UPS電源在博物館安防供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用與維護(hù)

摘要：隨著現(xiàn)代科技和文博事業(yè)的蓬勃發(fā)展，各類新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷運用到博物館安防系統(tǒng)中來，而有效的供配電是安防系統(tǒng)設(shè)備正常運行的基礎(chǔ)，也是保障博物館文物安全和人身財產(chǎn)安全的重要支撐;本文主要介紹了廣西民族博物館UPS電源設(shè)備的選型、基本組成和工作原理，并就UPS電源使用過程中注意事項及日常維護(hù)進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：博物館;UPS電源;安防供配電;應(yīng)用

一、引言

廣西民族博物館是以收藏、研究和展示廣西12個世居民族的傳統(tǒng)文化為主要工作任務(wù)，同時兼顧對國內(nèi)其他省份及世界各民族的文化研究、文物資料收藏和宣傳展示的省級專題民族博物館。為確保館藏文物安全，廣西民族博物館建成了一套較為完備的安全防范系統(tǒng)，主要包括有視頻監(jiān)控系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、電子巡更系統(tǒng)、對講系統(tǒng)、安防集成管理系統(tǒng)以及安防配電系統(tǒng)等。

根據(jù)GB50348-2018《安全防范工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[1]和GB/T 15408-2011《安全防范系統(tǒng)供電技術(shù)要求》[2]以及GB 51348-2019《民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[3]相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及要求，高風(fēng)險等級單位或部位宜配置備用電源。安全防范系統(tǒng)的主電源斷電后，備用電源應(yīng)在規(guī)定的應(yīng)急供電時間內(nèi)，保持系統(tǒng)狀態(tài)，記錄系統(tǒng)狀態(tài)信息，并向安全防范系統(tǒng)特定設(shè)備發(fā)出報警信息，其中視頻監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的應(yīng)急供電時間不宜小于1小時;入侵和緊急報警系統(tǒng)的應(yīng)急供電時間不宜小于8小時。

二、UPS電源在博物館安防供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用與維護(hù)

2.1什么是UPS電源

UPS（Uninterruptible Power System），即不間斷電源。UPS電源的作用是在市電出現(xiàn)異?；蛑袛鄷r，將其蓄電池中的直流電能變換為交流電能繼續(xù)給負(fù)載供電，避免或減少停電造成的損失。目前市場上銷售的UPS電源品牌型號和系統(tǒng)容量雖有所不同，但其工作原理和主要功能基本上是一樣的。

（一）UPS電源基本組成

UPS電源主要由蓄電池組、整流模塊（REC）和逆變模塊（INV）組成的AC-DC-AC變換主回路、兩組反向并聯(lián)的可控硅組成的旁路靜態(tài)開關(guān)、輸出隔離變壓器和靜態(tài)開關(guān)、維修旁路空開Q3BP以及輸入/輸出空開Q1/Q5等組成，如圖1所示。

CPTH系列UPS電源基本工作方式是主路交流電源從空氣斷路器Q1輸入，通過AC/DC變換，一路給并接在直流母線上的蓄電池組進(jìn)行浮充充電;另一路向逆變模塊提供可靠的輸入直流電，通過DC/AC變換，為負(fù)載提供高質(zhì)量、高可靠電源。UPS系統(tǒng)用實時處理和全數(shù)字控制技術(shù)，從主回路靜態(tài)開關(guān)輸出穩(wěn)定、潔凈、不間斷的交流電源。輸入電源也可以從包含有靜態(tài)開關(guān)的旁路回路向負(fù)載供電。另外，在要求負(fù)載電源不停電而對UPS內(nèi)部進(jìn)行維修時，可使用維修旁路開關(guān)Q3BP。[4]

（二）UPS電源分類

UPS電源按其工作原理分類，可分為在線式、在線互動式和后備式三種類型。

a.在線式UPS

運行原理：在市電正常時，市電通過濾波整流，并將交流電轉(zhuǎn)換為平常直流電后分兩路，一路進(jìn)入充電器對蓄電池進(jìn)行充電，另一路供給逆變器，由逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電供負(fù)載使用。

b.在線互動式UPS

運行原理：在市電正常時，由市電向負(fù)載供電;當(dāng)市電偏高或偏低時，通過UPS穩(wěn)壓后輸出;當(dāng)市電異?；蛲ｋ姇r，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)為蓄電池供電。

c.后備式PUS

運行原理：在市電正常時，由市電通過濾波穩(wěn)壓后給負(fù)載供電;當(dāng)市電停電或者超出工作范圍時，將蓄電池的提供的直流電轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的交流電后供電給負(fù)載。

