淺談UPS的維護(hù)及故障分析

范 軍

內(nèi)蒙古新聞出版廣電局微波傳輸總站 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

前 言

隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電氣自動(dòng)化控制及電子信息系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，電氣電子設(shè)備的種類也越來越多。電氣電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，越來越多的控制系統(tǒng)中的重要數(shù)據(jù)、圖像和文字要由信息系統(tǒng)來處理和存儲(chǔ)，而電器電子設(shè)備都離不開可靠的電源。如果在工作中發(fā)生停電，系統(tǒng)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)和重要文件程序丟失或損壞，進(jìn)而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了避免出現(xiàn)這些情況，必須設(shè)計(jì)一種電源系統(tǒng)，能不間斷地為負(fù)載提供可靠電源，這就是被廣泛使用的UPS。

1 維護(hù)工作的重要性

UPS主備機(jī)除了日常維護(hù)之外，蓄電池的故障是UPS系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)。資料顯示，40%的故障都是由于免維護(hù)蓄電池造成的，所以在日常維護(hù)中要加強(qiáng)對(duì)蓄電池組的科學(xué)保養(yǎng)和管理。

蓄電池組日?？茖W(xué)維護(hù)保養(yǎng)的最終目的是監(jiān)測(cè)和保證蓄電池組有良好工作狀態(tài)，并能及時(shí)處理針對(duì)單體電池電壓不足或有劣化的蓄電池單元進(jìn)行有效的維護(hù)預(yù)警。如事故發(fā)生之前，預(yù)知蓄電池組的運(yùn)行狀態(tài)，能確保蓄電池組發(fā)揮后備供電時(shí)間最大值。

在日常維護(hù)中，為了解讀掌握UPS電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)是否正常，要了解UPS電源系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的重要參數(shù)值：如市電、旁路的輸入電壓、輸出負(fù)載電壓、電流、頻率讀數(shù)、功率器件溫度、機(jī)體內(nèi)部溫度、整流器、逆變器的工作溫度、蓄電池逆變的放電電壓參考值、蓄電池充電電壓電流、蓄電池放電的容量參考值、放電后備時(shí)間、故障記錄（部位、時(shí)間）等參數(shù)資料，有條件的地方需具備UPS系統(tǒng)監(jiān)控軟件，對(duì)UPS系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將每天的運(yùn)行狀況及時(shí)打印記錄在案，方便比對(duì)查閱。

1.1 預(yù)防性維護(hù)

UPS在日常工作情況下，維護(hù)的內(nèi)容不多，主要是保持環(huán)境清潔，注意室溫和定期防塵。在北方，夏季氣候干燥少雨，空氣中的粉塵灰塵居多，機(jī)體內(nèi)部的風(fēng)扇會(huì)將塵埃帶入內(nèi)部沉積，當(dāng)遇到多雨潮濕的時(shí)候會(huì)引起系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)故障，造成UPS系統(tǒng)工作狀態(tài)不穩(wěn)定，并可能發(fā)生不準(zhǔn)確誤報(bào)警，灰塵量到一定程度還會(huì)造成系統(tǒng)元器件散熱不理想。UPS系統(tǒng)內(nèi)部器件還需要周期性的檢查，包括易損器件，如防雷器、風(fēng)扇，定期檢查防雷器指示狀態(tài)，是否失效，接觸是否良好。檢查風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，對(duì)于氣溫高的地區(qū)尤為重要。周期性檢測(cè)電池組的電壓，發(fā)現(xiàn)有劣化跡象的單體電池和年限長(zhǎng)、電壓不足的情況，必要時(shí)需及時(shí)更換。

1.2 環(huán)境狀態(tài)

查看UPS室空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)情況，體感溫度是否較高，檢查內(nèi)部溫度，如果臨界40℃需要立即解決。

檢查機(jī)房濕度，查看儀表指示，如果超過90%，應(yīng)及時(shí)采用專用工具進(jìn)行抽濕。

查看UPS室是否有漏水、電氣性能是否異常，包括照明、空調(diào)及落塵等情況，如果有安全因素存在，應(yīng)及時(shí)處理。

1.3 定期檢查

1.3.1 周檢

查看UPS主機(jī)控制面板：確認(rèn)指示燈正常，顯示的所有參數(shù)及歷史記錄，重點(diǎn)關(guān)注系統(tǒng)狀態(tài)指示有無異常；留意環(huán)境和機(jī)體內(nèi)部有無異味及異常噪聲；檢查溫度濕度及主備風(fēng)扇是否運(yùn)行正常。

