng)市電輸入正常時，UPS將市電穩(wěn)壓、凈化后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時的UPS就是一臺交流穩(wěn)壓器，同時它還給機(jī)內(nèi)蓄電池組充電；當(dāng)市電中斷（事故停電）時，UPS立即將機(jī)內(nèi)電池的電能，通過逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞，運行數(shù)據(jù)不丟失。

一般來說，UPS電源從工作原理上可分為后備式（Off-Line離線式）和在線互動式（Line-Interactive）及雙轉(zhuǎn)換在線式（Double-Conversion），又稱為在線式（On-Line）三種。

2.1 后備式UPS

后備式 UPS是個人計算機(jī)中應(yīng)用最多的類型。在圖1所示的工作原理圖結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)置為選擇濾波后的交流輸入作為主電源（圖中實線路徑），一旦主電源出現(xiàn)故障，就會切換到電池/逆變器作為備用電源（圖中虛線路徑）。逆變器只在電源出現(xiàn)故障時才啟動，因此稱作“后備式”。這種設(shè)計的主要優(yōu)點是效率高、尺寸小、成本低。如果采用適宜的濾波電路和浪涌保護(hù)電路，這些系統(tǒng)還可以提供適當(dāng)?shù)脑肼曔^濾和浪涌抑制功能。

2.2 在線互動式UPS

在線互動式UPS是小企業(yè)、網(wǎng)站、部門服務(wù)器的最常用設(shè)備。在此設(shè)計方案中，電池到交流電源的轉(zhuǎn)換器（逆變器）始終連接到 UPS 的輸出端。如果在輸入交流電源正常時，反向操作逆變器就會給電池充電。一旦輸入電源出現(xiàn)故障，轉(zhuǎn)換開關(guān)就會打開，并通過電池向 UPS 輸出端供電。與后備式 UPS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比，逆變器始終打開且與輸出端保持連接，進(jìn)一步增強(qiáng)了濾波效果，同時降低了轉(zhuǎn)換瞬態(tài)過電壓。這種 UPS設(shè)計方案具有效率高、體積小、成本低和可靠性高等特點，并可校正過低或過高的市電電壓，因此在功率范圍0.5kVA～5kVA的應(yīng)用領(lǐng)域中占絕對優(yōu)勢，如圖2所示。

2.3 雙轉(zhuǎn)換在線式UPS

雙轉(zhuǎn)換在線式UPS是10kVA以上功率范圍的UPS電源最常用的類型。在圖3所示的雙轉(zhuǎn)換在線式UPS結(jié)構(gòu)圖中，除了主電源路徑是逆變器（而非交流主電源）外，其余與后備式UPS設(shè)計相同。在雙轉(zhuǎn)換在線式UPS的設(shè)計中，輸入交流電發(fā)生故障并不會激活轉(zhuǎn)換開關(guān)，因為輸入交流電一直在給備用電池充電，由備用電池向輸出逆變器供電。所以，在輸入交流電源出現(xiàn)故障時，無需時間進(jìn)行在線運行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在這一設(shè)計中，整流器和逆變器將轉(zhuǎn)換全部的負(fù)載功率。這種 UPS 提供了非常理想的供電輸出性能，但功率部件的持續(xù)工作使其與其他設(shè)計方案相比，可靠性有所降低。此外，大型電池充電器獲得的輸入電源通常是非線性的，可能對建筑供電系統(tǒng)產(chǎn)生干擾或?qū)е聜溆冒l(fā)電機(jī)發(fā)生故障。