（三）UPS電源工作模式

UPS電源在市電正常與中斷的情況下有四種不同的工作模式，具體如下：

a.正常運行模式

當(dāng)市電正常供電時，UPS電源將市電交流電轉(zhuǎn)換成平滑的直流電，對蓄電池組進(jìn)行充電，以備市電中斷時使用。而當(dāng)市電電壓過高、過低或者頻率不能保持在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)時，UPS電源可以將其穩(wěn)定在偏差較小的電壓值和頻率，為負(fù)載提供穩(wěn)定且干凈的電力。

b.電池工作模式

當(dāng)市電發(fā)生中斷時，交流電的輸入被切斷，UPS電源整流器不再工作，這時蓄電池組開始放電，逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，繼續(xù)給負(fù)載提供電力。因UPS電源的電力來源是蓄電池，而且蓄電池的容量也是有限的，若要延長放電時間，則須購買長延時UPS電源。當(dāng)市電恢復(fù)后，UPS電源自動無間斷地切換到正常工作模式。

c.旁路運行模式

當(dāng)在線式UPS電源遭遇超載、旁路命令（手動或自動）、逆變器過熱或機器故障時，UPS電源自動無間斷切換到靜態(tài)旁路電源給負(fù)載提供電力。如UPS電源過載時，必須人為減少負(fù)載，否則旁路短路器會自動切斷輸出。

d.旁路維護(hù)模式

當(dāng)UPS電源需要進(jìn)行檢修且輸出不能中斷時，通過手動閉合維修開關(guān)，將負(fù)載轉(zhuǎn)由旁路直接供電，以保證負(fù)載設(shè)備正常供電維護(hù)。當(dāng)檢修完成后，重新啟動UPS電源，此時UPS電源轉(zhuǎn)為正常運行。

2.2 UPS電源使用和維護(hù)注意事項

UPS電源因其主機智能化程度高，雖然采用免維護(hù)蓄電池，但在使用過程中還應(yīng)在諸多方面引起注意，以確保使用安全。

1）使用新安裝的UPS電源時，應(yīng)先對蓄電池組進(jìn)行充電，以保證電量充足的情況下再接入負(fù)載。若UPS電源長期不用時，應(yīng)每隔2～3個月做一次充放電，并讓UPS電源處于逆變器工作狀態(tài)下2～3分鐘，以保證蓄電池的正常壽命。

2）UPS電源開機時，應(yīng)先合上UPS電源，然后再逐個合上負(fù)載，這樣可以避免啟動時瞬間電流對UPS電源造成沖擊;關(guān)機時的順序應(yīng)與開機順序相反，先關(guān)閉各個負(fù)載，最后關(guān)閉UPS電源。

3）UPS電源在使用過程中，禁止頻繁地關(guān)閉和開啟UPS電源，中間至少要間隔6秒以上，否則UPS電源可能處于“啟動失敗”的狀態(tài)，即UPS電源處于既無市電輸出，又無逆變輸出的狀態(tài)。

4）UPS電源在使用過程中，嚴(yán)禁將電動機、復(fù)印機等感性負(fù)載接入UPS，因感性負(fù)載的啟動電流往往會達(dá)到額定電流的4～7倍，這樣會引起UPS電源瞬時超載，從而影響UPS電源的使用壽命。

5）UPS電源在使用過程中，要避免負(fù)載過大或過小，合理負(fù)載應(yīng)控制在60%～80%之間。過大的負(fù)載會讓UPS電源長期處于超負(fù)載運行狀態(tài)，從而縮短UPS電源使用壽命;如果負(fù)載過小，UPS電源長期處于不正常的工作狀態(tài)，這對于UPS電源也是一種危害。

6）在長期不發(fā)生停電的情況下，每2～3月將市電人為斷開，讓UPS電源帶負(fù)載放電一次，放出額定容量的30%～40%，以便蓄電池保持活性，有效避免電池極板酸化，使電池極板處于良好工作狀態(tài)，放電后應(yīng)及時對蓄電池組進(jìn)行充電，以延長其使用壽命。

