UPS智能運(yùn)維及安全使用技術(shù)探討

李 剛 李松志

1.2.通遼市文化旅游廣電事務(wù)服務(wù)中心 內(nèi)蒙古 通遼市 028000

引 言

通遼市廣播電視和網(wǎng)絡(luò)視聽融合監(jiān)測(cè)監(jiān)管平臺(tái)機(jī)房配備了UPS 和UPS 智能運(yùn)維系統(tǒng)。本文以此為例，舉一反三，就UPS智能運(yùn)維實(shí)踐和UPS 日常維護(hù)管理注意事項(xiàng)作簡(jiǎn)要介紹，謹(jǐn)供技術(shù)維護(hù)保障同行們交流探討。

1 常用UPS工作原理

1.1 UPS 在廣播電視安全播出中的重要性

配電系統(tǒng)在廣播電視制作、播出、傳輸、發(fā)射、接收、監(jiān)測(cè)工作中占據(jù)非常重要的地位，一旦配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，有些設(shè)備在來(lái)電時(shí)不能及時(shí)恢復(fù)原信號(hào)，需要重新預(yù)置調(diào)整才能恢復(fù)原信號(hào)，不但會(huì)影響到工作的連續(xù)性，還有可能造成廣播電視編輯制作設(shè)備、硬盤播出設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、傳輸交換設(shè)備的宕機(jī)、損壞、數(shù)據(jù)丟失和長(zhǎng)時(shí)間停播停傳等難以估計(jì)的播出安全、傳輸安全、數(shù)據(jù)安全、設(shè)施安全事故。

針對(duì)廣播電視技術(shù)高速發(fā)展和安全播出高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求的現(xiàn)實(shí)，解決因市電停電、交換瞬變、電壓下陷、減幅震蕩、電源波動(dòng)、電源干擾、電源浪涌對(duì)廣播電視設(shè)備安全運(yùn)行造成的影響，要求廣播電視各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用UPS。UPS 供電連續(xù)穩(wěn)定，切換時(shí)間短，高品質(zhì)的在線式UPS 切換時(shí)間為0秒，市電停電時(shí)負(fù)載供電沒有絲毫的中斷，高性能的UPS 的蓄電池供電時(shí)長(zhǎng)可達(dá)十幾個(gè)小時(shí)，有力保障負(fù)載的連續(xù)可靠運(yùn)行。UPS 供電優(yōu)質(zhì)安全，對(duì)負(fù)載能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓穩(wěn)頻供電，在市電電壓變化范圍為180～250V時(shí)，其輸出電壓穩(wěn)定范圍在220V±5%，滿足廣播電視業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高精度需求。

1.2 常用UPS 工作原理

為了正確使用UPS，確保UPS 安全運(yùn)行、提高檢修效率，必須充分掌握UPS 的工作原理，準(zhǔn)確判斷UPS 的運(yùn)行情況，有針對(duì)性地進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)、隱患排查和故障處理。

UPS 按電路主結(jié)構(gòu)可分為離線式和在線式兩種方式。由于離線式UPS 只在外電中斷或欠壓值約在170V 以下時(shí)才工作，啟動(dòng)切換時(shí)間4～10 毫秒，不適用于廣播電視0 秒停播的高精度要求，本文只介紹在線式UPS 工作原理。在線式UPS 工作原理如圖1 所示。

圖1 在線式UPS 工作原理圖

在線式UPS 主要由電源變壓器、整流器、充電回路、蓄電池組、逆變器、旁路轉(zhuǎn)換開關(guān)電路、濾波器、偵測(cè)控制電路等組成。市電正常供電時(shí)，首先經(jīng)過電源變壓器、整流器變換為直流電（DC），然后將此直流電分成兩路，一路由逆變器變換為交流電（AC）經(jīng)濾波器輸出給負(fù)載供電，此時(shí)UPS 扮演交流穩(wěn)壓器的角色，輸出電壓穩(wěn)定在220V±5%范圍；一路由充電回路給蓄電池組充電。當(dāng)市電停電時(shí)，蓄電池的電能不間斷地由逆變器變換為交流電繼續(xù)給負(fù)載供電。如果蓄電池組老化至端電壓低于規(guī)定值或變壓器、整流器、逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，偵測(cè)控制電路自動(dòng)切換市電通過旁路支路、濾波器直接給負(fù)載供電。由于逆變器在供電全程一直處于工作狀態(tài)，根本不存在蓄電池供電切換時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)供電0 秒中斷的技術(shù)要求，所以稱之為在線式UPS。