從原理上看，在線式UPS同后備式UPS的主要區(qū)別在于：后備式UPS在有市電時僅對市電進(jìn)行穩(wěn)壓，逆變器不工作處于等待狀態(tài)。當(dāng)市電異常時，后備式UPS會迅速切換到逆變狀態(tài)，將電池電能逆變成為交流電并對負(fù)載繼續(xù)供電。因此后備式UPS在由市電轉(zhuǎn)逆工作時會有一段轉(zhuǎn)換時間，一般小于10ms；而在線式UPS 采用雙變換模式，市電正常供電時，交流輸入經(jīng)AC/DC轉(zhuǎn)換成直流，一方面給蓄電池充電，另一方面給逆變器供電，逆變器自始至終都處于工作狀態(tài)，將直流電壓經(jīng)DC/AC逆變成交流電壓給用電設(shè)備供電。因此在市電異常轉(zhuǎn)電池放電時沒有中斷時間。

所謂在線互動式UPS，是指在輸入市電正常時，UPS的逆變器處于反向工作給電池組充電，在市電異常時逆變器立刻投入逆變工作，將電池組電壓轉(zhuǎn)換為交流電輸出，因此在線互動式UPS也有轉(zhuǎn)換時間。同后備式UPS相比，在線互動UPS的保護(hù)功能更強(qiáng)，逆變器輸出的電壓波形也更好。

在線互動式與后備式UPS的區(qū)別是，變換器時刻處于熱備份狀態(tài)，市電/逆變切換時間比后備式要短。相對在線式UPS而言，它的電路結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本較低，另一方面這類產(chǎn)品在市電供電時也不存在AC/DC、DC/AC的轉(zhuǎn)換，使整機(jī)效率有所提高。但在電網(wǎng)電壓正常時，由于它是直接通過工頻變壓器供電給負(fù)載，所以負(fù)載使用的同樣是伴隨著諧波和尖峰的交流電源，不利于高端設(shè)備的使用。市電逆變切換時，也存在切換時間。

總的來說，后備式UPS對負(fù)載的保護(hù)最差，在線互動式略優(yōu)之，在線式則幾乎可以解決所有的常見供電質(zhì)量問題。

3 UPS不間斷電源技術(shù)指標(biāo)

UPS產(chǎn)品是電子信息系統(tǒng)機(jī)房的必備設(shè)備，許多用戶對UPS產(chǎn)品標(biāo)稱的各參數(shù)指標(biāo)和使用技術(shù)缺乏全面的了解，因此在設(shè)計與選購UPS產(chǎn)品時難免會存在一些問題。

UPS作為保護(hù)性的電源設(shè)備，它的技術(shù)指標(biāo)、性能參數(shù)具有重要意義，這是在設(shè)計與選購時考慮的重點，如輸入電壓、輸出電壓、頻率、波形畸變等。市電電壓輸入范圍寬則表明對市電的利用能力強(qiáng)（減少電池放電）；輸出電壓、頻率范圍小則表明對市電調(diào)整能力強(qiáng)，輸出穩(wěn)定。波形畸變率用以衡量輸出電壓波形的穩(wěn)定性。UPS效率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)換時間等都是表征UPS性能的重要參數(shù)，這些重要參數(shù)決定UPS對負(fù)載的保護(hù)能力和對市電的利用率。性能越好，保護(hù)能力也越強(qiáng)。

用各種技術(shù)指標(biāo)評價一臺UPS的優(yōu)劣時，要有輕重之分，還要根據(jù)電網(wǎng)條件、用電環(huán)境、自然環(huán)境、用電設(shè)備的特殊要求、使用和維護(hù)水平等因素進(jìn)行判斷，以下幾個問題值得注意。

（1）不要過分追求UPS常規(guī)電氣性能指標(biāo)的優(yōu)化。對UPS來說，常規(guī)電氣性能指標(biāo)，如轉(zhuǎn)換時間、電壓和頻率穩(wěn)定精度、波形失真度等均需要考慮，但無需過分追求。對負(fù)載而言，大部分UPS在這些指標(biāo)上都可以滿足負(fù)載的要求，不應(yīng)成為評定優(yōu)劣、是否選用的標(biāo)準(zhǔn)。

