UPS電池組選型配置與維護(hù)措施探索

張虎

摘 要：伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及電力自動(dòng)化水平的不斷提升，UPS電源系統(tǒng)在企業(yè)電源供電系統(tǒng)中應(yīng)用逐漸趨于廣泛。對此，文章在對于UPS電源系統(tǒng)詳盡分析的基礎(chǔ)上，對于UPS電源的選型與配置進(jìn)行了介紹，并對于UPS延長使用壽命的維護(hù)技術(shù)與措施進(jìn)行深入研究，以提升UPS電源實(shí)際應(yīng)用性能。

關(guān)鍵詞：UPS電源；選型；維護(hù)；措施

1 UPS作用

UPS電源系統(tǒng)涵蓋了整流、儲(chǔ)能、變換以及開關(guān)控制等子系統(tǒng)。其中，整流系統(tǒng)完成交流電與直流電間的轉(zhuǎn)換，儲(chǔ)能系統(tǒng)用于UPS電源系統(tǒng)的儲(chǔ)能，實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)換。變換系統(tǒng)包括逆變橋與控制濾波電路等，用于將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，開關(guān)轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)換型與并機(jī)型兩大類，是一類可控硅的無觸點(diǎn)開關(guān)。

2 UPS的選型與配置

2.1 產(chǎn)品類型

UPS電源系統(tǒng)的發(fā)展歷經(jīng)兩大階段，分別是旋轉(zhuǎn)式UPS電源系統(tǒng)以及靜態(tài)變換式UPS電源系統(tǒng)，早期的旋轉(zhuǎn)式UPS電源系統(tǒng)已無法適應(yīng)現(xiàn)階段高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展需求，同時(shí)，伴隨電力電子技術(shù)的發(fā)展，靜態(tài)變換式UPS電源系統(tǒng)逐漸得到廣泛應(yīng)用。靜態(tài)式UPS系統(tǒng)包括3大類，分別為后備式、在線式以及在線互動(dòng)式。

2.2 參數(shù)指標(biāo)

UPS的輸出參數(shù)指標(biāo)見下表所示：

UPS可實(shí)現(xiàn)單機(jī)與多機(jī)并/串聯(lián)合運(yùn)行，蓄電池最大放電電流：I=Scos？漬？字？抓i，與額定輸出功率、負(fù)載功率因數(shù)以及逆變器的效率有關(guān)。UPS多機(jī)聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，單機(jī)間可實(shí)現(xiàn)無電纜條件下的并聯(lián)均流控制，消除系統(tǒng)單點(diǎn)故障對于系統(tǒng)的影響，提升網(wǎng)絡(luò)保護(hù)水平，降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率。

2.3 配置方案

（1）集中式和分散式供電方案

集中式供電方案即單一UPS配置多個(gè)用電負(fù)載，其UPS機(jī)型體積相對較大，可實(shí)現(xiàn)較為便利的供電管理，供配電可靠性以及安全性能較高，但造價(jià)也較高；分散式供電方案即單一UPS配置單一負(fù)載，對于UPS電源項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，UPS電源配置方案應(yīng)依據(jù)具體應(yīng)用情況以及實(shí)際經(jīng)濟(jì)情況。

（2）蓄電池配置時(shí)間

對于供電相對穩(wěn)定區(qū)域，UPS系統(tǒng)蓄電池配置需耗時(shí)15min-1h；對于電網(wǎng)供電持續(xù)趨緊地區(qū)，由于電力故障頻發(fā)，供電緊張，該類UPS配置的蓄電池一般需為4-8小時(shí)的長延時(shí)系統(tǒng)。當(dāng)配置發(fā)電機(jī)供電時(shí)，UPS系統(tǒng)負(fù)載配置僅需30min-1h。

（3）可靠度設(shè)計(jì)

UPS電源系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)對于保障電源的持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)、保障用電設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)具有極為重要的作用，尤其是對于財(cái)務(wù)中心以及數(shù)據(jù)中心等重要部門的電力供應(yīng)，可靠性設(shè)計(jì)顯得尤為重要。對于此類要害負(fù)載的供電可靠性設(shè)計(jì)通常采用雙路交流市電供電外加備用發(fā)電機(jī)組、另加多臺(tái)UPS并機(jī)（或雙機(jī)串聯(lián)備份）的方式。采用雙路交流市電供應(yīng)，包括高、低壓變電站、切換開關(guān)以及UPS系統(tǒng)等，同時(shí)可采用冗余并機(jī)方式進(jìn)一步提升其供電可靠性，供電方案中，冗余并機(jī)UPS均分負(fù)荷，同程度老化，多機(jī)之間的通訊協(xié)調(diào)平衡控制由并機(jī)板完成，UPS1和UPS2并聯(lián)接入市電，并聯(lián)輸出供給同一要害負(fù)載，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠度。

