中波臺不間斷電源的日常維護和檢修策略研究

馬利芬

（作者單位：湖北省廣播電視局麻城中波轉播臺）

在我國，不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS）的應用非常廣泛，在電力、軍工、航空、航天、計算機、辦公自動化、廣播電視等領域已成為必不可少的電源設備。將UPS電源設置在市電電網(wǎng)與負載之間，唯一的目的是改善負載的供電質(zhì)量，并且在市電有故障時向負載提供不間斷、優(yōu)質(zhì)、高效、可靠的交流電，使負載正常運行[1]。同樣，中波臺站對供電電源也提出了嚴格要求，這使UPS電源在中波臺站的重要性顯得尤為突出。對于值班員來說，其正確合理地使用并維護好UPS電源是非常重要的。

1 UPS電源基本原理

UPS是交流不間斷電源系統(tǒng)的簡稱，當交流電網(wǎng)輸入發(fā)生異常時，其可繼續(xù)向負載供電，并能保證供電質(zhì)量，使負載供電不受影響。UPS電源能夠為負載提供主備兩套供電系統(tǒng)，備用電源和主電源通過靜態(tài)開關進行切換，切換時間極短且主、備電源始終保持鎖相同步，因此停電時電源并沒有中斷，這就為負載連續(xù)、可靠地運行提供了強有力的保障。當前，UPS電源主要有在線式和后備式兩種類型，其原理本質(zhì)上并不相同。在線式UPS電源將要輸入的市電經(jīng)過整流濾波處理后，對部分直流電進行存儲，其余則轉化為220 V、50 Hz的交流電壓輸出。一旦出現(xiàn)市電故障，則由儲存電池組經(jīng)過逆變電路，將電流轉化為220 V、50 Hz的交流電壓。該設備能確保電源不間斷、連續(xù)地供電,因此，在線式UPS常用于關鍵系統(tǒng)、重要數(shù)據(jù)的供電系統(tǒng)中。后備式UPS是在市電供電時由旁路開關直接輸出，一旦出現(xiàn)斷電故障情況，電池組經(jīng)逆變電路逆變成220 V、50 Hz的交流電流輸出[2]。

如圖1所示，在UPS電源供電中，K1為電路主動輸入開關，K2為旁路開關，K3為外部維修開關，K4是輸出開關。當主路供電正常時，UPS電源正常工作,一般來說，UPS電源通過輸入開關→整流器→逆變器→輸出開關，提供高品質(zhì)的交流電源,同時將部分電流進行儲存作為備用電源。當主路電路發(fā)生故障時，系統(tǒng)會直接切換到備用電源應急，由電池通過逆變器提供用電,主路恢復正常后，系統(tǒng)自動將電路恢復到正常工作模式。當電路出現(xiàn)逆變器過載延時時間長、超額負載時，系統(tǒng)會自動切換工作模式，將當前的工作模式切換到靜態(tài)旁路工作模式。通常靜態(tài)旁路工作模式有兩種類型，一種是自動恢復正常模式，另一種則是需要手動調(diào)整到正常模式。當處于靜態(tài)旁路工作模式下，系統(tǒng)會通過旁路的輸入開關負責供電，當過載消除后，自動恢復到正常供電模式[3]。

圖1 UPS電源構成原理圖

2 中波臺UPS電源故障檢修

目前，湖北省中波臺UPS電源大部分采用的是在線式電源，其基本原理同上。值班員在實際使用過程中，不可避免碰到各種故障，為確保UPS電源的合理操作，降低故障概率，延長UPS電源的使用壽命，筆者將依據(jù)中波臺實踐經(jīng)驗對UPS電源基本故障類型和維護方法作出以下的簡要闡述。

2.1 中波臺UPS電源的操作模式

中波臺在線式UPS電源有正常工作、電池供電、旁路供電、手動旁路維護4種操作模式，其工作原理框圖2：

圖2 中波臺在線式UPS工作原理框圖

（1）UPS電源正常工作模式：市電正常的情況下，市電經(jīng)由整流器至逆變器，提供負載所需的電源，同時，整流器也對電池充電?？刂泼姘迳系腖ED燈發(fā)生變化，IN與OUT燈會亮起，BATT燈閃爍。