作為電網(wǎng)與負(fù)載的中間環(huán)節(jié)，UPS要能適應(yīng)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)環(huán)境，并且在運行中不能對電網(wǎng)產(chǎn)生不良影響。一臺UPS對電網(wǎng)的適應(yīng)能力主要指電網(wǎng)電壓的變化范圍、頻率變化范圍、波形失真和各種干擾情況下的運行能力。根據(jù)我國電網(wǎng)情況，UPS允許的電壓變化范圍一般做到± 25%，在頻率變化50Hz±5%范圍內(nèi)能正常運行。

（2）不應(yīng)忽視對UPS輸入功率因數(shù)和諧波電流大小的要求。輸入功率因數(shù)低和輸入電流諧波成份大意味著對電網(wǎng)的干擾大，特別是大功率UPS，一般都是雙逆變在線式結(jié)構(gòu)，由于輸入端有整流電路，往往其輸入功率因數(shù)只有0.8，而諧波電流高達(dá)20%～30%。也就是說，如果UPS由電網(wǎng)引入的有功功率為30kW，同時也就有12kW左右的無功功率在電網(wǎng)與UPS間流動，這對電網(wǎng)的影響相當(dāng)嚴(yán)重。如果由柴油發(fā)電機(jī)帶動UPS，就需要發(fā)電機(jī)的功率容量是UPS功率容量的2倍，甚至更大。

UPS電路中的主要功率部件是逆變器，由它產(chǎn)生的高頻干擾有可能反饋到電網(wǎng)中去，因此UPS電路本身應(yīng)該具有去耦、諧波抑制電路等設(shè)計，防止UPS對電網(wǎng)構(gòu)成污染。

（3）重視對UPS輸出能力和可靠性指標(biāo)的考察。UPS的平均無故障工作時間MTBF僅是一個估算可靠性的參數(shù)，影響此數(shù)值的因素很多，是一個無法檢測的參數(shù)；而UPS輸出能力的各項性能指標(biāo)都是可量化的可靠性指標(biāo)，在同等運行條件下，效率高、輸出電流峰值系數(shù)大、過載能力強(qiáng)的UPS，其可靠性必然高；效率低則意味著UPS本身損耗大、發(fā)熱量大，這會加快元器件的老化、縮短使用壽命。

（4）注重對總體成本的考慮。購買時不僅要考慮購買價格，而且還要考慮UPS本身效率高低所造成的使用運行費用及維護(hù)費用。

4 UPS供電系統(tǒng)解決方案

4.1 UPS后備時間

UPS依后備時間可分為標(biāo)準(zhǔn)型及長效型。標(biāo)準(zhǔn)型UPS后備時間為3min～15min，長效型一般后備時間為30min～8h。標(biāo)準(zhǔn)型UPS指單臺UPS已內(nèi)置小容量電池（裝在主機(jī)機(jī)箱內(nèi)），市電斷后供電時間較短（滿載下僅需幾分鐘）。而長效型UPS則根據(jù)后備時間的要求外配不同容量電池，還需另配電池柜或電池架、電池之間的聯(lián)線、電池柜或架到UPS主機(jī)的聯(lián)線和電池開關(guān)，安裝在UPS主機(jī)柜外，供電時間由半小時到幾小時不等，依用戶需要而配置。換言之，標(biāo)準(zhǔn)型UPS廠商已設(shè)定好放電時間；而長效型UPS則是由客戶自己選定放電時間。如遇設(shè)備停電時，只需存盤、退出即可，應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)型UPS；如果設(shè)備停電時，仍需長時間運轉(zhuǎn)，則必須選用長效型UPS。當(dāng)市電停電時間短且自備發(fā)電機(jī)能及時供電時，UPS的供電時間可按10min配置，如市電停電時間長或自備發(fā)電機(jī)不能及時開機(jī)供電，UPS的供電時間一般按30min以上配置。

