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摘要:本文讲述了UPS电源系统的组成结构和工作原理,以及该系统的操作与维护,对从事计算机、通信设备供电行业的技术维护及工程人员有一定的帮助。
关键词:系统组成 工作原理 操作与维护
UPS电源系统由4部分组成:整流、储能、变换和开关控制。稳压功能的整流器件采用可控硅或高频开关整流器可据外电的变化控制输出的幅度。当外电发生变化时,输出幅度基本不变的电压。净化功能由储能电池来完成。由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除,整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池,对整流器来说就像接了一只大容器电容器,由于电容两端的电压是不能突变的,即利用了电容器对脉冲的抑制消除了脉冲干扰,对干扰起到了屏蔽作用。频率的稳定则由变换器来完成。开关K1、K2则是检修旁路开关。K4是主机自检故障后的自动旁路开关。
UPS电源系统分两大部分——主机和储能电池。额定输出功率的大小取决于主机部分,并与UPS提供电源的负载属性有关, UPS电源对不同性质的负载驱动能力是不同的。UPS输出功率与功率因数关系密切,在感性负载条件下,UPS的输出功率会大大下降,即使在功率因数为0.8(感性)时,其输出也只能达到标称功率的50℅。在容性负载条件下UPS的输出功率可以达到标称功率,对武汉交通职业学院计算机中心所用UPS电源设备来说,所带的负载是服务器,负载内部电源多是开关电源,在开关电源负载条件下,瞬间功率很高,但实际平均功率又很小,因此一般UPS在开关电源作负载时,其功率因数只能达到0.65。而UPS在开关电源作负载时,一般为0.8,按此指标来带开关电源负载,就可能损坏UPS设备,所以,在选择UPS的功率时,一定要考虑负载的功率因数问题。通常负载功率应满足UPS电源70%的额定功率。
储能电池容量是由负载功率和所需后备时间的长短来确定,后备时间因各通信机房用电设备情况不同而不同,主要由备用电源的接入时间来定,通常在几分钟或几个小时不等。武汉电信分公司目前使用的柴油发电机组从开始启动至可以正常接入通信供电网一般需要10分钟左右的时间。另外储能电池的容量随着试电断电时间的延长,容量会逐渐降低。考虑到储能电池寿命终止时电量会下降至电池储能量的50%和本地网各局站的地理位置远近不同需要抢修时间等因素,储能电池的容量必需留有一定的余量,所以武汉电信分公司使用的UPS电源系统中的储能电池的后备时间,当电池满容量时为2~3小时,当电池半容量时为1.50小时。这足以使各类重要的电信设备正常安全工作。
使用注意事项
UPS电源主机对环境温度要求不高,5℃~40℃都能正常工作,但要求室内清洁、少尘、无潮,否则会引起主机工作紊乱。储能蓄电池则对温度要求较高,标准使用温度为25℃,平时不能超过15℃~30℃。温度太低,会使储电池容量下降,温度每下降1℃,其容量下降1%。其放电容量会随温度升高而增加,但寿命降低。如果在高温下长时间使用,温度每高10℃电池寿命约降低一半。
主机中设置的参数在使用中不能随意改变。特别是对电池组的参数,会直接影响其使用寿命。但随着环境温度改变,对浮充电压要做到相应调整。通常以25℃为标准,环境温度每升高或降低1℃时,浮充电压应增加18mV(相对于12V蓄电池)。
在无外电靠UPS电源系统自行供电时,应避免带负载启动UPS电源,应先关断各负载,等UPS电源系统启动后再开启负载。因负载瞬间供电时会有冲击电池,多负载的冲击电源加上所需的供电电流会造成UPS电源瞬间过载,严重时将损坏变换器。
UPS电源系统按使用要求功率余量不大,在使用中要避免随意增加大功率的额外设备,也不允许在满负载状态下长期运行。但功能工作性质决定了UPS电源系统几乎是在不断状态下运行的,增大功率负载,即使是在基本满载状态下工作,都会造成主机出故障,严重时将损坏变换器。
自备发电机的输出电压、波形、频率、幅度应满足UPS电源对输入电压的要求,另外发电机的功率要远大于UPS电源的额定功率,否则将会造成UPS电源工作异常或损坏。由于组合电池组电压很高,存在电击危险,因此装卸导电联结条、输出线时应有安全保障,工具应采用绝缘措施,特别是输出点应有防触电措施。
