論UPS的基礎(chǔ)配置與維護(hù)保養(yǎng)

付廣榮

摘 要：不間斷供電系統(tǒng)UPS（Uninterruptible Power System）作為保護(hù)設(shè)備或者數(shù)據(jù)的最后一道屏障，越來越受到用戶的關(guān)注與重視，尤其是精密儀器較多的場(chǎng)所或者大型數(shù)據(jù)交互中心，人們對(duì)UPS的需求越來越高，在數(shù)量、質(zhì)量、性能等方面都有了具體的要求。因此UPS在其物理結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)配置、電池后備時(shí)間、維護(hù)保養(yǎng)以及故障的響應(yīng)時(shí)間等方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步與發(fā)展，以滿足當(dāng)前時(shí)代發(fā)展的需要。

關(guān)鍵詞：UPS（Uninterruptible Power System）；物理結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)配置；電池；后備時(shí)間

中圖分類號(hào)：TL503.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）30-0173-02

1 UPS結(jié)構(gòu)、分類、原理與作用

UPS電源系統(tǒng)主要主路、自動(dòng)旁路、手動(dòng)維護(hù)旁路、電池組、進(jìn)行AC/DC（交流/直流）變換的整流器、進(jìn)行DC/AC（直流/交流）變換的逆變器等幾大主要部分構(gòu)成。其分類按結(jié)構(gòu)可分為直流UPS與交流UPS；按備用時(shí)間可分為標(biāo)準(zhǔn)型與長(zhǎng)效型；按工作原理可分為后備式、在線互動(dòng)式、在線式三種類型……目前市面上容量大于3kV以上的UPS基本上是在線式（圖1）。

從圖1可以看出UPS工作的原理可以簡(jiǎn)單的表述為：當(dāng)市電輸入正常時(shí)，電源會(huì)經(jīng)過整流器、逆變器從而使輸出端獲得優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的電源提供負(fù)載側(cè)使用；當(dāng)整流器發(fā)生故障時(shí)，先由電池組放電經(jīng)逆變器供負(fù)載使用，而當(dāng)放電完畢或者逆變器亦發(fā)生故障時(shí)，此時(shí)會(huì)切換至自動(dòng)旁路進(jìn)行供電，此時(shí)負(fù)載側(cè)的電源是由市電直接供應(yīng)，與經(jīng)主路的電源質(zhì)量相較會(huì)差一些；當(dāng)自動(dòng)旁路失效時(shí)或者該UPS需要進(jìn)行停機(jī)檢修時(shí)，我們需切換至手動(dòng)維護(hù)旁路進(jìn)行工作。從UPS的工作原理可以得出其主要的兩點(diǎn)作用：（1）當(dāng)市電穩(wěn)定時(shí)，UPS作為穩(wěn)定器為負(fù)載側(cè)提供穩(wěn)頻、穩(wěn)壓、純凈的電源；（2）當(dāng)市電異常時(shí)，由電池組為負(fù)載進(jìn)行供電，因此電池組可近似等效于一臺(tái)發(fā)電機(jī)。

2 選型與配置

UPS選型根據(jù)其原理我們一般選擇在線式UPS作為我們的首選，這是考慮到UPS后續(xù)如何配置、對(duì)終端設(shè)備的穩(wěn)定度以及對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)作用等因素。那么選擇在線式UPS的好處有哪些呢？首先在線式UPS的逆變器始終處于工作狀態(tài)，保證了當(dāng)市電失效時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換至電池組工作保證后續(xù)負(fù)載不斷電；其次由于有整流器、逆變器的作用，當(dāng)市電出現(xiàn)欠壓、過壓、諧波干擾等不可控因素時(shí)也能為負(fù)載提供穩(wěn)頻、穩(wěn)壓、無(wú)干擾的交流電，最大限度的保證了負(fù)載不受影響；再次在線式UPS可與外加電池組和優(yōu)質(zhì)發(fā)電機(jī)組聯(lián)合工作，使得UPS成為長(zhǎng)時(shí)間不間斷供電電源。根據(jù)在線式UPS的工作特性以及用戶的實(shí)際需求出發(fā)，用戶可以根據(jù)設(shè)備的重要性及實(shí)際需求對(duì)UPS進(jìn)行有效的配置，目前較為主流的配置方式有單旁路系統(tǒng)、雙旁路系統(tǒng)、UPS+柴油發(fā)電機(jī)（組）、1+1冗余并機(jī)系統(tǒng)、N+1冗余并機(jī)系統(tǒng)等，以目前使用最為普遍且可靠度較高的1+1冗余并機(jī)系統(tǒng)為例（圖2）。

