淺析UPS電源供電系統(tǒng)故障原因及解決措施

彭若塵

淺析UPS電源供電系統(tǒng)故障原因及解決措施

彭若塵

（中國(guó)民用航空西北地區(qū)空中交通管理局 陜西西安 710082）

UPS電源系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于通信、電力、國(guó)防等多個(gè)領(lǐng)域，其供電可靠性比較高，如果交流電網(wǎng)輸入發(fā)生異常，則UPS可向負(fù)載繼續(xù)供電，保證正常供電。本文首先介紹了UPS的幾種分類(lèi)，然后對(duì)UPS電源供電系統(tǒng)故障及原因進(jìn)行了分析，并且對(duì)UPS電源供電系統(tǒng)故障問(wèn)題解決辦法進(jìn)行了詳細(xì)探究。

UPS電源；原理；故障

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸得到普及，在人們的日常生產(chǎn)和生活中發(fā)揮著十分重要的作用。在計(jì)算機(jī)供電系統(tǒng)當(dāng)中，為了保護(hù)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，UPS系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛推廣和應(yīng)用，在保障電源持續(xù)供應(yīng)方面發(fā)揮著十分重要的作用。因此，必須對(duì)UPS系統(tǒng)的故障問(wèn)題進(jìn)行深入研究，并且提出合理的維修養(yǎng)護(hù)措施，保障其正常運(yùn)行。

2 UPS分類(lèi)

2.1 后備式

如果有市電存在，通過(guò)充電器內(nèi)整流對(duì)蓄電池進(jìn)行浮充充電；如果市電掉電時(shí)，則由逆變器向負(fù)載供電，自動(dòng)穩(wěn)壓器可粗略穩(wěn)壓及吸收部分電網(wǎng)干擾。后備式一般適用于小功率范圍（2kVA以下），電路簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。由于轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)存在斷合時(shí)間，當(dāng)市電掉電時(shí)會(huì)有4～10ms的轉(zhuǎn)換時(shí)間。后備式UPS電流主機(jī)原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 后備式UPS電源主機(jī)原理結(jié)構(gòu)圖

2.2 在線互動(dòng)式

“在線”指的是逆變器工作，但不輸出功率，處于熱備份狀態(tài)，同時(shí)兼顧對(duì)蓄電池充電，以此增加UPS在市電正常時(shí)的功率容量，同時(shí)減少市電掉電時(shí)的轉(zhuǎn)換時(shí)間，提高輸出電壓的濾波作用，在線互動(dòng)式一般適用于功率多在5kVA以下。在線互動(dòng)式UPS主機(jī)原理結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 在線互動(dòng)式UPS電源主機(jī)原理結(jié)構(gòu)圖

2.3 雙變換在線式

如果有市電存在，則整流器實(shí)現(xiàn)AC-DC轉(zhuǎn)換功能，一方面向DCAC逆變器提供能量，一方面向蓄電池充電。該整流器一般是可控硅整流器，但也有IGBT-PWM-DSP高頻變換新一代整流器。逆變器完成DCAC轉(zhuǎn)換功能，向輸出端提供高質(zhì)量電能，無(wú)論由市電供電或轉(zhuǎn)由電池供電，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為零。當(dāng)逆變器過(guò)載或發(fā)生故障時(shí)，逆變器停止輸出，靜態(tài)開(kāi)關(guān)自動(dòng)轉(zhuǎn)換，由市電直接向負(fù)載供電。雙變換在線式UPS電源主機(jī)原理結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 雙變換在線式UPS電源主機(jī)原理結(jié)構(gòu)圖

3 UPS電源供電系統(tǒng)故障及原因分析

3.1 UPS系統(tǒng)電阻器失效

電阻是UPS系統(tǒng)的重要組成部分，在UPS系統(tǒng)長(zhǎng)期處于運(yùn)行狀態(tài)，很容易由于熱量過(guò)高而燒毀。因此，在UPS系統(tǒng)的實(shí)際使用過(guò)程中，由于電阻器燒壞產(chǎn)生的故障較為常見(jiàn)，主要原因與電阻器內(nèi)部構(gòu)造和電阻器的使用條件有很大關(guān)系。

3.2 UPS系統(tǒng)電容器失效

在UPS系統(tǒng)的實(shí)際使用過(guò)程中，由于電容器失效而造成的故障問(wèn)題較為常見(jiàn)。導(dǎo)致電容器失效的原因主要是電容器被擊穿，或者電容器參數(shù)退化，電容器中的電解液發(fā)生泄漏等。電容器發(fā)生擊穿現(xiàn)象主要是因?yàn)榻橘|(zhì)出現(xiàn)問(wèn)題引發(fā)的。