UPS不宜带负载开机和关机,对没有延时启动功能的UPS设备,在有负载的情况下开机启动的瞬间,很容易烧毁速变器的末级驱动器件,因为刚开启时,控制电路的工作未进入稳定状态,启动瞬间会产生较大浪涌电流,极易造成末级驱动器件损害。负载中包含感性负载时,负载关机也同样可以引起末级驱动元件的损坏。
日常维护与检修
1.UPS电源在正常使用情况下的维护工作很少,主要是防尘和定期除尘。特别是气候干燥的地区,空气中的灰粒较多,机内的风机会将灰尘带入机内沉积,遇到空气潮湿时会引起控制紊乱造成主机工作失常,散热不好,并发生误告警。一般每季度应清洁一次。
2.虽说储能电池组目前都采用了免维护电池,但这只是免除了以往的测比、配比、定时添加蒸馏水的工作,电池外部工作状态对电池的影响并没有改变,这部分的维护检修工作仍是非常重要的。
储能电池的工作全部是在浮充状态,在这种情况下应每年进行一次放电。放电前应先对电池组进行均衡充电,以达到全组电池的均衡。要清楚放电前电池组已存在的落后电池。放电过程中如有一只达到放电终止电压时,应停止放电,继续放电先消除落后电池后再放电。
核对性放电,不是首先追求放出容量的百分之多少,而是要发现和处理落后电池,对落后电池处理后再作核对性放电试验,这样可防止事故,以免放电中落后电池恶化为反极电池。平时每组电池至少应有8只电池作标示电池,作为了解全电池组工作情况的参考,对标示电池应定期测量并做好记录。
3.日常维护中需经常检查的项目有:清洁并检测电池两端电压、温度;检查连接处有无松动、腐蚀现象,检测连接条电压降;电池外观是否完好,有无外壳变形和渗漏,安全阀周围是否有酸雾逸出;特别注意,清洁合成树腮蓄电池外表时,不应使用香蕉水、汽油、挥发油等有机溶剂,否则可能使蓄电池外壳破裂,导致电解液漏出。同时还要检查主机设备是否正常。
免维护电池也要维护:日常的管理要周到、细致、有规范性,才能保证设备保持良好的运行状况,从而延长使用年限;直流母线要保持合格的电压和电池的放电容量;保证电池运行的安全。
4.当UPS出现故障时,应先查明原因,分清是负载还是UPS电源系统,是主机还是电池组。虽说UPS主机有故障自检功能,但它对面而不是对点,更换配件很方便,但要维修故障点,仍需做大量的分析、检测工作;另外如自检部分发生故障,显示的故障内容则可能有误;对主机出现击穿、断保险或烧毁器件的故障,一定要查明原因并排除故障后才能重新启动,否则会接连发生相同的故障。
当电池组中发现电压反极、电压降大、压差大和酸雾泄露现象的电池时,应及时采用相应的方法恢复和修复,对不能恢复和修复的要更换,但不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起,否则可能会对整个电池组带来不利影响。对寿命已过期的电池组要及时更换,以免影响到主机。
5.再好的设备也有寿命,也会出现各类故障,但维护工作做得好可以延长寿命,减少故障的发生。不要因为设备的高智能、免维修而忽略了本应进行的维护工作,预防在任何时候都是安全运行的重要保障。通信用阀控式密封铅蓄电池组中各单电池的开路电压之差不大于20mV;在通信用阀控式密封铅蓄电池的使用维护规定中,要求各单电池的浮充电压之差应当在平均电压的±50mV之内,即允许浮充电压的最高值与最低值相差不大于100mV。
一般正常使用的UPS,其电池寿命在5年左右,但目前国内有相当部分UPS电池在投入使用不到一年就开始出现问题,更有甚者,有些进口品牌的电池在制造工艺上存在先天的缺陷。这一般是由于后天缺乏必要维护造成的。值得注意的是,许多使用单位由于缺乏必要的测试维护手段,根本不清楚自己系统UPS蓄电池的状况,为UPS系统正常工作留下隐患。为此,我建议UPS系统使用单位每隔3~4个月人为将UPS电流输入端断开一次,仿真充电中断,然后检查蓄电池放电时间是否足够,若不是时,再具体判断是否是一个个电组落后,并以检查该电池端电压和内阻值为依据,发现电池“落后”。若是,则可以考虑更换落后蓄电池,以保证充电中断时能有足够的电池放电时间。
实践证明,用万用表测量UPS电池的浮充段电压无法判定旧电池是否已经失效。所以一般要离线或在线测量电池的端电压,被测电池的端电压为12V左右(对12V电池而言),最低不能低于10.5V。不足10.5V的电池即为欠压或已经失效的电池,若这种电池在经过充电或激活充电后端电压仍达不到12V,即为失效电池。这种情况下,就应该更换电池组保证UPS电源系统的正常运行。特别强调,在做任何维修工作时,须先将蓄电池保险丝取出,以切断蓄电池电路,保证设备和人员安全。
