不間斷電源可靠性和可維護(hù)性的探究

高凱林

摘? ?要：UPS電源能夠提供持續(xù)、穩(wěn)定的電力供應(yīng)，在民航空管系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。文章研究UPS電源可靠性及可維護(hù)性，積累UPS電源應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)民航空管系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：UPS電源;可靠性;可維護(hù)性

民航空管對(duì)信息化系統(tǒng)的依賴程度逐漸增加，同時(shí)也給系統(tǒng)供電穩(wěn)定性提出了更高的要求。目前，不間斷電源成為民航空管信息系統(tǒng)的主要供能方式。為在空管信息化系統(tǒng)中合理運(yùn)用不間斷電源，需對(duì)其可靠性及可維護(hù)性進(jìn)行客觀分析。

1? ? 不間斷電源的可靠性

1.1? 不間斷電源

不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS）連通主機(jī)和蓄電池，完成直流電向市電的轉(zhuǎn)換，為信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其他電子設(shè)備提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。常規(guī)的不間斷電源系統(tǒng)涵蓋整流回路、充電回路、逆變回路、蓄電池、開關(guān)等結(jié)構(gòu)。交流電經(jīng)整流回路的處理被轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，?duì)蓄電池進(jìn)行選擇性充電，再通過逆變回路的處理轉(zhuǎn)化為脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）型正弦波電源。

1.2? 不間斷電源的可靠性

（1）在線UPS。在線UPS在運(yùn)行過程中能自動(dòng)抵消電網(wǎng)帶來的干擾，降低負(fù)荷影響。當(dāng)供電電壓相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，電網(wǎng)與其他設(shè)備之間的轉(zhuǎn)換速度提升，例如，電網(wǎng)與蓄電池之間可達(dá)到實(shí)時(shí)切換。若在供電過程中突發(fā)電壓失穩(wěn)問題，此時(shí)在線UPS就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，繼續(xù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供電。若電壓未出現(xiàn)異常波動(dòng)，則電流會(huì)被突波抑制設(shè)備處理轉(zhuǎn)換為直流電，再經(jīng)過逆變轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為交流電，供應(yīng)各類設(shè)備的用電需求。（2）后備UPS。后備UPS具備穩(wěn)定電壓的功能，可有效緩解供電電壓波動(dòng)的問題，但無法對(duì)電網(wǎng)中的干擾信號(hào)進(jìn)行抑制。若系統(tǒng)突發(fā)斷電問題或電壓下降至170 V，蓄電池以逆變器作為負(fù)載為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的交流電。當(dāng)供電電壓正常時(shí)，旁路通道中電流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姟ｉ_關(guān)轉(zhuǎn)換后，自動(dòng)進(jìn)行供電活動(dòng)，此時(shí)逆變器停止運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)約電能的目的。（3）互動(dòng)UPS?；?dòng)式UPS處于常備狀態(tài)，當(dāng)互動(dòng)UPS運(yùn)行時(shí)，所需的電流轉(zhuǎn)換時(shí)間很短，可有效提升供電電壓的可靠性。但由于互動(dòng)UPS一般使用雙向充電器，充電效果并不好，進(jìn)而導(dǎo)致UPS無法正常運(yùn)行。因此，在互動(dòng)UPS系統(tǒng)中，需安裝電力轉(zhuǎn)換器，將其設(shè)置在逆變器及充電器當(dāng)中，提升電池充電速度。斷電時(shí)，變向轉(zhuǎn)換器取代逆變器，將電池中存儲(chǔ)的電能轉(zhuǎn)化為交流電負(fù)載。