各組成器件的作用包括整流器、充電回路、逆變器、旁路轉(zhuǎn)換開關(guān)電路、濾波器、蓄電池組六方面。

整流器的作用：將市電交流電變換為平滑的直流電。

充電回路的作用：將市電交流電變壓、整流后的直流電輸入給蓄電池組進(jìn)行充電。

逆變器的作用：逆變器是一種將直流電變換為交流電的裝置。將市電交流電變壓、整流后的直流電或蓄電池組輸出的直流電轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量的交流電給負(fù)載供電。

旁路轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的作用：旁路轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)，閉合和斷開由邏輯控制器控制，具有自動(dòng)切換的功能。當(dāng)UPS 溫度過高、超載時(shí)間過長(zhǎng)、輸出短路、輸出電壓異常、電池放電終止時(shí)，逆變器會(huì)自動(dòng)保護(hù)鎖機(jī)，如果此時(shí)UPS偵測(cè)到市電（或發(fā)電機(jī)，由于通遼市平臺(tái)機(jī)房沒有配備發(fā)電機(jī)，本文不展開說明）供應(yīng)正常，UPS 自動(dòng)切換至市電旁路供電模式。當(dāng)異常狀況排除后，UPS 會(huì)自動(dòng)從市電旁路供電模式切換回正常UPS 供電模式。

濾波器的作用：濾掉UPS 輸出端交流電中的高頻干擾，得到純凈的交流電。

蓄電池組的作用：蓄電池組是UPS 儲(chǔ)存電能的裝置，由若干節(jié)電池串聯(lián)而成，其容量大小決定了UPS 負(fù)載能力和維持放電（供電）的時(shí)間。蓄電池組充電時(shí)將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，用電時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能輸出給逆變器轉(zhuǎn)換為交流電給負(fù)載供電。

2 UPS智能運(yùn)維系統(tǒng)簡(jiǎn)介

當(dāng)前，各個(gè)廣播電視制作、播出、傳輸、發(fā)射、接收、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都由少量的電力保障人員管理大規(guī)模的用電設(shè)備，這種運(yùn)維模式急需建立起一套安全可靠的智能化配電系統(tǒng)。通遼市廣播電視和網(wǎng)絡(luò)視聽融合監(jiān)測(cè)監(jiān)管平臺(tái)機(jī)房的配電設(shè)備由低壓配電柜、UPS 和UPS 智能運(yùn)維設(shè)備組成。監(jiān)測(cè)監(jiān)管主要設(shè)備由UPS 供電，空調(diào)、照明、應(yīng)急燈等附屬設(shè)備由低壓配電柜直接供電。UPS 容量為20kVA/16kW，由16 只蓄電池串聯(lián)在一起，每只標(biāo)稱電壓為12V（運(yùn)行電壓為13.6V 左右），蓄電池組輸出總電壓約217V，經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換輸出交流電電壓在220V±5%。UPS 主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)機(jī)柜、大屏幕及操作臺(tái)供電，確保了核心設(shè)備的不間斷連續(xù)穩(wěn)定供電。目前平臺(tái)機(jī)房最大負(fù)載量10kW，是UPS 標(biāo)稱負(fù)載量的62.5%，低于80%的上限要求。平臺(tái)機(jī)房供配電系統(tǒng)示意圖如圖2 所示。

圖2 平臺(tái)機(jī)房供配電系統(tǒng)示意圖

2.1 UPS 智能運(yùn)維系統(tǒng)工作流程

UPS 蓄電池智能充放電系統(tǒng)對(duì)市電和UPS 運(yùn)行參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，發(fā)生異常及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息提醒技術(shù)維護(hù)人員進(jìn)行故障處理。解決了目前配電系統(tǒng)缺乏必要的預(yù)防、維護(hù)手段及維護(hù)人員短缺等問題。通遼市廣播電視和網(wǎng)絡(luò)視聽融合監(jiān)測(cè)監(jiān)管平臺(tái)機(jī)房UPS 蓄電池智能充放電系統(tǒng)主要由三相電監(jiān)測(cè)儀、蓄電池監(jiān)測(cè)儀、智能電源管理主機(jī)、平臺(tái)服務(wù)器及軟件、終端管理主機(jī)及軟件、機(jī)柜溫度監(jiān)測(cè)儀等設(shè)備組成。UPS 蓄電池智能充放電系統(tǒng)操作界面如圖3 所示。

