淺析UPS電源的故障成因和維護對策

四川省機場集團天府機場分公司機電設(shè)備部 王 鵬

1 引言

UPS 電源在現(xiàn)代化社會中扮演著至關(guān)重要的角色，為各種行業(yè)的設(shè)備和系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠的電源保障。由于UPS 電源設(shè)備長時間運行和各種因素的影響，故障問題時有發(fā)生。故障的發(fā)生不僅會影響到設(shè)備和系統(tǒng)的正常運行，還可能會導(dǎo)致重大經(jīng)濟損失和安全事故。及時分析UPS 電源故障的成因，并采取正確的維護對策，對于保障設(shè)備和系統(tǒng)的正常運行，以及保證人員和財產(chǎn)的安全具有重要的意義。

2 UPS 電源電池老化或損壞故障的成因及維護對策

2.1 UPS 電源電池原理和組成結(jié)構(gòu)

UPS 電源的電池是其重要組成部分，主要用于在停電或電網(wǎng)不穩(wěn)定情況下為負(fù)載供電。UPS 電源電池由若干個電池組成，每個電池都是由若干個電池單體組成的，在UPS 電源中，電池通常由鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池等組成[1]。

2.2 電池老化或損壞的成因分析

UPS 電源電池在長時間運行中，不可避免地會出現(xiàn)老化或損壞現(xiàn)象，這些問題可能導(dǎo)致UPS 電源失效或性能下降。

一是溫度。電池在高溫環(huán)境下使用會導(dǎo)致壽命大幅縮短，每高10℃使用壽命減半。二是充電和放電次數(shù)。每次深度放電會縮短電池壽命，放電深度超過50%時壽命受影響；頻繁充電也會導(dǎo)致電池老化。三是充電方式。過度充電或過度放電、充電電壓不恰當(dāng)、過度充電時間、充電電流過大等都會對電池的壽命產(chǎn)生不良影響。四是維護不當(dāng)。不及時更換老化或損壞的電池、不定期對電池進行檢查和維護等，都會對電池的壽命產(chǎn)生不良影響。

2.3 維護對策

一是控制溫度。UPS 電源應(yīng)該放置在溫度適宜的環(huán)境下使用，特別是在夏季或高溫環(huán)境下，應(yīng)該特別注意UPS 電源電池的溫度，可以使用空調(diào)或其他溫度控制設(shè)備來保持適宜的環(huán)境溫度[2]。

二是控制充放電次數(shù)。每次深度放電會縮短電池的使用壽命，可以盡量減少深度放電次數(shù)，以及合理規(guī)劃充放電時間。

三是使用正確的充電方式。可以選擇UPS 電源原廠提供的電池充電器，或者其他符合電池充電要求的充電器，以避免充電方式不當(dāng)導(dǎo)致的電池?fù)p壞或老化。

四是定期檢查和維護電池?？梢灾贫姵貦z查和維護計劃，例如每隔一段時間對電池進行檢查、清潔和維護，并及時更換老化或損壞的電池。定期維護可以延長電池壽命，保證UPS 電源的正常運行。

2.4 案例分析

某公司在使用UPS 電源時，發(fā)現(xiàn)電池壽命過短，需要進行電池壽命測試和預(yù)測。

基本數(shù)據(jù)：UPS 電源型號為APC Smart-UPS 1500；電池數(shù)量為4塊；電池容量為12V 7.2Ah；電池年限為3年；已使用年限為2年；電池壽命預(yù)測為1年。

測試方法：在停電狀態(tài)下，使用數(shù)字萬用表測量每塊電池的電壓和內(nèi)阻；記錄電池電壓和內(nèi)阻數(shù)據(jù)，并進行平均值計算；根據(jù)已使用年限、電池年限、電池容量、電池壽命預(yù)測式等，計算出電池壽命預(yù)測值；對比電池壽命預(yù)測值和實際已使用年限，判斷是否需要更換電池。

預(yù)測結(jié)果：根據(jù)電池壽命預(yù)測式計算，該UPS電源電池壽命預(yù)測為1年。而已使用年限為2年，說明電池壽命已接近預(yù)計壽命，建議進行電池更換。

3 UPS 電源逆變器故障的成因及維護對策

3.1 UPS 電源逆變器原理和組成結(jié)構(gòu)

UPS 電源的逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的核心部件，其原理是利用高頻PWM 技術(shù)將直流電轉(zhuǎn)換成高頻交流電，再經(jīng)過濾波和穩(wěn)壓處理，得到純凈的交流電源輸出[3]。逆變器的組成結(jié)構(gòu)包括高頻開關(guān)管、輸出變壓器、濾波電容、穩(wěn)壓電路等部件。

3.2 逆變器故障的分類和原因分析

逆變器故障的分類和原因分析詳見表2.