（2）UPS電源電池供電模式：當市電中斷或超過容許的范圍外，此時負載由電池能量轉換來提供，控制面板上的OUT燈、BATT燈同時亮。

（3）UPS電源旁路供電模式：當市電正常時，由市電直接給后端負載供電，電池不供電時，設備未啟動，這時，控制面板上的OUT燈熄滅，IN、BY燈會亮，BATT燈閃爍。

（4）手動旁路維護模式：利用手動旁路維護開關，可以在進行維護工作時繼續(xù)對負載供電。

2.2 中波臺UPS電源的典型故障檢修

（1）當市電有電時，UPS電源依然出現(xiàn)市電斷電告警，在確定外部市電供電穩(wěn)定的情況下，出現(xiàn)這種情況的原因可能是市電或旁路輸入空開跳閘，此時技術人員需檢查UPS輸入空開是否損壞或其保險絲被燒斷。也有可能是UPS電源內(nèi)部的市電檢測電路出現(xiàn)故障，要檢查UPS市電檢測回路。

（2）當市電正常時，UPS電源輸出正常，市電斷電后，負載也跟著斷電，如果UPS電源處于正常開機的情況下，導致故障原因如下：一是電池處于欠壓狀態(tài)或者電池已經(jīng)老化、損害，技術人員要立即對電池充電或更換電池；二是負載未接到UPS電源輸出，或負載過載，UPS電源旁路輸出，這時要重新將負載連接到UPS電源輸出或減輕負載；三是逆變器損壞，UPS電源旁路輸出，檢查逆變器即可。

（3）UPS電源無法啟動。出現(xiàn)這種故障的原因除了電池的電壓不足或輸入連接線未接好導致外，可能是UPS電源的內(nèi)部開機電路或電源電路導致，技術人員需要檢查開機電路和電源電路。還有可能是UPS電源內(nèi)部的整流、升壓、逆變等部分器件損壞造成的。

（4）UPS電源開機時，市電空開跳閘，技術人員應立即對市電空開進行檢查，看是否存在漏電保護，有的話更換為無漏點保護的空開。故障原因還有可能是UPS電源內(nèi)部整流、升壓、逆變等部分器件損壞、短路導致。

（5）UPS電源在使用時出現(xiàn)蜂鳴器長鳴報警。出現(xiàn)此類故障，可能是以下幾方面的原因：一是有大負載或大沖擊負載啟動，接入時應按先大后小的順序；二是輸出端短路；三是UPS電源的內(nèi)部逆變回路發(fā)生故障或UPS電源保護、檢測電路誤動作，應檢查相應電路。

（6）UPS電源工作正常，但負載微機突然死機。如果重啟負載微機依舊如此，原因是UPS電源輸出零地電壓過高，技術人員要檢測UPS電源輸出端的零線對地線間的電壓是否在5 V內(nèi),必要時可在UPS的輸出端零地間并一個1～3 kΩ電阻，還有可能是UPS的電源地與負載地未接到同一個點上。

3 中波臺UPS電源的日常維護策略

為確保UPS電源能夠穩(wěn)定工作，減少故障出現(xiàn)頻率，技術人員可以從以下4個方面進行UPS電源的日常維護。

3.1 UPS電源應嚴格按照操作規(guī)范安裝和使用。

中波臺的值班員在參與UPS電源維護和保養(yǎng)工作前，必須經(jīng)過專業(yè)培訓，嚴格按照操作規(guī)范安裝和使用。安裝UPS電源時必須接地，放置UPS電源要在四周留有足夠空間。如果需要更換保險絲，應更換同種型式與規(guī)格的保險絲，在切斷UPS的輸入市電，應斷開面板內(nèi)的所有開關。進入UPS機房前要戴好橡膠手套并穿安全鞋，摘掉項鏈、戒指等其他金屬物品，并使用帶有絕緣手柄的工具，不能將工具和金屬物品放在電池上，不能將電池放在熱源附近，防止電池爆炸，禁止在UPS機房使用明火、抽煙等。