圖3 UPS 蓄電池智能充放電系統(tǒng)操作界面

在市電總開關(guān)輸入端安裝三相電監(jiān)測(cè)儀，實(shí)時(shí)顯示每路市電的運(yùn)行電壓值、電流值、功率值。同時(shí)將運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳給智能電源管理主機(jī)，主機(jī)經(jīng)過計(jì)算和處理將數(shù)據(jù)顯示在終端管理主機(jī)的電腦桌面上，方便與UPS 整機(jī)輸出的電壓值、電流值、功率值進(jìn)行對(duì)比，以便維護(hù)人員實(shí)時(shí)掌握UPS運(yùn)行狀況。

在每節(jié)蓄電池正負(fù)極端子上連接蓄電池監(jiān)測(cè)儀，將每節(jié)蓄電池的實(shí)際運(yùn)行的電壓、電流等數(shù)據(jù)上傳給智能電源管理主機(jī)，主機(jī)經(jīng)過計(jì)算和處理將數(shù)據(jù)顯示在終端管理主機(jī)的電腦桌面上，電腦操作界面實(shí)時(shí)顯示每節(jié)蓄電池的運(yùn)行電壓值，UPS 整機(jī)的運(yùn)行電壓值、電流值，逆變器輸出的電壓值、電流值、功率值，UPS 放電時(shí)的電壓值、電流值、功率值。主機(jī)數(shù)據(jù)同時(shí)儲(chǔ)存到平臺(tái)服務(wù)器中。終端管理軟件具有電池日志記錄功能，可以設(shè)定一定時(shí)間間隔記錄1 次主機(jī)數(shù)據(jù)，便于在日志操作界面查詢對(duì)比，為快速維護(hù)檢修提供依據(jù)。放電參數(shù)一般設(shè)定為電池浮充上限216V，電池放電下限200V，電池組報(bào)警下限198V，單節(jié)電池報(bào)警下限12V，定期放電周期設(shè)定為90 天。設(shè)定完成后，自動(dòng)完成整個(gè)恒流放電過程，完全實(shí)現(xiàn)智能化。

在蓄電池機(jī)柜里安裝機(jī)柜溫度監(jiān)測(cè)儀，機(jī)柜溫度值實(shí)時(shí)顯示在終端管理主機(jī)的電腦桌面上，當(dāng)機(jī)柜內(nèi)部溫度超出設(shè)定閾值的時(shí)候，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息，工作人員可以提前判斷是否存在接頭松動(dòng)、部分電池老化變質(zhì)等現(xiàn)象，及時(shí)維修。

2.2 UPS 蓄電池要進(jìn)行定期放電

UPS 蓄電池的科學(xué)合理使用，不但可以保證負(fù)載的安全可靠運(yùn)行，而且對(duì)于蓄電池的使用壽命有直接影響。定期充放電可以保證UPS 蓄電池經(jīng)常處于良好可靠的狀態(tài)，使其在任何情況下都能保證供電不中斷運(yùn)行。

UPS 蓄電池因長(zhǎng)期與市電相連，在供電質(zhì)量高、很少發(fā)生市電停電的使用環(huán)境中，對(duì)蓄電池組進(jìn)行長(zhǎng)期充電，蓄電池的電是只進(jìn)不出，長(zhǎng)期處于浮充電狀態(tài)，日久就會(huì)導(dǎo)致蓄電池化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的活性降低，導(dǎo)致蓄電池內(nèi)阻變大，容易讓里面的化學(xué)物質(zhì)變質(zhì)，加速蓄電池老化，降低蓄電能力，縮短使用壽命。定期合理地進(jìn)行蓄電池放電，使其化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行一次較大的充放電反應(yīng)，以激發(fā)蓄電池化學(xué)物質(zhì)的性能，從而延長(zhǎng)使用壽命。在放電的同時(shí)還可以檢查蓄電池容量，發(fā)現(xiàn)老化電池。一般3～6 個(gè)月進(jìn)行一次定期放電。放電時(shí)間可根據(jù)蓄電池的容量和負(fù)載大小確定。一次放電完畢后，要充電8 小時(shí)以上待蓄電池電壓達(dá)到飽和后才能進(jìn)行下一次放電應(yīng)用。