從圖2中我們可以很清楚的了解到1+1冗余并機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：首先，它的主選電源與備選電源可以通過前級(jí)的ATS進(jìn)行選擇后輸入，因?yàn)锳TS的作用是可以選擇一路可靠的市電作為主選電源，另一路市電或者柴油發(fā)電機(jī)組可作為備用電源使用；其次，它的主路與旁路（靜態(tài)旁路與手動(dòng)維修旁路）的電源輸入是獨(dú)立的，當(dāng)主路電源輸入故障時(shí)，不會(huì)影響到旁路模式工作；再次，它的輸出是冗余模式，當(dāng)其中一臺(tái)UPS發(fā)生故障時(shí)，所有負(fù)載設(shè)備會(huì)自動(dòng)加載到另一臺(tái)UPS上，由工作正常的UPS進(jìn)行電源供應(yīng)，以保持負(fù)載可以得到持續(xù)的純凈的交流電；最后所引入的UPS是雙旁路結(jié)構(gòu)，即使整流器、逆變器故障而導(dǎo)致UPS設(shè)備不能正常工作，也可切換至手動(dòng)維護(hù)旁路狀態(tài)，以保證負(fù)載優(yōu)先得到市電保障。

3 電池配置

從第一部分的介紹中我們得知UPS本身不具備不間斷供電的作用，在市電正常的情況下它只是一臺(tái)穩(wěn)定器，而它只有與外加電池組聯(lián)合工作才能成為不間斷供電系統(tǒng)，因此如何對(duì)電池組進(jìn)行有效配置是發(fā)揮UPS作用的關(guān)鍵工作。圖3是一個(gè)計(jì)算電池容量的一個(gè)簡(jiǎn)要公式。

從圖3中的公式，很容易的計(jì)算出電池的放電時(shí)間即電池組的后備時(shí)間，而具體的后備時(shí)間則根據(jù)不同的場(chǎng)合進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)，其中還要涉及購(gòu)買的電池的成本、電池放置的場(chǎng)所以及電池的更換等一系列后續(xù)工作等等，一般重要場(chǎng)所電池的后備時(shí)間以0.5h-4h為宜。

4 維護(hù)

UPS如此重要，因此對(duì)它的維護(hù)保養(yǎng)工作是必不可少的，首先，它需要在適宜的溫濕度環(huán)境下工作，一般溫度在0℃-35℃之間，推薦溫度為25℃，濕度在0%-95%之間；其次，需要定期對(duì)設(shè)備主機(jī)進(jìn)行巡檢，這部分工作可由廠家或者設(shè)備代理商完成，使用專用軟件對(duì)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備部件的運(yùn)行情況、歷史數(shù)據(jù)等等加以分析確保設(shè)備始終處在最優(yōu)的工作狀態(tài)之中；再次，要對(duì)電池組進(jìn)行定期放電維護(hù)，因?yàn)閁PS電池組始終處于浮充狀態(tài)之下，而微放電會(huì)對(duì)電池的性能造成影響，最終導(dǎo)致電池的使用壽命縮短，因此有條件的地方可每3個(gè)月對(duì)電池組進(jìn)行一次深度放電維護(hù)，查看電池的放電速率，測(cè)量每一節(jié)電池的電壓、內(nèi)阻、溫度等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)某節(jié)電池的性能出現(xiàn)下降時(shí)，要做電池活化或者更換該節(jié)電池，以免造成整組電池性能的下降；最后，我們可以對(duì)UPS的主機(jī)與電池組采取監(jiān)控，在專用的監(jiān)控軟件下實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前的設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)，同時(shí)在每一次維護(hù)時(shí)可以將歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以保證每一次的維護(hù)工作達(dá)到最優(yōu)。

5 結(jié)束語(yǔ)

UPS的地位隨著設(shè)備的不斷發(fā)展而提高，當(dāng)前UPS的結(jié)構(gòu)、性能與配置也到了一個(gè)比較成熟的階段，因此如何提高用戶的使用滿意度是我們作為服務(wù)人員所要思考的。只有將維護(hù)工作做到位，故障響應(yīng)時(shí)間最短，維修準(zhǔn)確、及時(shí)、到位，這樣才能將UPS的性能發(fā)揮到極致，也才能滿足不斷增長(zhǎng)的需求。

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