3.2 做好UPS電源的日常維護工作

做好UPS電源日常維護和保養(yǎng)工作，是確保UPS電源性能穩(wěn)定、安全使用的保障。值班員每天需按值班規(guī)范定時巡機，每隔2～3小時巡機一次，查看UPS機房的空調(diào)設備設定的溫度和模式，是否出現(xiàn)未制冷或未運行等故障，觀看溫濕度采集器面板顯示環(huán)境溫度，是否維持溫度在20～25 ℃，濕度在40～60%。同時要觀察UPS電源主機和電源機箱外部有無積塵、過熱、異響、漏液等現(xiàn)象，檢查UPS電源是否處于正常工作模式，查看UPS電源面板相關運行參數(shù)是否正常，對UPS電源的運行參數(shù)及時進行記錄，其中包括UPS電源的輸入輸出電壓、電壓變化、電流變化，輸入與輸出頻率變化、負載值、主機溫度等。

此外，值班員還需做好UPS電源定期維護計劃，可將維護計劃分為月度維護、季度維護、年度維護等。在做UPS電源定期維護時，除了重復日常維護操作外，首先，要確保UPS電源機房的環(huán)境衛(wèi)生，在對UPS電源進行除塵工作時，要用干抹布擦拭UPS電源灰塵，一些不易清理的部位可用吸塵器清理。在檢查UPS電源設備風扇時，要確保風扇出風濾網(wǎng)通道清潔，避免因灰塵過多導致出風濾網(wǎng)堵塞。其次，還需檢查UPS電源內(nèi)部的電容、電感，變壓器連接處是否出現(xiàn)松動，若有松動情況要及時進行焊接。同時要檢查內(nèi)部電纜及排線是否出現(xiàn)破損，并及時更換。電池是UPS電源設備當中的重要組成，可在檢修電池組件時進行帶負荷放電，需要注意的是放電過程中要避免過度放電。此外，技術人員要及時做好維保記錄，通過分析UPS電源的運行參數(shù)和數(shù)據(jù)變化，撰寫維護報告，這有利于更好地了解UPS電源的運行狀態(tài)。

3.3 保持UPS電源的操作環(huán)境恒溫、恒濕

為確保UPS電源正常工作，延長電池使用壽命，中波臺的技術人員在定期維護中，尤其要注意UPS電源的工作環(huán)境溫濕度。

第一，確保UPS電源在恒溫、恒濕的環(huán)境中運行，一般UPS操作時的環(huán)境溫度必須在0～40 ℃之間。事實上，電池生產(chǎn)廠家要求的最佳環(huán)境溫度為20～25 ℃，濕度為40～60%。電池在20 ℃下的平均壽命是4年，溫度一旦超過25 ℃，每升高10 ℃，電池壽命將會減少一半。為延長電池壽命，操作UPS電源最佳環(huán)境溫度為20～25 ℃，濕度為40～60%。中波臺可以利用空調(diào)設備的制冷、除濕模式，保證UPS機房環(huán)境處于恒溫、恒濕之中，如果臺站條件允許應配備空氣抽濕機。

第二，利用動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)對UPS電源操作環(huán)境的溫濕度進行實時監(jiān)測。目前，中波臺已加快實現(xiàn)智能化的運維管理。運用動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)對運行中的UPS電源進行采樣，實現(xiàn)了對UPS機房煙感、溫濕度、水浸、電力等數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，這對于控制室與機房相隔較遠的臺站顯得尤為重要。當溫濕度采集器采集到數(shù)據(jù)有問題時，動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)會立即發(fā)出警報，提醒值班員注意，直到值班員排查故障，解除警報。

3.4 電池的日常維護與保養(yǎng)

第一，做好電池的清潔工作。UPS電源的電池日常維護工作應該從清潔環(huán)境開始，在每日值機交接班時，值班員需要認真打掃UPS機房，注意不要在電池機箱頂部堆放雜物，切勿使用溶液或噴霧擦拭、清洗電池。在每周二例行周檢中，要對UPS機房開展除塵、除濕工作，避免其灰塵量太大，或者空氣內(nèi)有其他粉塵類的物質(zhì)。在做月度、季度、半年和年度維護時，除了重復周檢工作外，技術人員應按維護要求重點清潔關鍵部位。