2.3 UPS 蓄電池定期放電注意事項(xiàng)

先觀察蓄電池是否有明顯的變形和漏液現(xiàn)象。

充分了解并把握好蓄電池的大概放電時(shí)間，提前做好恢復(fù)充電準(zhǔn)備，防止過度放電，造成UPS 的損壞。

蓄電池初次放電，建議向陶瓷固定電阻假負(fù)載進(jìn)行放電，這樣可以初步判斷電池是否具備放電的能力，第一時(shí)間掌握放電規(guī)律。

手動(dòng)放電時(shí)，時(shí)刻觀察蓄電池電壓的下降情況，不要超過額定容量的30%。

蓄電池放電時(shí)只需關(guān)閉整流器開關(guān)，不要關(guān)閉市電輸入開關(guān)，防止電池放電出現(xiàn)意外時(shí)能夠自動(dòng)切換至市電供電模式。

3 UPS安全使用維護(hù)檢修注意事項(xiàng)

3.1 UPS 安全使用操作規(guī)程

市電電壓的波動(dòng)范圍應(yīng)符合UPS 輸入電壓變化的要求。按照產(chǎn)品說明書的要求，所接的相線、中性線、地線符合要求，不得隨意改變相線的順序。為防止寄生電容耦合干擾，保護(hù)設(shè)備及人員人身安全，UPS 必須接地，接地電阻不大于4Ω。

連接UPS 的開關(guān)應(yīng)當(dāng)選用具有漏電保護(hù)和過熱保護(hù)等功能的空氣開關(guān)，不能使用刀閘開關(guān)。因?yàn)榈堕l開關(guān)在接通或切斷電源時(shí)有拉弧現(xiàn)象，會(huì)對(duì)供電頻率產(chǎn)生干擾；熔斷式熔絲過流響應(yīng)速度慢，在負(fù)載或UPS短路時(shí)不能及時(shí)切斷電源，從而導(dǎo)致設(shè)備故障。UPS 輸出開關(guān)應(yīng)與市電輸出開關(guān)明確區(qū)分，做好標(biāo)識(shí)，避免接入無(wú)關(guān)負(fù)載引起UPS 故障。

蓄電池室內(nèi)嚴(yán)禁存在有機(jī)溶劑氣體和腐蝕性氣體。蓄電池避免太陽(yáng)光直射，遠(yuǎn)離火源，保持通風(fēng)，防止爆炸。

蓄電池對(duì)溫度要求比較嚴(yán)格，蓄電池的容量是隨著溫度的變化而變化的，當(dāng)環(huán)境溫度高于25℃時(shí)，UPS 電池容量高于額定容量。當(dāng)環(huán)境溫度低于25℃時(shí)，電池容量低于額定容量。技術(shù)維護(hù)人員必須認(rèn)真做到根據(jù)實(shí)際溫度的變化合理地調(diào)整蓄電池的放電電流，同時(shí)要控制好蓄電池的溫度使其保持在22℃～35℃范圍內(nèi)。高溫使用環(huán)境是使蓄電池的實(shí)際壽命不能達(dá)到設(shè)計(jì)壽命的最主要原因。對(duì)于特殊極熱或極冷地區(qū)的UPS 放置點(diǎn)應(yīng)該配備空調(diào)。

UPS 的負(fù)載特性一般要求為純電阻性或電容性。當(dāng)負(fù)載為電容性時(shí)，其功率因數(shù)要求大于0.8。UPS 不能帶感性負(fù)載如空調(diào)，因電感性負(fù)載的啟動(dòng)電流超過額定電流的3～4 倍，會(huì)引起UPS 瞬時(shí)超載，造成損壞或影響壽命。UPS 的最大負(fù)載量應(yīng)該是其標(biāo)稱負(fù)載量的80%，超負(fù)載使用容易造成逆變器損壞。避免突然加載或突然減載，造成UPS 的輸出電壓波動(dòng)過大，而使UPS 無(wú)法正常工作。

操作UPS 時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照正確的開機(jī)、關(guān)機(jī)順序進(jìn)行。開機(jī)時(shí)先開UPS，1～2 分鐘后，讓UPS 充分進(jìn)入工作狀態(tài)再開通負(fù)載的電源開關(guān)。先開通沖擊電流大的負(fù)載，再開沖擊電流小的負(fù)載；UPS 關(guān)機(jī)時(shí)，先逐個(gè)關(guān)閉負(fù)載，再關(guān)閉UPS 前面板開關(guān)，最后關(guān)閉UPS 市電開關(guān)。不能帶載關(guān)機(jī)，不能頻繁關(guān)閉和開啟UPS。