實踐證明，無謂地加大蓄電池容量是不能保證電子設(shè)備安全運行的，而且也不科學(xué)、不經(jīng)濟(jì)。首先要從確保直流電源穩(wěn)定可靠的觀念向確保交流電源穩(wěn)定可靠的觀念轉(zhuǎn)變，因為只有確保交流電源的穩(wěn)定可靠，才能確保直流電源的穩(wěn)定可靠，從而確保機(jī)房環(huán)境的穩(wěn)定可靠。在確保交流電源穩(wěn)定可靠的前提下，蓄電池的容量配置可以適當(dāng)減少。目前，大部分智能建筑內(nèi)都配置了性能優(yōu)越的備用發(fā)電機(jī)組，一旦市電中斷，均能在5s～15s內(nèi)啟動供電，這大大縮短了蓄電池的放電時間，從而減少蓄電池容量的配置。這樣，既能節(jié)約建設(shè)資金，又能確保交流電源的穩(wěn)定可靠。

4.2 UPS使用方式

4.2.1 單機(jī)使用

通常負(fù)載量少于20kVA且不是關(guān)鍵負(fù)載的情況下，會使用單臺UPS對負(fù)載進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)市電不能正常供給時，將由UPS對負(fù)載設(shè)備供電，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，缺點則是沒有備份，當(dāng)此臺UPS進(jìn)行檢修或發(fā)生故障時，負(fù)載不能得到保護(hù)，如圖4所示。

4.2.2 串聯(lián)熱備份方案

本方案是并機(jī)早期的鏈接方式，因受當(dāng)時并機(jī)技術(shù)的制約，本方案中設(shè)備的使用率較低，安全可靠性有限，不能滿足用戶的更高安全要求，目前此種方案很少使用。由于兩臺UPS無需在同一控制程序下協(xié)調(diào)工作，無需通信鏈接，所以只要UPS功率滿足負(fù)載要求的前提下，可以使用不同品牌的UPS，如圖5所示。

優(yōu)點：靈活性高，不受品牌限制；安裝簡單，無需額外調(diào)試；不增加額外輔助電路，不增加購置成本；可作N+1熱備份，可分期擴(kuò)容。

缺點：瞬時過載能力低；兩機(jī)老化不一致；備機(jī)電池長期不處于浮充狀態(tài)，影響電池壽命。

4.2.3“1+1”冗余并機(jī)方案

在用戶既要求提高安全可靠性又要求提高設(shè)備使用率的情況下，隨著并機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，可實現(xiàn)兩臺UPS在同一控制程序下協(xié)調(diào)工作，根據(jù)此種工作方式稱之為“1+1”冗余并機(jī)。正常工作時兩臺UPS各承擔(dān)50%負(fù)載；若其中一臺UPS出現(xiàn)故障，另一臺UPS自動承擔(dān)100%發(fā)電，故障UPS自動退出并機(jī)模式；當(dāng)故障UPS維修好以后可直接投入并機(jī)，兩臺UPS自動均分負(fù)載；若故障UPS退出并機(jī)還沒有維修好，而帶載UPS也出現(xiàn)故障，此時將自動切換至帶載UPS的旁路；當(dāng)兩臺UPS全部維修好以后，按并機(jī)開啟步驟可將兩臺UPS投入到“1+1”冗余并機(jī)工作狀態(tài)，如圖6所示。

“1+1”冗余并機(jī)相對單機(jī)UPS，多了一臺UPS自動承擔(dān)100%負(fù)載安全保護(hù)措施，可有效避免逆變器切換至旁路時造成的切換風(fēng)險，“1+1”冗余并機(jī)相對性能穩(wěn)定的單機(jī)其安全可靠性有了較大的提高，可在同一控制程序下協(xié)調(diào)工作，兩機(jī)之間需通信連接，所以兩臺UPS要求必須是同品牌、同系列、同規(guī)格的UPS。同時也可以根據(jù)負(fù)載情況，擴(kuò)展到N+1冗余并機(jī)。

優(yōu)點：瞬間過載能力強(qiáng)；沒有瓶頸故障點；自動均分功率。

缺點：存在環(huán)流，不同并機(jī)方法具有不同環(huán)流。環(huán)流增加無功損耗，降低系統(tǒng)可靠性。這也是區(qū)分UPS優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。