3.3 UPS系統(tǒng)繼電器模塊失效

繼電器模塊發(fā)生失效主要有三種情況。①繼電器模塊發(fā)生故障時(shí)，繼電器的線圈產(chǎn)生短路或者斷路，這樣就會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)三極管發(fā)生損壞，進(jìn)而導(dǎo)致繼電器模塊失效。②繼電器驅(qū)動(dòng)端的三極管發(fā)生短路，這樣就會(huì)導(dǎo)致繼電器始終在吸合狀態(tài)，進(jìn)而引發(fā)繼電器模塊發(fā)生失效。③繼電器在使用過(guò)程中，觸點(diǎn)因?yàn)榻佑|不良而導(dǎo)致繼電器模塊發(fā)生故障，這樣繼電器在使用過(guò)程中觸電狀態(tài)就不會(huì)改變，進(jìn)而造成UPS系統(tǒng)繼電器模塊在使用過(guò)程中出現(xiàn)失效的情況。

4 UPS電源供電系統(tǒng)故障檢測(cè)辦法

4.1 觀察法

（1）“看”是接觸故障的第一步，包括：①看設(shè)備有無(wú)外物搭接引起的短路；②看有無(wú)嚴(yán)重?fù)p傷的導(dǎo)線，特別要注意導(dǎo)線或其他絕緣部分是否受到嚴(yán)重?fù)p傷；③看有無(wú)元器件發(fā)生形變或開(kāi)裂；④看設(shè)備的連接螺釘有無(wú)松動(dòng)、各接插件的接觸是否良好；⑤看有無(wú)燒焦或冒煙的情況。

（2）“聽(tīng)”是聽(tīng)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中有無(wú)異常聲音。UPS在運(yùn)行中，接觸器、繼電器的吸合會(huì)發(fā)出聲響，這些聲音都有規(guī)律，元器件發(fā)生故障會(huì)使聲音也發(fā)生變化，根據(jù)聲音的變化可發(fā)現(xiàn)UPS的故障所在之處。

（3）“嗅”是利用嗅覺(jué)器官去感知設(shè)備。導(dǎo)體或元器件的絕緣層因通過(guò)大電流而燒焦產(chǎn)生刺鼻氣味，此氣味可提醒工作人員設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)了異常，仔細(xì)查找怪味發(fā)生源即可排除故障。

（4）“摸”是用手與一些易出現(xiàn)故障的元器件相接觸，發(fā)現(xiàn)并排除故障?！懊币蠊ぷ魅藛T在平時(shí)工作中要有一定的經(jīng)驗(yàn)，不可隨便亂動(dòng)，尤其是溫度或電壓較高的地方，防止傷害人身或者影響設(shè)備安全運(yùn)行。

4.2 分級(jí)壓縮測(cè)試法

分級(jí)壓縮測(cè)試法一般被應(yīng)用于范圍并不明確的故障問(wèn)題診斷中，然后再逐級(jí)測(cè)試，縮小故障查找范圍。由于設(shè)備故障類(lèi)型不同，因此分級(jí)壓縮測(cè)試法也有一定的區(qū)別，常見(jiàn)的有中分測(cè)阻法、中分測(cè)壓法等。這些方法都離不開(kāi)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法。靜態(tài)法用測(cè)阻法，檢查電路是否正常，最后把故障壓縮到點(diǎn)。動(dòng)態(tài)法通過(guò)設(shè)備工作時(shí)檢測(cè)相關(guān)電路的電壓、波形是否正常來(lái)壓縮故障范圍。這兩種檢修方法都是通過(guò)采用分段壓縮方法來(lái)提高檢修速度的。在分段壓縮法的實(shí)際應(yīng)用中，需要對(duì)電流值、電壓值進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)波形進(jìn)行分析，進(jìn)而判斷電路是否出現(xiàn)異常。一般的重要工作點(diǎn)有交流電源輸入端、整流器的輸入和輸出端、逆變器的輸入和輸出端、大功率開(kāi)關(guān)器件及各印刷電路的工作電源等，其次是各控制電路中的有關(guān)電壓點(diǎn)、波形點(diǎn)。將測(cè)試情況與正常值比較，就可分析故障的范圍。

4.3 其他特殊方法

對(duì)于某些特殊故障現(xiàn)象或故障點(diǎn)，普通的方法較難排除，可利用特殊方法進(jìn)行檢查壓縮。例如，冷焊、虛焊、觸電的磨損、氧化、銹蝕等引起的接觸不良，會(huì)造成UPS設(shè)備運(yùn)行時(shí)好時(shí)壞。對(duì)于這種故障一般采用敲擊振動(dòng)法來(lái)檢查，需要注意的是，敲擊振動(dòng)不可過(guò)重，只能適度敲擊，并且不可以使用金屬物體敲擊，防止刮痕或引起短路。