1.3.2 季檢

首先進(jìn)行周期檢測(cè)內(nèi)容，完畢后，開始測(cè)量蓄電池組浮充電壓和電流參數(shù)做記錄并和歷史值作對(duì)比，查看蓄電池放電在一定時(shí)間內(nèi)的電壓有無異常波動(dòng)。記錄市電及旁路輸入電壓和電流值，記錄輸出負(fù)載電壓及各相電流，并同歷史參數(shù)值進(jìn)行比較。

1.3.3 年檢

首先進(jìn)行周、季檢測(cè)內(nèi)容，完畢后，測(cè)試將維修空開閉合轉(zhuǎn)至維修旁路供電，斷開UPS主機(jī)的主電源輸入開關(guān)和蓄電池開關(guān)，確認(rèn)所有輸入輸出連接端都沒有電壓后，打開機(jī)體內(nèi)部蓋板，觀察UPS主機(jī)內(nèi)部各元器件。需要留意以下幾個(gè)部分：磁性元件檢查是否有過溫痕跡及裂痕，連接處是否松動(dòng)虛接，纜線及連接線端是否有脫落老化、磨損和過溫跡象，查看電路板接口穩(wěn)固情況及整體清潔度和完整性是否良好。必要時(shí)建議使用專用工具吸走表面浮塵雜質(zhì)和外部碎屑。

按照開機(jī)規(guī)程重啟UPS主機(jī)的輸入電源，觀察開機(jī)狀態(tài)有無異常。如果要測(cè)試蓄電池性能，可以斷開主電源開關(guān)，查看蓄電池后備時(shí)間電壓，對(duì)蓄電池組每15分鐘的放電后備電壓時(shí)間記錄在案。需要注意，蓄電池組放電下限電壓為≥365V，需有專人密切關(guān)注電池組放電狀態(tài)，當(dāng)電壓到達(dá)放電臨界時(shí)電池接觸端將會(huì)斷開，電源將轉(zhuǎn)為旁路模式。

1.4 浮充和均充

保持日常性維護(hù)保養(yǎng)可持續(xù)延長(zhǎng)UPS的使用壽命和性能，針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間處于只浮充電不放電狀態(tài)的UPS（在市電很穩(wěn)定的情況下），蓄電池組沒有機(jī)會(huì)釋放性能，會(huì)造成長(zhǎng)期浮充而劣化損壞，內(nèi)部的電解液能量就會(huì)流失耗盡。為了能提高蓄電池組的使用最大化，應(yīng)該每季度人為的關(guān)斷主輸入電源，使蓄電池組進(jìn)入放電模式，從而來激活蓄電池組的性能。同時(shí)，放電后要及時(shí)有效的進(jìn)行蓄電池組的連續(xù)充電，避免由于過放電而引發(fā)的事故。反之，如果市電中斷（停電）頻率較多，隨著使用時(shí)間的逐步增加，會(huì)有一部分單體電池的電導(dǎo)特性會(huì)逐漸下降，進(jìn)入劣化狀態(tài)。這種趨勢(shì)在部分在線式UPS電源中尤為突出。如圖1所示。

圖1 UPS工作原理框圖

2 UPS的故障分析

UPS作為不可缺少的供電保護(hù)系統(tǒng)，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，但由于使用人員不注重對(duì)UPS的管理維護(hù)，使其使用壽命縮短，故障率增高，直接影響了UPS性能的發(fā)揮。

2.1 故障操作步驟

UPS出現(xiàn)故障后，在實(shí)施操作之前，首先記錄拍照控制面板的指示，并查看歷史記錄顯示、指示燈狀態(tài)和UPS各功能開關(guān)所在位置。

記錄完畢后，檢查不正常的指示燈并查看系統(tǒng)報(bào)警狀態(tài)，以確定故障情況。

確定故障類型后，將結(jié)果匯報(bào)領(lǐng)導(dǎo)并報(bào)送技術(shù)維修人員。

2.2 后備式UPS故障分析

2.2.1 故障一：UPS開機(jī)后無輸出，指示燈不亮

從開機(jī)沒有任何反應(yīng)和UPS長(zhǎng)時(shí)間沒有使用這兩點(diǎn)來看，蓄電池?fù)p壞的可能性極大。

測(cè)量蓄電池電壓，只有2V多，更換蓄電池后開機(jī)恢復(fù)正常。

UPS長(zhǎng)期不使用，蓄電池長(zhǎng)期不進(jìn)行充放電，自然損壞不在少數(shù)。

2.2.2 故障二：市電中斷后，UPS蜂鳴聲持續(xù)不斷，告警指示燈亮，無輸出

蜂鳴聲持續(xù)不斷，無輸出，說明蓄電池欠壓保護(hù)電路是正常的，產(chǎn)生該故障的原因有兩方面：一是蓄電池電壓過低，二是保護(hù)電路動(dòng)作。