4.2.4 雙總線輸出冗余UPS供電方案

雖然N+1并聯(lián)冗余UPS供電系統(tǒng)的可靠性很高，但從UPS輸出到負(fù)載間仍存在諸多故障隱患接線端子老化、保險絲燒毀、斷路器跳閘等。所以雙總線輸出冗余UPS供電方案適時而出，即2N或2（N+1）雙總線UPS系統(tǒng)，兩套UPS是獨立的，直接供給雙電源負(fù)載，各承擔(dān)50%負(fù)載，單電源負(fù)載通過STS或小ATS切換得到兩套UPS系統(tǒng)的電力保障，從而使整個配電系統(tǒng)得到更穩(wěn)定可靠的保障，如圖7所示。

優(yōu)點：靈活性高，不受品牌限制；瞬間過載能力強(qiáng)；保險系數(shù)高。

缺點：成本高。

5 影響UPS安全運行的基本因素

5.1 解決UPS單機(jī)基本技術(shù)問題是UPS安全運行的保證

現(xiàn)在有很多出于成本和安全性考慮的新并機(jī)方案，其實若考慮成本只需采用一臺性能穩(wěn)定的UPS即可，若經(jīng)濟(jì)條件允許且要達(dá)到更高的安全性， “1+1”并機(jī)可足夠。很多大型工業(yè)用戶在采用并機(jī)方案時會有一個很大的誤區(qū)，單機(jī)運行不穩(wěn)定就采用并機(jī)方案，錯誤地理解單機(jī)存在的技術(shù)問題可以由并機(jī)來解決，雖然并機(jī)相對單機(jī)在安全性上有較大提高，但主要影響UPS安全運行的因素是所選用的UPS生產(chǎn)廠家是否有足夠的能力解決單機(jī)與并機(jī)技術(shù)。并機(jī)是建立在穩(wěn)定的單機(jī)基礎(chǔ)上，若單機(jī)技術(shù)沒有得到很好的解決，并機(jī)出現(xiàn)的問題將更多。

5.2 UPS同時具備兩項功能

（1）在設(shè)備使用期內(nèi)給負(fù)載提供純凈、標(biāo)準(zhǔn)的正弦波交流電源

其實UPS不是孤立連接在獨立的電網(wǎng)中，電網(wǎng)給UPS供電不是絕對的所需標(biāo)準(zhǔn)值，存在標(biāo)準(zhǔn)值與非標(biāo)準(zhǔn)值兩種情況。同一電網(wǎng)用電設(shè)備越少越接近標(biāo)準(zhǔn)值（如普通商業(yè)使用環(huán)境），UPS故障大多表現(xiàn)為元器件故障，即硬性故障。用電設(shè)備越多越偏離標(biāo)準(zhǔn)值（如大型工業(yè)系統(tǒng)使用環(huán)境），在元器件質(zhì)量滿足要求的情況下，UPS多表現(xiàn)為電網(wǎng)因素造成的監(jiān)測、處理、控制系統(tǒng)故障等，即軟性故障。外部因素是一個變量，很難去具體監(jiān)測和抑制，且具有較大的隨機(jī)性和隱蔽性，這就是同一UPS在工業(yè)環(huán)境比商業(yè)環(huán)境使用更難以實現(xiàn)穩(wěn)定運行的原因。由于用戶對UPS基本技術(shù)了解的局限性，很難區(qū)分上述因素并進(jìn)行全面的技術(shù)分析及安全評估，而很多UPS廠家因受技術(shù)制約又不想?yún)^(qū)分太清楚，這是多年來一直困擾大型工業(yè)用戶投入UPS與運行要求存在較大差距的主要原因。

（2）為負(fù)載提供非常穩(wěn)定的不間斷電源保護(hù)