7）定期對UPS主機進(jìn)行內(nèi)部除塵，大量灰塵容易導(dǎo)致機器內(nèi)部元器件散熱性能下降，嚴(yán)重時會造成器件短路引發(fā)機器故障。在除塵清理工作的同時做好元器件外觀檢查，及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行處理，這樣可以大大提高UPS電源的穩(wěn)定性和可靠性。

8）定期檢查蓄電池殼體有無滲漏、變形、裂紋、污跡;接線柱有無松動和腐蝕等情況。

9）定期對UPS電源進(jìn)行外觀巡視，發(fā)現(xiàn)散熱風(fēng)扇故障時應(yīng)及時進(jìn)行更換，以防止高溫對UPS電源造成損壞。

10）當(dāng)UPS電源出現(xiàn)故障時，應(yīng)先查明原因，分清是UPS系統(tǒng)還是負(fù)載，是主機還是蓄電池組。

11）UPS電源在使用過程中，每月要檢查一次浮充電壓，單只電池的浮充電壓低于V時，則應(yīng)對整組電池進(jìn)行均衡充電。

12）蓄電池的使用壽命除與設(shè)計和制造有關(guān)外，還與蓄電池的運行環(huán)境有著密切聯(lián)系，其最佳運行環(huán)境溫度應(yīng)在25℃左右，適宜的環(huán)境溫度能讓蓄電池發(fā)揮最佳潛能，相反則會影響蓄電池的使用壽命。如果在低溫下運行會使蓄電池容量下降，而在高溫下運行會使蓄電池壽命降低。

13）更換蓄電池時，應(yīng)先關(guān)閉UPS電源并脫離市電，使用帶絕緣手柄的螺絲刀，不要將工具放在蓄電池上，嚴(yán)禁將蓄電池正負(fù)極短路或反接。

2.3 UPS電源在博物館中的具體應(yīng)用

廣西民族博物館作為一級風(fēng)險單位，如何保證安防系統(tǒng)不間斷運行，其中最重要的一條就是要有持續(xù)不間斷的電力供應(yīng)。為此，廣西民族博物館在建館之初就考慮配備UPS電源以及柴油發(fā)電機。目前國內(nèi)大多數(shù)博物館也是采用UPS電源作為安防系統(tǒng)的備用電源。UPS電源作為保供電的核心，它為安防設(shè)施設(shè)備的正常運行提供了強有力的電力保障，是確保文物安全、人身財產(chǎn)安全的重要支撐。

在UPS電源類型選擇上，廣西民族博物館選擇了在線式UPS電源系統(tǒng)，這是因為在線式UPS電源具有零時間切換各類供電，自身供電時間長短可選，并具有穩(wěn)頻、穩(wěn)壓、凈化等特點。當(dāng)市電正常時，在線式UPS電源除給負(fù)載提供電力外，同時對蓄電池組進(jìn)行充電;當(dāng)監(jiān)測到UPS電源故障時，自動旁路功能啟動，由市電直接向負(fù)載提供電力，并發(fā)出聲響報警;一旦市電中斷時，由蓄電池組進(jìn)行放電供負(fù)載使用，如遇市電中斷時間過長，蓄電池組儲能即將耗盡時，將啟動柴油發(fā)電機作為輸入電源為UPS提供電力保障。

三、結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)與現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，UPS電源已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國防、通訊、金融、醫(yī)療、教育、安防等領(lǐng)域，其本身也不斷朝著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。博物館安全防范系統(tǒng)的穩(wěn)定與否，直接關(guān)系到館藏文物安全和人身財產(chǎn)安全。UPS電源是博物館安全防范系統(tǒng)設(shè)備可靠運行的重要保障，如何建立一個安全、穩(wěn)定的安防供配電系統(tǒng)是每一位文博人需共同關(guān)注的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國家市場監(jiān)督管理總局.安全防范工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].2018.

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.安全防范系統(tǒng)供電技術(shù)要求[S].2011.

[3]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國家市場監(jiān)督管理總局.民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S].2019.

[4]白朝林.不間斷電源在屏蔽門系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2013（3）.

作者簡介：楊榮，1976年8月，男，漢族，湖南澧縣人，本科，館員，研究方向：文物保護(hù)研究，工作單位：廣西民族博物館。