表2 逆變器故障的分類和原因分析

3.3 維護對策

一是定期檢查和維護UPS 電源的逆變器輸出電路和控制電路，及時更換老化或損壞的元件。二是采用高品質(zhì)的逆變器開關(guān)管，避免開關(guān)管老化或損壞導(dǎo)致的故障。三是安裝過載保護器、短路保護器等安全保護裝置，有效防止過載、短路等情況發(fā)生。四是定期對UPS 電源進行維護和測試，及時發(fā)現(xiàn)和排除潛在的故障隱患，確保UPS 電源的穩(wěn)定運行。

3.4 案例分析

故障癥狀：UPS 電源輸出電壓異常，不穩(wěn)定，時斷時續(xù)?？赡艿墓收显颍耗孀兤鬏敵鲭娐分心硞€元件損壞；逆變器控制電路故障；逆變器輸出濾波器元件老化；電池電壓不足；負(fù)載突變。

排除步驟：檢查逆變器輸出電路中的元件是否損壞，如開關(guān)管、電容器等，需要進行逐一檢查和測試，更換故障元件；檢查逆變器控制電路是否正常，如檢查控制芯片、傳感器等，確?？刂齐娐氛＃粰z查逆變器輸出濾波器元件是否老化，如電容器等，如有發(fā)現(xiàn)老化的元件需要及時更換；檢查電池電壓是否足夠，如果電池電壓不足，需要更換電池或者充電；檢查負(fù)載是否突變，如果負(fù)載突變，需要及時進行負(fù)載平衡。

在排除故障之后，需要對UPS 電源進行維護，包括定期檢查UPS 電源的電池、輸出電路、控制電路等，并及時更換老化或損壞的部件。另外，需要確保UPS 電源工作環(huán)境溫度適宜，避免溫度過高或過低對UPS 電源的影響。

4 UPS 電源過載或短路的成因及維護對策

4.1 UPS 電源過載和短路的定義和分類

過載是指當(dāng)UPS 電源輸出電流超過其額定電流時，就會發(fā)生過載，導(dǎo)致UPS 電源無法正常工作，甚至可能導(dǎo)致UPS 電源損壞。短路是指當(dāng)UPS 電源輸出電路中出現(xiàn)短路時，電流會突然變大，電路中的保險絲或保護電路將會自動切斷電流，以保護UPS 電源和負(fù)載。

4.2 過載和短路的成因分析

4.2.1 過載的成因分析

一是過載負(fù)。當(dāng)UPS 電源的輸出負(fù)載超過額定負(fù)載時，會發(fā)生過載。負(fù)載過載可能是由于負(fù)載功率需求增加、負(fù)載瞬時突增、并行UPS 負(fù)載不平衡等原因引起的。二是過流電流。當(dāng)UPS 電源輸出電流超過額定電流時，就會發(fā)生過流。過流可能是由于短路或負(fù)載發(fā)生異常導(dǎo)致的。三是UPS 電源故障。UPS 電源內(nèi)部元器件故障或電池老化等原因可能導(dǎo)致UPS 電源過載。

4.2.2 短路的成因分析

一是外部因素。UPS 電源輸出線路短路、UPS電源輸出插頭與插座接觸不良等外部因素可能導(dǎo)致短路。二是內(nèi)部因素。UPS 電源輸出線路內(nèi)部元器件故障、逆變器輸出開關(guān)管損壞等內(nèi)部因素可能導(dǎo)致短路。三是負(fù)載問題。如果負(fù)載發(fā)生短路，也會導(dǎo)致UPS 電源發(fā)生短路。

4.3 維護對策

一是合理配置負(fù)載。在選擇UPS 電源時，要根據(jù)實際負(fù)載需求選擇適當(dāng)?shù)念~定容量。并且，在使用UPS 電源時，要注意負(fù)載的變化情況，避免出現(xiàn)瞬時突增的情況。

二是檢查并行UPS 負(fù)載平衡。如果采用了多個UPS 電源進行并行運行，需要確保各個UPS 電源的負(fù)載平衡，避免某個UPS 電源的負(fù)載過重導(dǎo)致過載。

三是定期檢查UPS 電源。定期對UPS 電源進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，防止UPS 電源內(nèi)部元器件故障或電池老化等原因?qū)е逻^載。

四是檢查輸出線路。定期檢查UPS 電源輸出線路是否存在磨損、老化、松動、腐蝕等情況，特別是在移動UPS 電源時，應(yīng)檢查輸出線路是否有磨損或損壞。

五是定期維護UPS 電源。定期對UPS 電源進行檢查和維護，包括清潔電源內(nèi)部和外部、檢查電源內(nèi)部元器件是否損壞、檢查逆變器輸出開關(guān)管是否損壞等[4]。

