淺談UPS的使用和維護(hù)

雷軍

引言：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和我廠煉油化工生產(chǎn)裝置規(guī)模的不斷擴(kuò)大，DCS集散控制系統(tǒng)被我廠各生產(chǎn)裝置廣泛應(yīng)用于操控系統(tǒng)。采用DCS集散控制系統(tǒng)，具有可操作性強(qiáng)、直觀、調(diào)節(jié)方便等種種優(yōu)點(diǎn)。學(xué)習(xí)、判斷、分析UPS運(yùn)行期間發(fā)生的各種故障，總結(jié)使用維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)就顯得特別重要。

一、UPS供電模式

UPS(Uninterruptible Power System)，即不間斷電源，是一種含有儲能裝置，以整流器、逆變器為主要組成部分的電壓頻率穩(wěn)定、波形準(zhǔn)確完好的綠色不間斷電源。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺交流市電穩(wěn)壓器，同時(shí)還由整流器向設(shè)備配套的后備電池組充電；當(dāng)市電因某種原因停電時(shí)，UPS立即將后備電池組的電能，通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電后繼續(xù)向負(fù)載供電（轉(zhuǎn)換時(shí)間≤10ms），使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。

1、電網(wǎng)電壓正常狀態(tài)

在電網(wǎng)供電正常時(shí)，一方面市電通過UPS整流器、充電器對后備蓄電池組進(jìn)行充電，另一方面市電通過逆變器、濾波器穩(wěn)壓，吸收過濾掉電網(wǎng)的諧波干擾后供電給負(fù)載。此時(shí)，蓄電池組處在充電狀態(tài)，直到蓄電池組電量充滿而轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)。此時(shí)的UPS設(shè)備相當(dāng)于一臺穩(wěn)壓器，僅對市電電壓幅度波動(dòng)有所改善。

2、電網(wǎng)電壓異常狀態(tài)

在UPS正常工作過程中，當(dāng)主板檢測到電網(wǎng)電壓出現(xiàn)異常時(shí)（斷電或電壓非常不穩(wěn)），主板將直接控制內(nèi)部電路，使逆變器直接從蓄電池組中取得電能，繼續(xù)向負(fù)載提供交流電，保證供電的持續(xù)性，在UPS輸出端不會(huì)出現(xiàn)供電中斷或異常變動(dòng)的現(xiàn)象。根據(jù)所配置蓄電池組容量的大小及負(fù)載功率的大小，蓄電池組放電是有時(shí)間限制的。當(dāng)電池中的電能耗盡，則UPS逆變器將停止工作，此時(shí)UPS將不能繼續(xù)向負(fù)載供電。只有當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)且滿足UPS要求時(shí)，整流器將繼續(xù)向逆變器供電，為負(fù)載提供電源，同時(shí)向蓄電池組充電。

二、常見故障分析

1、2011年9月，我廠油品調(diào)和控制室UPS設(shè)備DX10運(yùn)行發(fā)生故障。當(dāng)時(shí)UPS電源工作在逆變器供電狀態(tài)后不能切換到市電供電狀態(tài)，通過檢查說明逆變器的工作回路是正常的，故障出在市電供電回路與切換控制回路，主要是：

1）、市電輸入保險(xiǎn)絲熔斷或電路有無斷路等；

2）、控制回路切換的電位器調(diào)整不當(dāng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換電壓偏高不能切換；

3）、主變壓器次級反饋繞組開路，造成無交流反饋電壓信號輸入；

4）、交流穩(wěn)壓控制回路出現(xiàn)故障，造成在特定電壓范圍內(nèi)UPS無輸出。

最后排查到UPS內(nèi)部電源檢測模塊故障，更換后開機(jī)運(yùn)行正常。

2、2013年11月，我廠聯(lián)合二裝置MERLIN GREIN 30K發(fā)生故障，逆變器工作指示燈停止閃爍，報(bào)警音常鳴。到達(dá)現(xiàn)場通過以下五方面檢查：

第一步檢查電網(wǎng)電壓波動(dòng)是否太大或頻繁開停UPS不間斷電源。原因是UPS電源一般要等5～10s以后，才允許重新啟動(dòng)，如果短時(shí)間頻繁啟動(dòng)失敗會(huì)發(fā)出報(bào)警；

第二步檢查UPS后備蓄電池組電壓是否過低。原因是UPS電源存在自動(dòng)保護(hù)檢測回路，如果蓄電池組電壓低于標(biāo)稱值或負(fù)載過重就會(huì)引起動(dòng)作報(bào)警；

第三步檢查蜂鳴器本身是否存在故障。如器件損壞或運(yùn)行電流不穩(wěn)等都可引起報(bào)警；

第四步檢查后備是否存在感性負(fù)載。原因是UPS設(shè)備負(fù)載回路中不能接入電感性負(fù)載，不然啟動(dòng)時(shí)就會(huì)發(fā)出異音。

第五步檢查后備負(fù)載是否過大、過電流等引起的某種保護(hù)。

經(jīng)過以上五步檢查，發(fā)現(xiàn)DCS控制柜內(nèi)一個(gè)PLC電源模塊接地引起過電流，拆除此PLC故障單元后開啟UPS設(shè)備運(yùn)行正常。