参考文献:
[1]GB/T14714-93《微小型计算机系统设备用开关电源通用技术条件》
[2]GB/T14715-93《信息技术设备用不间断电源通用技术条件》
(作者单位:周汉武 武汉交通职业学院电子与计算机系
马无畏 中国电信武汉分公司)
关键词:系统组成 工作原理 操作与维护
UPS电源系统由4部分组成:整流、储能、变换和开关控制。稳压功能的整流器件采用可控硅或高频开关整流器可据外电的变化控制输出的幅度。当外电发生变化时,输出幅度基本不变的电压。净化功能由储能电池来完成。由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除,整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池,对整流器来说就像接了一只大容器电容器,由于电容两端的电压是不能突变的,即利用了电容器对脉冲的抑制消除了脉冲干扰,对干扰起到了屏蔽作用。频率的稳定则由变换器来完成。开关K1、K2则是检修旁路开关。K4是主机自检故障后的自动旁路开关。
UPS电源系统分两大部分——主机和储能电池。额定输出功率的大小取决于主机部分,并与UPS提供电源的负载属性有关, UPS电源对不同性质的负载驱动能力是不同的。UPS输出功率与功率因数关系密切,在感性负载条件下,UPS的输出功率会大大下降,即使在功率因数为0.8(感性)时,其输出也只能达到标称功率的50℅。在容性负载条件下UPS的输出功率可以达到标称功率,对武汉交通职业学院计算机中心所用UPS电源设备来说,所带的负载是服务器,负载内部电源多是开关电源,在开关电源负载条件下,瞬间功率很高,但实际平均功率又很小,因此一般UPS在开关电源作负载时,其功率因数只能达到0.65。而UPS在开关电源作负载时,一般为0.8,按此指标来带开关电源负载,就可能损坏UPS设备,所以,在选择UPS的功率时,一定要考虑负载的功率因数问题。通常负载功率应满足UPS电源70%的额定功率。
储能电池容量是由负载功率和所需后备时间的长短来确定,后备时间因各通信机房用电设备情况不同而不同,主要由备用电源的接入时间来定,通常在几分钟或几个小时不等。武汉电信分公司目前使用的柴油发电机组从开始启动至可以正常接入通信供电网一般需要10分钟左右的时间。另外储能电池的容量随着试电断电时间的延长,容量会逐渐降低。考虑到储能电池寿命终止时电量会下降至电池储能量的50%和本地网各局站的地理位置远近不同需要抢修时间等因素,储能电池的容量必需留有一定的余量,所以武汉电信分公司使用的UPS电源系统中的储能电池的后备时间,当电池满容量时为2~3小时,当电池半容量时为1.50小时。这足以使各类重要的电信设备正常安全工作。
使用注意事项
UPS电源主机对环境温度要求不高,5℃~40℃都能正常工作,但要求室内清洁、少尘、无潮,否则会引起主机工作紊乱。储能蓄电池则对温度要求较高,标准使用温度为25℃,平时不能超过15℃~30℃。温度太低,会使储电池容量下降,温度每下降1℃,其容量下降1%。其放电容量会随温度升高而增加,但寿命降低。如果在高温下长时间使用,温度每高10℃电池寿命约降低一半。
主机中设置的参数在使用中不能随意改变。特别是对电池组的参数,会直接影响其使用寿命。但随着环境温度改变,对浮充电压要做到相应调整。通常以25℃为标准,环境温度每升高或降低1℃时,浮充电压应增加18mV(相对于12V蓄电池)。
在无外电靠UPS电源系统自行供电时,应避免带负载启动UPS电源,应先关断各负载,等UPS电源系统启动后再开启负载。因负载瞬间供电时会有冲击电池,多负载的冲击电源加上所需的供电电流会造成UPS电源瞬间过载,严重时将损坏变换器。
UPS电源系统按使用要求功率余量不大,在使用中要避免随意增加大功率的额外设备,也不允许在满负载状态下长期运行。但功能工作性质决定了UPS电源系统几乎是在不断状态下运行的,增大功率负载,即使是在基本满载状态下工作,都会造成主机出故障,严重时将损坏变换器。