隨著UPS技術(shù)的不斷發(fā)展，單純地實現(xiàn)UPS給負(fù)載提供純凈、標(biāo)準(zhǔn)的正弦波交流電已不是UPS技術(shù)的主要難題。UPS技術(shù)面臨的真正難題是怎樣實現(xiàn)對負(fù)載更穩(wěn)定的不間斷保護(hù)，而外部因素又難以進(jìn)行具體地監(jiān)測和抑制，具有較大的隨機(jī)性和隱蔽性。簡單地說，UPS技術(shù)所面臨的難題就是怎樣提高UPS抗擊外部因素的能力，使UPS運行盡可能少地受制于外部因素，這是UPS實現(xiàn)穩(wěn)定運行必須解決的問題，尤其是要滿足大型工業(yè)系統(tǒng)運行要求的UPS。

工業(yè)系統(tǒng)負(fù)載電壓多為220V，輸出電壓220V的UPS設(shè)計與生產(chǎn)難度要遠(yuǎn)高于輸出為380V的UPS，因I=P/U，當(dāng)P為定值時，I與U成反比，220V時UPS元件所承受的電流強(qiáng)度是380V時UPS的兩倍。當(dāng)P越大時，要求元件所承受的電流強(qiáng)度越大，這對元器件是一個巨大的考驗，所以380V的UPS功率可以做到1000kVA，而220V的UPS最大功率都在200kVA以下。220V的UPS元器件所承受電流強(qiáng)度的能力是一個非常重要的指標(biāo)，這就是很多UPS使用不久就出現(xiàn)硬件故障的一個重要原因。

UPS并不是連接在一個理想的電網(wǎng)中，同一電網(wǎng)下設(shè)備的運行都會對電網(wǎng)造成沖擊和干擾，且在電網(wǎng)中的出現(xiàn)具有較大的隨機(jī)性和隱蔽性，因此很難去具體地監(jiān)測和抑制，也不可能為UPS裝備一套獨立的、比較理想的電源。在這種情況下，只有提高UPS自身抗外部干擾的能力，使UPS運行盡可能少受制于外部因素。UPS的設(shè)計方案只有有效地避開外部因素的干擾，在硬件技術(shù)得到充分解決的前提下，UPS才能在設(shè)備的使用期內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定運行。

UPS要實現(xiàn)穩(wěn)定運行需要快速地處理供電系統(tǒng)，當(dāng)UPS遇到較大的外部因素干擾時，能快速地進(jìn)行處理與控制，不會因出現(xiàn)UPS無法控制的局面而引發(fā)各類故障。為了對負(fù)載供電執(zhí)行緊急保護(hù)，嚴(yán)重時中斷負(fù)載供電，每個廠家的設(shè)計與控制方案不一樣。因受技術(shù)方面的制約，每個廠家的設(shè)備運行穩(wěn)定性也不一樣，包括進(jìn)口設(shè)備。所以工業(yè)用戶在選購UPS時務(wù)必全面地對設(shè)計方案進(jìn)行技術(shù)分析和安全評估。

5.3 環(huán)境因素

（1）環(huán)境溫度

UPS是由大量半導(dǎo)體器件組成的精密電氣設(shè)備，半導(dǎo)體材料受溫度影響比較大，當(dāng)環(huán)境溫度大于要求值時，半導(dǎo)體材料容易老化。靜態(tài)開關(guān)是由半導(dǎo)體材料做成，工作時自身會產(chǎn)生一定壓降及通態(tài)功耗。工作的靜態(tài)開關(guān)會產(chǎn)生一定的熱量，需要散熱器散熱，當(dāng)溫度達(dá)到80℃ ～ 90℃時，靜態(tài)開關(guān)將自動進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)。雖然有機(jī)房空調(diào)和UPS風(fēng)扇進(jìn)行散熱，但常年的運行導(dǎo)致粉塵在散熱器上積聚較厚導(dǎo)致UPS風(fēng)扇故障時，靜態(tài)開關(guān)的局部溫度急劇上升，容易造成靜態(tài)開關(guān)的自動關(guān)閉。