第二，做好電池的日常巡檢記錄。一是值班員在每日值機過程中，按值班要求間隔2～3小時巡機一次。首先從外觀上要仔細查看UPS機房的電池機組是否有損壞、變形、過熱，甚至漏液等異?，F(xiàn)象，通風散熱是否保持暢通。其次要認真觀察UPS機房的電池的環(huán)境溫度、濕度及相應的電壓等參數(shù)，做好值班記錄。二是對UPS電源電池開展定期維護，做好維護記錄，如開展月度維護、季度維護、半年維護和年度維護工作。

第三，做好電池的充電和放電。對于長期未用或者處于浮充狀態(tài)下的電池，值班員應該每4～6個月對電池進行一次充電或放電激活。在對電池進行放電操作時，要注意不能深度放電或放空，需留有一定電池容量，以免損壞電池。UPS電源中的浮充電壓和放電電壓，廠家在出廠前均已調(diào)試到額定值，一般情況下，負載不應超過UPS額定負載的60%，保證放電電流不會出現(xiàn)過度放電，放電完畢后，需按要求再充電8小時以上。

執(zhí)行放電操作時，值班員需將UPS電源開關轉至放電模式，控制面板會顯示“OUT”綠燈亮，“BATT”黃燈閃爍，蜂鳴器將每隔4秒發(fā)出一次停電告警。每放電半小時，需測量單節(jié)電池放電電壓，讀取UPS電源面板溫度值，觀察有無異常情況。整個放電過程應該密切觀察以下幾方面：一是主機運行狀態(tài)、面板顯示、指示燈是否正常；二是電池運行狀態(tài)、充電電壓、單個電池電壓是否正常；三是整機運行情況，市電/電池是否正常、輸入輸出電壓值、負載值，并按照放電時間要求認真填寫UPS電源放電記錄單和巡檢記錄。如果電池持續(xù)放電達到欠壓報警時，蜂鳴器會每隔1秒發(fā)出一次告警。當電池能量耗盡時，UPS將會切斷對負載的供電，當市電恢復時，將自動對電池充電，值班員切勿放空損害電池。

第四，定期更換電池。UPS電源的電池達到使用年限后，會因自耗過度而損壞甚至報廢，應定期更換電池。正常情況下，電池的壽命能達到3～5年，如果長期工作于惡劣的環(huán)境下，電池的壽命會大大縮短，需要提早對電池進行更換。同時，電池更換需要由有資質(zhì)的技術人員進行，如果中波臺值班員未經(jīng)過專業(yè)培訓，嚴禁私自更換。此外，電池更換需注意用同樣的電壓、同樣的型號和同樣的電池數(shù)量。電池更換不能只換一部分，需要在專業(yè)人士指導下一次性全部更換所有電池。

電池更換的步驟：首先將UPS電源切到旁路工作模式，開關撥至維修狀態(tài)下，打開UPS電源的機箱機門，逐根切斷電源的連接線，拆掉固定電池用的金屬結構件，逐一地更換電池，將金屬結構件裝回去，再將電池連接線一根一根地連接起來。安裝時尤其要注意電池的正反極不能裝反，防止短路引起電擊或火災，操作完成后及時做好相關維檢記錄。此外，電池更換完成之后，廢棄的舊電池應交給專業(yè)的廢電池處理廠處置，禁止隨意丟棄，以免電池內(nèi)的有害物質(zhì)造成環(huán)境污染。

4 結語

中波臺UPS電源相比較傳統(tǒng)的電源設備，更具備安全性、實用性，其操作過程簡單且快捷，出現(xiàn)問題時所耗費的維修時間相對較短。值班人員通過對中波臺UPS電源設備的日常維護工作進行總結和分析積累了經(jīng)驗，縮短了維護和檢修UPS電源設備的時間，減少了故障率[4]，為相關工作者提供了參考。