嚴(yán)禁不同品牌、不同型號(hào)、不同容量、不同新舊程度的電池混用。

長(zhǎng)期存放不用的UPS，每隔3 個(gè)月充電2 小時(shí)，若處于高溫地區(qū)，每隔2個(gè)月充電一次。UPS不充電就使用，會(huì)損壞蓄電池。

3.2 建立UPS 定期檢修制度

建立UPS 定期檢修制度，制定日檢、周檢、年檢項(xiàng)目清單。認(rèn)真做好技術(shù)維護(hù)人員培訓(xùn)，熟練掌握UPS 使用、維護(hù)、檢修知識(shí)，熟記UPS 安裝配置圖、負(fù)載連接線路圖、維護(hù)檢修手冊(cè)、報(bào)警異態(tài)處理步驟等，正確理解顯示面板數(shù)據(jù)的范圍、指示燈顏色的含義、報(bào)警燈提示的內(nèi)容。堅(jiān)持定期維護(hù)檢修和相關(guān)數(shù)據(jù)記錄，及早發(fā)現(xiàn)安全隱患事故苗頭，準(zhǔn)確判斷故障原因及部位，提高檢修效率，以全面保障UPS 安全可靠運(yùn)行。

3.2.1 日檢項(xiàng)目清單

查看UPS 顯示器面板，所有數(shù)據(jù)是否都能正常顯示，是否所有數(shù)據(jù)都在正常波動(dòng)范圍內(nèi)變化，故障報(bào)警燈是否有報(bào)警，按照?qǐng)?bào)警類型進(jìn)行排查處理。

通過氣味辨別是否有燒焦的氣味，內(nèi)外部線路接點(diǎn)、外皮是否有燒焦現(xiàn)象。

通過聽覺來(lái)判斷UPS 內(nèi)部是否有打火的聲音，變壓器是否有異常響聲，風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)是否有摩擦的聲音，過濾網(wǎng)是否有堵塞的聲音。及時(shí)維修接觸不良、更換故障變壓器、清理風(fēng)扇過濾網(wǎng)灰塵和絮狀堵塞物。

查看蓄電池室排風(fēng)扇或空調(diào)是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，室內(nèi)溫濕度是否過高或過低，有無(wú)漏雨滲水現(xiàn)象等，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)搶修。

3.2.2 周檢項(xiàng)目清單

查看UPS 顯示器面板數(shù)據(jù)，測(cè)量記錄輸入輸出電壓、電流等數(shù)據(jù)。

對(duì)比歷史記錄數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)記錄偏差大，要查明有無(wú)新增、撤掉或停機(jī)的負(fù)載。

3.2.3 年檢項(xiàng)目清單

年檢要對(duì)UPS 主機(jī)進(jìn)行檢修，首先關(guān)閉UPS 的所有電源，防止UPS 機(jī)內(nèi)的高壓部件漏電，危及工作人員的人身安全和設(shè)備安全。

檢查電解電容是否有膨脹鼓包現(xiàn)象和漏液現(xiàn)象，電容下面的電路板表面或電容外表是否有油漬。

檢查變壓器線圈是否有絕緣層老化脫落或燒焦現(xiàn)象。

檢查電纜外皮是否有老化斷裂、燒焦現(xiàn)象。接線端子是否有脫落、松動(dòng)、移位、變形現(xiàn)象。

檢查保險(xiǎn)絲是否正常連接，是否有接觸不良、觸點(diǎn)銹蝕、外殼斷裂現(xiàn)象。

檢查電路板是否有起皮、裂紋、燒焦現(xiàn)象。

結(jié) 論

UPS 是廣播電視制作、播出、傳輸、發(fā)射、接收、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必備的供電設(shè)備，它不但為廣播電視設(shè)備的連續(xù)可靠運(yùn)行提供保障，而且可以為外電搶修贏得時(shí)間。加強(qiáng)對(duì)UPS 及UPS 智能運(yùn)維系統(tǒng)的工作原理、安全使用、維護(hù)檢修的熟練掌握是每一個(gè)廣播電視技術(shù)維護(hù)保障人員的必修課。