三、UPS發(fā)生故障的處理方法

1、將故障UPS設(shè)備下電、拆機(jī)進(jìn)行直觀檢查。觀察檢查蓄電池的外觀有無漏液、鼓肚變形、正負(fù)電極極柱和導(dǎo)線連接端子有無腐蝕及緊固螺母是否有松動(dòng)等現(xiàn)象；檢查設(shè)備機(jī)箱內(nèi)元器件是否存在高溫現(xiàn)象而引起的焦糊味等現(xiàn)象。通過以上觀察沒有明顯故障，則按照正常開機(jī)步驟開機(jī)檢查。由以上現(xiàn)象的分析，對照電路圖判斷故障是出現(xiàn)在逆變器部分或者是市電供電部分。

2、如果是電網(wǎng)供電電路故障，需要從電源進(jìn)線側(cè)向后續(xù)負(fù)載端逐級檢查。進(jìn)行這項(xiàng)檢查時(shí)，需要售后服務(wù)工程師連接正版檢測軟件檢查。檢查路線從電源輸入模塊到整流器模塊再到抗干擾控制模塊，然后依次檢查繼電器轉(zhuǎn)換模塊、逆變器模塊，最后是輸出模塊。

3、如果是逆變供電電路部分故障，檢查路線先從蓄電池端電壓開始，然后到蓄電池組斷路器再到逆變器模塊，最后檢查輸出電路。在逆變供電電路中以蓄電池出現(xiàn)故障的故障率最高，因此著重點(diǎn)時(shí)要檢查檢測蓄電池組，必要時(shí)用電池內(nèi)阻測試儀檢查電池內(nèi)阻有無增大。

四、UPS的使用與維護(hù)

1、環(huán)境溫度在0～40℃之間，溫度過高過低會(huì)使電路參數(shù)發(fā)生變化，對電池的影響也很大。電池在38℃條件下放置6個(gè)月，其能量損失90％。長期在高溫條件下運(yùn)行電池會(huì)過早損害，器件也容易老化。所以最好的使用條件是：溫度25±2℃，濕度40％～50％。

2、從許多UPS的使用情況來看，因灰塵造成UPS故障的現(xiàn)象較多，特別是那些采用了大功率管、運(yùn)行環(huán)境差的UPS，如不經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)，電路板因灰塵堆積多，IGBT可控硅、電阻、二極管就很容易出現(xiàn)放電導(dǎo)致電路板損壞等故障。

3、UPS對輸入電壓和頻率有一定的適應(yīng)范圍，電壓一般在額定電壓的100%±15％以內(nèi)，頻率在±2％以內(nèi)，超過這一范圍UPS可能出現(xiàn)報(bào)警或整流器停機(jī)的情況。為保障UPS設(shè)備的正常平穩(wěn)運(yùn)行，一般在UPS前加一隔離變壓器。

4、長期處于浮充狀態(tài)下的電池應(yīng)定期作一次充放電試驗(yàn)（電池活化試驗(yàn)），一般每隔2～3個(gè)月進(jìn)行一次，避免電池長期在浮充狀態(tài)下導(dǎo)致內(nèi)阻增大。同時(shí)還要注意蓄電池不要過度放電，以免損害蓄電池。

5、UPS適合接阻性或容性負(fù)載，應(yīng)避免接感性負(fù)載，如打印機(jī)、繪圖儀等負(fù)載。因?yàn)楦行载?fù)載的啟動(dòng)電流是正常額定電流的4～7倍，會(huì)給UPS造成瞬間超載。因此建議用戶在停電時(shí)盡量不要使用打印機(jī)等外部設(shè)備。

五、UPS的檢修注意事項(xiàng)

1、每年除對UPS電源進(jìn)行一次徹底的清掃除塵之外，還應(yīng)進(jìn)行全面檢查。首先是安全斷電，把UPS維修開關(guān)切換到維修電路上，切斷主回路M1電源開關(guān)、蓄電池組直流開關(guān)和BYPASS旁路開關(guān)，使UPS電源置于完全停機(jī)狀態(tài)。保證設(shè)備在不帶電的情況下來維護(hù)保養(yǎng)。

2、電解電容有無漏液、冒頂、和膨脹鼓肚等現(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)元器件有變質(zhì)、功率下降等重大嫌疑，又拿不準(zhǔn)情況下，必須立即更換。

3、變壓器線圈及連接器件和扼流圈有無過熱、變色、分層漆包線脫落，聯(lián)接線接頭是否牢靠。各開關(guān)接點(diǎn)是否牢靠、燒壞等。

4、檢查蓄電池，如發(fā)現(xiàn)漏液、鼓肚，則要檢查電池電壓和容量，必要時(shí)更換整組電池。

六、結(jié)束語

最后，要值班員在值班期間按時(shí)巡檢，仔細(xì)檢查UPS運(yùn)行的電壓、電流、整機(jī)溫度等各個(gè)數(shù)據(jù)是否正常。室內(nèi)通風(fēng)干燥情況和降溫設(shè)備是否完好。通過以上方法應(yīng)該可以很好解決UPS正常、完好運(yùn)行的問題，保證設(shè)備的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]張穎超等編著《UPS原理與維修》，化學(xué)工業(yè)出版社，2011年3月出版.

[2]周志敏等編著《UPS應(yīng)用與故障診斷》，中國電力出版社，2008年4月出版.