1.3? 不間斷電源可靠性提升

UPS系統(tǒng)元件、運(yùn)行條件、運(yùn)行荷載均可能影響其可靠性，需對(duì)電源選型及安裝過程作重點(diǎn)關(guān)注。以獨(dú)立運(yùn)行的UPS為例，電源型號(hào)選擇完畢后，應(yīng)確保其額定電流高于基準(zhǔn)電流30%[1]。在集中配置UPS電源中，需合理調(diào)節(jié)負(fù)載，確保三相負(fù)載平衡。定期進(jìn)行放電實(shí)驗(yàn)，檢查電池容量是否滿足供電需求，延長電池使用壽命。優(yōu)選UPS并聯(lián)供電方案，達(dá)到更高的可靠性。

2? ? 不間斷電源的可維護(hù)性

2.1? 可維護(hù)性介紹

不間斷電源的可維護(hù)性指單次故障維護(hù)的平均時(shí)間，維護(hù)用時(shí)在一定程度上決定不間斷電源的使用性能，且存在如下關(guān)系：平均維護(hù)用時(shí)與電源維修率之間呈反比例關(guān)系。在民航空管信息系統(tǒng)中，不間斷電源維護(hù)過程中發(fā)生故障占總故障數(shù)的1/10左右，表明電源可維護(hù)性與可靠性之間也存在相互影響關(guān)系。在實(shí)際工作中，出于經(jīng)濟(jì)性的考慮常將可維護(hù)性忽視，不間斷電源的可維護(hù)性越高，其在維護(hù)過程中不間斷的時(shí)長越短。

2.2? 不間斷電源的可維護(hù)性

不同階段的不間斷電源在可維護(hù)性上發(fā)生明顯的變動(dòng)。例如，第一代不間斷電源的供電原理為借助機(jī)械慣性存儲(chǔ)電能，并依靠電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等裝置進(jìn)行不間斷供電，但這種狀態(tài)維持的時(shí)間較短，且電源運(yùn)行產(chǎn)生較大的噪音。第二代不間斷電源發(fā)生故障時(shí)，需要返廠維修，運(yùn)維管理人員很難開展相關(guān)操作，因此一旦電源出現(xiàn)故障，就可能導(dǎo)致長時(shí)間無法正常運(yùn)行的情況，給民航空管工作帶來不小的影響。第三代不間斷電源為高頻模式，其可維護(hù)性得到顯著提升，平均維護(hù)時(shí)間更短，數(shù)小時(shí)內(nèi)即可完成故障維修工作。目前，相關(guān)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，各類新的元件設(shè)備不斷研發(fā)，不間斷電源可維護(hù)性研究的重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移到電源自我修復(fù)及修復(fù)時(shí)長的進(jìn)一步縮短上。第四代不間斷電源為模塊化高頻UPS，該類型的不間斷電源在可維護(hù)性上又取得新的突破，維護(hù)技術(shù)難度顯著降低。例如，容量在50 kVA之內(nèi)的小型UPS，維護(hù)人員使用模塊熱插拔技術(shù)即可自主完成電源維修、擴(kuò)容活動(dòng)，且相關(guān)活動(dòng)用時(shí)僅停留在分鐘級(jí)別。而對(duì)于容量超過200 kV的UPS，可利用模塊隔離技術(shù)，通過在線分、合模塊即可定位到故障點(diǎn)并開展維修作業(yè)，維修時(shí)間大大縮短，且其他模塊正常運(yùn)行，保證其余部分電源的可用性。

3? ? 結(jié)語

民航航班密度增加使得空管信息化系統(tǒng)承擔(dān)更高的協(xié)調(diào)、管理壓力，信息化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定與民航安全之間產(chǎn)生更大的關(guān)聯(lián)性。在信息化系統(tǒng)運(yùn)維管理及優(yōu)化升級(jí)過程中，重點(diǎn)關(guān)注不間斷電源設(shè)施的維護(hù)與更新，為系統(tǒng)正常運(yùn)行提供穩(wěn)定、連續(xù)的電源供應(yīng)，進(jìn)一步提高民航空管工作水平。

[參考文獻(xiàn)]

[1]趙鶴群.UPS電源供電可靠性相關(guān)分析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（22）：239.