3 UPS延長使用壽命的維護(hù)技術(shù)與措施

3.1 定期檢查

對于UPS電源系統(tǒng)中各單元電池的端電壓與內(nèi)阻進(jìn)行定期檢查是電源系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的保障。以12V單元電池為例，通過對于單元電池間端電壓差以及內(nèi)阻進(jìn)行定期檢查，可及時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)情況。當(dāng)端電壓差大于0.4V或內(nèi)阻大于80mΩ時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取均衡充電措施以消除端電壓不平衡。UPS電源系統(tǒng)運(yùn)行過程產(chǎn)生的單元電池特性不均衡難以通過充電回路消除，需及時(shí)進(jìn)行脫機(jī)均衡處理。

3.2 減少深度放電

電池系統(tǒng)的運(yùn)行壽命與放電深度密切相關(guān)，在市電中斷情況下，用電負(fù)載較小時(shí)，蓄電池可供使用容量與額定容量的比值越大，電池被放電的深度就比較深。實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)防止電池組的深度放電，從而延長電池組的使用壽命。

3.3 重新浮充

當(dāng)UPS電源停機(jī)10d以上后重新開機(jī)使用時(shí)，由于電源長期處于無放電狀態(tài)，會(huì)造成電池內(nèi)阻不斷增大，導(dǎo)致蓄電池失效報(bào)廢。對于此類情況的處理需在不加負(fù)載條件下啟動(dòng)UPS電源，以利用機(jī)內(nèi)的充電回路重新對蓄電池浮充10-12h以上再帶載運(yùn)行。在室溫條件下，電池存放一個(gè)月后可用容量降至其額定容量的97%，并隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長進(jìn)一步降低，因此，需每隔2-3月進(jìn)行放電操作，負(fù)載約為額定輸出的30%。

3.4 利用供電高峰充電

為防止UPS電源長時(shí)間供電不足引起的損壞，需充分利用供電高峰進(jìn)行電源的充電操作，較適用于市電供應(yīng)長期處于低電壓狀態(tài)，且用電緊張的區(qū)域。利用供電高峰充電可保障充分充電，在深度放電后，再充電至額定容量的90%需要10-12h。

3.5 注意充電器的選用

除后備式外，目前UPS充電器的功能大多都是通過整流器完成，工頻UPS整流器都是可控硅構(gòu)成的橋式電路，而其控制電路和驅(qū)動(dòng)電路都能保障完善的充電和保護(hù)功能，并且現(xiàn)在的控制策略都會(huì)對充電有專門的優(yōu)化。UPS電源充電器的選用需注意不可采用不具備穩(wěn)壓恒流功能的充電器件進(jìn)行充電。此類充電器會(huì)造成惡劣的充電環(huán)境，使蓄電池同時(shí)處于瞬時(shí)過流以及過壓充電狀態(tài)，因而對于蓄電池造成損壞，使得蓄電池的容量逐漸下降，甚至導(dǎo)致電池的失效報(bào)廢。在蓄電池充電器的選用上應(yīng)注意盡量選用兼具恒流以及恒壓調(diào)控的充電器，且在在恒壓截止型充電回路中，應(yīng)注意調(diào)控電池電壓過低保護(hù)至合適位置以免過流充電的產(chǎn)生。

3.6 注意環(huán)境因素的影響

同時(shí)，由于電池容量與環(huán)境溫度條件相關(guān)性較大，電池環(huán)境溫度過高和過低都會(huì)降低其使用容量和壽命。通常電池的可用容量在室溫20℃左右為宜，溫度過高，逆變器將會(huì)停止工作并報(bào)警，同時(shí)也影響電池的壽命；溫度低于20℃，電池可用容量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，因此實(shí)際應(yīng)用過程中需保證電源的環(huán)境溫度。夏季氣溫很高，若通風(fēng)不好，造成設(shè)備散熱出現(xiàn)故障，溫度過高將導(dǎo)致逆變器停止工作，UPS電源需要安裝空調(diào)器或者通風(fēng)機(jī)來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。對UPS電源蓄電池的維護(hù)，除了日常巡檢外，每年要進(jìn)行1次充放電試驗(yàn)。

4 結(jié)束語

實(shí)際應(yīng)用過程中，需做好電池組的安全使用以及維護(hù)工作，包括定期檢測、重新浮充、減少深度放電、利用供電高峰充電、注意充電器的選用等方面，不斷提升UPS蓄電池供電質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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