檢查并測(cè)量蓄電池電壓，發(fā)現(xiàn)在不開機(jī)的情況下約為12V，基本正常。在表筆不松開的情況下，按下開機(jī)鍵，發(fā)現(xiàn)電壓立即下降到6V左右，隨著蜂鳴聲響，電壓逐漸恢復(fù)到12V?？梢哉J(rèn)定，蓄電池電力不足。

用一塊電力充足的蓄電池替換原電池試機(jī)，開機(jī)后，輸出正常。由此證明故障是由于蓄電池電壓過低引起。

更換蓄電池，故障排除。在電力不穩(wěn)定的地區(qū)，蓄電池經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用后，損壞的現(xiàn)象很多。

2.2.3 故障三：交流市電正常，開機(jī)后，UPS蜂鳴器長(zhǎng)時(shí)間間斷鳴叫，告警指示燈閃爍

蜂鳴器長(zhǎng)時(shí)間間斷鳴叫，說明控制電路工作正常。但UPS不能轉(zhuǎn)換至交流輸出工作狀態(tài)，考慮原因是電路沒有檢測(cè)到有交流市電輸入或檢測(cè)電路發(fā)生故障。

首先檢查交流輸入檢測(cè)電壓的整流輸出端電壓，結(jié)果測(cè)得電壓為0，這說明確實(shí)沒有交流輸入。斷電后，檢查電阻發(fā)現(xiàn)不通。

更換電阻，試機(jī)后，工作正常，故障排除。在電路中，高值電阻發(fā)生開路性損壞是常見的一種故障。

2.3 在線式UPS故障分析

2.3.1 故障一：在市電正常時(shí)，UPS能向負(fù)載供電，市電停電時(shí)無輸出

市電正常時(shí)，能輸出，表明UPS基本正常。在停電后沒有輸出，其原因可能是蓄電池電壓不足或完全沒有電壓。由于蓄電池長(zhǎng)期不使用，可能是蓄電池本身自然損壞。

試用3塊12V蓄電池串聯(lián)，接入U(xiǎn)PS試機(jī)，輸出狀態(tài)良好。

2.3.2 故障二：UPS開機(jī)后，面板上無任何顯示，UPS不工作

從故障現(xiàn)象判斷，其故障在市電輸入、蓄電池及市電檢測(cè)部分及蓄電池電壓檢測(cè)回路，檢查市電輸入保險(xiǎn)絲是否燒毀；若市電輸入保險(xiǎn)絲完好，檢查蓄電池保險(xiǎn)是否燒毀，因?yàn)槟承︰PS當(dāng)自檢不到蓄電池電壓時(shí)，會(huì)將UPS的所有輸出及顯示關(guān)閉；若蓄電池保險(xiǎn)完好，檢查市電檢測(cè)電路工作是否正常，若市電檢測(cè)電路工作不正常且UPS不具備無市電啟動(dòng)功能時(shí)，UPS同樣會(huì)關(guān)閉所有輸出及顯示。

若檢測(cè)電路工作正常，再檢查蓄電池電壓檢測(cè)電路是否正常。

2.3.3 故障三：當(dāng)市電中斷時(shí)UPS立即自動(dòng)關(guān)機(jī)

出現(xiàn)這種故障絕大部分是因?yàn)殡姵亟M不能持續(xù)對(duì)負(fù)載供電，進(jìn)而造成電源斷開，原因極有可能是蓄電池劣化失效或性能嚴(yán)重下降導(dǎo)致，只要將性能不好的電池更換后就可以恢復(fù)正常。

由于在線式UPS電源的工作原理是先給蓄電池充電，之后再由逆變器將電池的能量逆變成交流（即交直流轉(zhuǎn)換在逆變成交流電的過程），在轉(zhuǎn)化過程中有部分能量將被損耗掉。所以在線式UPS的電源效率較低，一般在90%以下。但優(yōu)點(diǎn)在于它的零轉(zhuǎn)換時(shí)間以及高質(zhì)量的電壓輸出，因此，在線式UPS電源更加適合比較關(guān)鍵性的應(yīng)用場(chǎng)所。