溫度升高會(huì)導(dǎo)致UPS的運(yùn)行出現(xiàn)故障，對(duì)此，可以停機(jī)一段時(shí)間，然后當(dāng)溫度降低時(shí)重新開(kāi)機(jī)，設(shè)備即可重新工作。但是，隨著溫度的升高，還會(huì)產(chǎn)生其他故障問(wèn)題，對(duì)此，可以采用局部加熱法，對(duì)有疑問(wèn)的位置加熱使其升溫，熱源可以采用熱吹風(fēng)或者安全加熱體。如果在局部加熱時(shí)，設(shè)備出現(xiàn)故障問(wèn)題，則說(shuō)明故障部位在加熱區(qū)。

5 UPS電源供電系統(tǒng)維護(hù)要點(diǎn)

5.1 主機(jī)的維護(hù)及注意事項(xiàng)

一般UPS的主機(jī)是智能型的，要保持機(jī)房環(huán)境的溫度、濕度適中，室內(nèi)衛(wèi)生要保持清潔，避免灰塵預(yù)潮濕引起主機(jī)控制計(jì)算機(jī)板工作紊亂；主機(jī)中的參數(shù)在使用中不能隨意改變；更不要讓UPS電源長(zhǎng)時(shí)間處于滿載或經(jīng)常超載。

5.2 蓄電池的維護(hù)及注意事項(xiàng)

現(xiàn)在使用的大都是免維護(hù)蓄電池，但從延長(zhǎng)其使用壽命來(lái)說(shuō)，定期進(jìn)行維護(hù)還是很有必要的。自放電效應(yīng)是蓄電池的一個(gè)共同特點(diǎn)，當(dāng)其處于30℃環(huán)境中，一般的蓄電池在存放8個(gè)月之后，電量會(huì)消失一半，因此，如果是新購(gòu)買(mǎi)使用的UPS蓄電池，在初次使用時(shí)，要進(jìn)行初充電，并且要持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。蓄電池的初充電電流應(yīng)按0.1C（蓄電池充電電流一般以C來(lái)表示，C的實(shí)際值與蓄電池容量有關(guān)）來(lái)充電。在放電終了后可對(duì)蓄電池進(jìn)行再充電，這成為正常充電。鉛酸蓄電池的放電產(chǎn)物是硫酸鉛，若不及時(shí)轉(zhuǎn)化掉，會(huì)使蓄電池處于充電不足狀態(tài)，從而降低蓄電池放電容量和縮短蓄電池使用壽命。因此，必須使蓄電池組處于充足電狀態(tài)，對(duì)不同情況，可分浮充充電、均衡充電和脈沖充電。要避免蓄電池大電流充放電，否則會(huì)造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質(zhì)脫落，內(nèi)阻增大，容量下降，壽命縮短。另外，不可接入空調(diào)、外來(lái)臨時(shí)施工設(shè)備等高耗電負(fù)載。另外，一定不能把不同容量、不同廠家、不同性能的電池串聯(lián)在一起，否則會(huì)影響整組蓄電池的性能。同時(shí)要定期做好UPS負(fù)載率和蓄電池的檢查、測(cè)量，并做好記錄，建立檔案。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，UPS電源供電系統(tǒng)應(yīng)用范圍比較廣泛，但是溫度升高、元器件變形、外物因素影響等都會(huì)造成UPS電源供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障。對(duì)于故障問(wèn)題，必須進(jìn)行仔細(xì)觀察，采用合適的檢測(cè)方法進(jìn)行故障排查。在UPS電源供電系統(tǒng)的日常使用過(guò)程中，也應(yīng)該加強(qiáng)維護(hù)和管理，這樣才能使UPS電源處于高效工作狀態(tài)。

[1]梅建瓊.UPS電源的應(yīng)用及故障處理措施[J].北京電力高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，29（09）：36～37.

[2]李考明.UPS 電源系統(tǒng)的維護(hù)與管理[J].通信電源技術(shù)，2011，28（1）：69～70.

[3]史松梅，卞伏虎.UPS裝置存在的問(wèn)題分析[J].電力安全技術(shù)，2011，13（4）：56～57.

TN86

A

1004-7344（2016）31-0103-02

2016-9-19

彭若塵（1981-），男，助理工程師，本科，主要從事空管電力維護(hù)工作。