六是增加過載保護。安裝過載保護裝置或UPS電源輸出保護器可以減少UPS 電源因短路而損壞的風(fēng)險。這些設(shè)備可以快速切斷電路，保護UPS 電源和其他設(shè)備不受損壞。

4.4 案例分析

某公司的UPS 電源突然報警，顯示輸出過載。工作人員檢查后發(fā)現(xiàn)，UPS 電源連接的服務(wù)器數(shù)量增加了，導(dǎo)致負(fù)載超過了UPS 電源的額定負(fù)載。此時需要進行過載故障的檢測和排除。

數(shù)據(jù)：UPS 電源額定功率為10kVA；當(dāng)前連接的服務(wù)器數(shù)量為6臺；每臺服務(wù)器的額定功率為1.5kVA；UPS 電源的輸出電壓為220V；UPS電源的輸出電流為45A；UPS 電源的輸出功率為9.9kVA。

解決方法：先將部分服務(wù)器斷電，降低負(fù)載。例如，斷電兩臺服務(wù)器，將負(fù)載降低到9kVA 左右；根據(jù)UPS 電源的額定功率進行選擇，例如將額定功率提高到15kVA 的UPS 電源；調(diào)整服務(wù)器數(shù)量，控制負(fù)載不超過UPS 電源的額定負(fù)載；檢查UPS電源輸出電流、輸出功率是否正常，避免過載故障的再次發(fā)生。

如果是短路故障，則需要先排除短路原因，例如檢查電纜是否破損、連接是否松動等。如果短路故障嚴(yán)重，可以更換故障電纜或連接器，避免短路故障的再次發(fā)生。同時，也需要檢查UPS 電源的保險絲是否熔斷，必要時更換保險絲。

5 UPS 電源設(shè)備老化的成因及維護對策

5.1 UPS 電源設(shè)備老化的定義和影響

UPS 電源設(shè)備的老化會對設(shè)備的性能和可靠性產(chǎn)生重大影響，導(dǎo)致故障率增加，使用壽命縮短，甚至可能對設(shè)備安全造成威脅。設(shè)備的老化問題是所有電子設(shè)備普遍存在的問題，其導(dǎo)致電源輸出不穩(wěn)、故障率增加、能耗增加、安全風(fēng)險增加等問題，同時也會影響設(shè)備的可靠性、壽命、兼容性和性能。

5.2 設(shè)備老化的成因分析

一是使用時間長。隨著設(shè)備使用時間的增加，設(shè)備的部件會逐漸磨損、老化，導(dǎo)致設(shè)備的性能下降，最終可能導(dǎo)致設(shè)備的失效。二是使用環(huán)境。如果設(shè)備長期在惡劣的使用環(huán)境下運行，例如灰塵、腐蝕性氣體等環(huán)境，也會加速設(shè)備老化。三是設(shè)備質(zhì)量。設(shè)備的質(zhì)量也會直接影響設(shè)備老化速度，低質(zhì)量的設(shè)備通常容易出現(xiàn)老化問題。四是維護不當(dāng)。不定期地維護和保養(yǎng)也會導(dǎo)致設(shè)備老化問題，例如未清潔設(shè)備、未及時更換老化的部件等。五是頻繁開關(guān)機。頻繁的開關(guān)機會導(dǎo)致設(shè)備電路溫度變化較大，容易導(dǎo)致部件老化。六是電力質(zhì)量問題。電力質(zhì)量問題，如電壓波動、電流波動、電壓暫降、電壓暫增等都會對設(shè)備產(chǎn)生影響，加速設(shè)備老化。針對問題提出對策。

5.3 維護對策

一是做好設(shè)備的日常維護和保養(yǎng)，包括定期清潔設(shè)備、更換老化的部件等。二是控制設(shè)備的使用環(huán)境，避免長期在惡劣環(huán)境下運行，如灰塵、高溫、高濕度等。三是選擇質(zhì)量較好的設(shè)備，以減緩設(shè)備老化速度。四是避免頻繁開關(guān)機，盡可能減少電路溫度變化，延長設(shè)備的壽命。五是通過穩(wěn)壓器、UPS 等設(shè)備解決電力質(zhì)量問題，避免電壓波動、電流波動、電壓暫降、電壓暫增等問題影響設(shè)備的壽命。

6 結(jié)語

UPS 電源在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，對于保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。因此，對UPS 電源的維護和保養(yǎng)應(yīng)該高度重視，及時發(fā)現(xiàn)并排除故障，以保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。