（2）環(huán)境濕度

半導(dǎo)體器件對濕度也有嚴(yán)格要求，濕度太大在遇到機(jī)房冷氣時會在設(shè)備內(nèi)形成水霧或細(xì)水珠，尤其在潮濕的雨季，元器件容易短路造成設(shè)備損壞，不僅帶來經(jīng)濟(jì)損失同時也給負(fù)載供電造成安全隱患，因此機(jī)房內(nèi)安裝的空調(diào)要有制冷和除濕功能。

（3）環(huán)境粉塵及化學(xué)腐蝕性氣體

UPS由于工作時會產(chǎn)生大量的熱量，因此為保證散熱便在機(jī)器內(nèi)部安裝多個風(fēng)扇，此時UPS尤如一個大功率吸塵器，會將大量粉塵及化學(xué)腐蝕性氣體吸入內(nèi)部。UPS常年運行未做清潔保養(yǎng)，大量的粉塵就會粘附在電路板上，粉塵中含有的金屬微粒會導(dǎo)致高集成的小型元件出現(xiàn)短路，同時吸入空氣中的水分會形成由粉塵構(gòu)成的導(dǎo)電層，給設(shè)備和負(fù)載造成嚴(yán)重的安全隱患。大量粉塵粘在元件或散熱器件表面會使元件溫度高于規(guī)定值，很容易造成元器件損壞，嚴(yán)重時便會造成UPS供電系統(tǒng)癱瘓。

當(dāng)長期運行的UPS吸入大量化學(xué)腐蝕性氣體，遇到機(jī)房冷氣時很容易在高集成元器件表面形成一種腐蝕性膜，對細(xì)小元件及焊接點具有腐蝕作用，長期如此會造成元器件損壞及焊點虛焊。而這些高集成元器件都集中在微處理器及控制系統(tǒng)中，會給UPS及負(fù)載造成嚴(yán)重的安全隱患。

6 UPS不間斷電源日常使用與維護(hù)

UPS的科學(xué)使用和維護(hù)不但可以提高本身使用效率，還會延長UPS的使用壽命。在正常使用情況下應(yīng)注意以下幾點：

（1）不要用來接純感性、純?nèi)菪载?fù)載，如電動機(jī)、空調(diào)等。因為電感性負(fù)載在啟動時的電流往往是正常工作時額定電流的3～ 5倍，容易引起UPS的瞬時過載，縮短UPS的壽命。UPS適合帶阻容性（如電腦）、阻性、感性負(fù)載。

（2）不要滿載運行，長期滿載使用UPS將直接影響UPS的壽命。對于單臺UPS，實際負(fù)載一般按UPS容量的60%～80%選用；對于N+1型冗余并機(jī)UPS系統(tǒng)，實際負(fù)載一般按UPS容量的30%～60%選用，單臺1.5kW的UPS可帶1kW左右的負(fù)載。

（3）UPS主機(jī)的維護(hù)包括：檢查設(shè)備的運行狀況、對需要進(jìn)行清掃的設(shè)備進(jìn)行除塵清掃、對設(shè)備內(nèi)主要部件進(jìn)行靜態(tài)測試、檢測設(shè)備內(nèi)易損單元（逆變器、整流器、靜態(tài)開關(guān)）、檢查設(shè)備的輸入、輸出聯(lián)接端子是否牢固、恢復(fù)設(shè)備運行，檢測設(shè)備的輸出主要性能指標(biāo)。

（4）維護(hù)好蓄電池。UPS采用的蓄電池大都是免維護(hù)的密封電池，但這只是免除了以往的測比、配比、定時添加蒸餾水等工作，所以必要的維護(hù)是不可或缺的，否則同樣會縮短電池的壽命。

電池在使用一段時間后應(yīng)進(jìn)行定期檢查，觀察其外觀是否異常、測量各電池的電壓是否平均等；如果長期不停電，電池一直處于浮充狀態(tài)，電池的活性將變差，因此即使不停電，UPS也需要定期進(jìn)行放電以便電池保持活性。放電一般可3～6個月進(jìn)行一次，做法是讓UPS帶一定的負(fù)載（50%以上），然后斷開市電，使UPS電池處于放電狀態(tài)，放電持續(xù)時間視電池容量而定，一般為幾分鐘至十幾分鐘，放電后恢復(fù)市電供電，繼續(xù)對電池充電，充電時間應(yīng)不少于8h。另外，蓄電池也會有自放電現(xiàn)象，如果長期放置不用，會使能量損失，因此需定期進(jìn)行充放電?？赏ㄟ^測量電池開路電壓來判斷電池的好壞，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，則立刻進(jìn)行充電，若開路電壓低于12V，則表示電池儲能不到20%，應(yīng)更換電池。

（5）注意防雷接地保護(hù)。UPS要有良好的接地和防浪涌保護(hù)措施，以保護(hù)UPS內(nèi)部電路和電池的安全，確保信息網(wǎng)絡(luò)能獲得100%的高“可利用率”（低誤碼率、低丟包率、高接通率）。

（6）使用環(huán)境要求：電池使用環(huán)境要求溫度在0℃～40℃之間，標(biāo)準(zhǔn)使用溫度為25℃。相對濕度在30%～90%之間，避免陽光直射并且保持清潔。遠(yuǎn)離水、可燃性氣體和腐蝕劑等，保持UPS的進(jìn)排風(fēng)通暢。一般條件下，正常使用的密封免維護(hù)鉛酸電池的使用壽命為3～4年。

7 結(jié)束語

現(xiàn)在的UPS產(chǎn)業(yè)無論是在智能化的管理方面，產(chǎn)品可靠性的提高方面，還是可維護(hù)性方面都獲得了前所未有的進(jìn)步，并已具備向用戶提供從后備式UPS、在線互動式UPS到各種雙變換式的在線式UPS的能力。UPS單機(jī)的輸出功率從百級伏安的小型單相UPS到三進(jìn)/三出型的百萬級伏安的大型在線式UPS。相關(guān)的統(tǒng)計資料表明：小型UPS的平均無故障工作時間為幾萬小時，大型UPS的MTBF為20～40萬小時。對于由大型UPS所組成的“1+1”型的冗余并機(jī)UPS供電系統(tǒng)而言，其MTBF值高達(dá)百萬小時。由此可見不同用戶可以根據(jù)自己的經(jīng)濟(jì)實力和所需要保護(hù)的電子信息系統(tǒng)設(shè)備的重要性來配置所需的UPS。

最初的UPS采用模擬控制方法且有很多局限性。隨著數(shù)字處理器計算速度的不斷提高，使得各種先進(jìn)的數(shù)字控制方法得以實現(xiàn)，UPS的設(shè)計也具有很大的靈活性，設(shè)計周期縮短、性能大為提高。UPS的高頻化有效地減小了裝置的體積和重量，并可以消除變壓器和電感的音頻噪音，同時改善輸出電壓的動態(tài)響應(yīng)能力。數(shù)字化控制方法成了當(dāng)今交流電源領(lǐng)域的一個研究熱點，一種必然的發(fā)展趨勢就是各種方法相互滲透、互相結(jié)合形成復(fù)合控制方案。數(shù)字化復(fù)合控制是UPS控制的一個發(fā)展方向。

模塊化也是UPS節(jié)能化的主要發(fā)展趨勢，通過模塊化方式的靈活擴(kuò)容，可以減少用戶的設(shè)備投資浪費現(xiàn)象，同樣可以節(jié)約能源。除了能提高電源供應(yīng)的可靠性，企業(yè)可根據(jù)目前的用電負(fù)載要求選配模塊，而當(dāng)企業(yè)因發(fā)展需要擴(kuò)展時，再靈活添加相應(yīng)模塊即可。

1 UPS冗余并聯(lián)與雙總線連接供電方案（一）．《電源技術(shù)應(yīng)用》，2009（2）

2 UPS冗余并聯(lián)與雙總線連接供電方案（二）．《電源技術(shù)應(yīng)用》，2009（3）