自备发电机的输出电压、波形、频率、幅度应满足UPS电源对输入电压的要求,另外发电机的功率要远大于UPS电源的额定功率,否则将会造成UPS电源工作异常或损坏。由于组合电池组电压很高,存在电击危险,因此装卸导电联结条、输出线时应有安全保障,工具应采用绝缘措施,特别是输出点应有防触电措施。
UPS不宜带负载开机和关机,对没有延时启动功能的UPS设备,在有负载的情况下开机启动的瞬间,很容易烧毁速变器的末级驱动器件,因为刚开启时,控制电路的工作未进入稳定状态,启动瞬间会产生较大浪涌电流,极易造成末级驱动器件损害。负载中包含感性负载时,负载关机也同样可以引起末级驱动元件的损坏。
日常维护与检修
1.UPS电源在正常使用情况下的维护工作很少,主要是防尘和定期除尘。特别是气候干燥的地区,空气中的灰粒较多,机内的风机会将灰尘带入机内沉积,遇到空气潮湿时会引起控制紊乱造成主机工作失常,散热不好,并发生误告警。一般每季度应清洁一次。
2.虽说储能电池组目前都采用了免维护电池,但这只是免除了以往的测比、配比、定时添加蒸馏水的工作,电池外部工作状态对电池的影响并没有改变,这部分的维护检修工作仍是非常重要的。
储能电池的工作全部是在浮充状态,在这种情况下应每年进行一次放电。放电前应先对电池组进行均衡充电,以达到全组电池的均衡。要清楚放电前电池组已存在的落后电池。放电过程中如有一只达到放电终止电压时,应停止放电,继续放电先消除落后电池后再放电。
核对性放电,不是首先追求放出容量的百分之多少,而是要发现和处理落后电池,对落后电池处理后再作核对性放电试验,这样可防止事故,以免放电中落后电池恶化为反极电池。平时每组电池至少应有8只电池作标示电池,作为了解全电池组工作情况的参考,对标示电池应定期测量并做好记录。
3.日常维护中需经常检查的项目有:清洁并检测电池两端电压、温度;检查连接处有无松动、腐蚀现象,检测连接条电压降;电池外观是否完好,有无外壳变形和渗漏,安全阀周围是否有酸雾逸出;特别注意,清洁合成树腮蓄电池外表时,不应使用香蕉水、汽油、挥发油等有机溶剂,否则可能使蓄电池外壳破裂,导致电解液漏出。同时还要检查主机设备是否正常。
免维护电池也要维护:日常的管理要周到、细致、有规范性,才能保证设备保持良好的运行状况,从而延长使用年限;直流母线要保持合格的电压和电池的放电容量;保证电池运行的安全。
4.当UPS出现故障时,应先查明原因,分清是负载还是UPS电源系统,是主机还是电池组。虽说UPS主机有故障自检功能,但它对面而不是对点,更换配件很方便,但要维修故障点,仍需做大量的分析、检测工作;另外如自检部分发生故障,显示的故障内容则可能有误;对主机出现击穿、断保险或烧毁器件的故障,一定要查明原因并排除故障后才能重新启动,否则会接连发生相同的故障。
当电池组中发现电压反极、电压降大、压差大和酸雾泄露现象的电池时,应及时采用相应的方法恢复和修复,对不能恢复和修复的要更换,但不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起,否则可能会对整个电池组带来不利影响。对寿命已过期的电池组要及时更换,以免影响到主机。
5.再好的设备也有寿命,也会出现各类故障,但维护工作做得好可以延长寿命,减少故障的发生。不要因为设备的高智能、免维修而忽略了本应进行的维护工作,预防在任何时候都是安全运行的重要保障。通信用阀控式密封铅蓄电池组中各单电池的开路电压之差不大于20mV;在通信用阀控式密封铅蓄电池的使用维护规定中,要求各单电池的浮充电压之差应当在平均电压的±50mV之内,即允许浮充电压的最高值与最低值相差不大于100mV。
一般正常使用的UPS,其电池寿命在5年左右,但目前国内有相当部分UPS电池在投入使用不到一年就开始出现问题,更有甚者,有些进口品牌的电池在制造工艺上存在先天的缺陷。这一般是由于后天缺乏必要维护造成的。值得注意的是,许多使用单位由于缺乏必要的测试维护手段,根本不清楚自己系统UPS蓄电池的状况,为UPS系统正常工作留下隐患。为此,我建议UPS系统使用单位每隔3~4个月人为将UPS电流输入端断开一次,仿真充电中断,然后检查蓄电池放电时间是否足够,若不是时,再具体判断是否是一个个电组落后,并以检查该电池端电压和内阻值为依据,发现电池“落后”。若是,则可以考虑更换落后蓄电池,以保证充电中断时能有足够的电池放电时间。
实践证明,用万用表测量UPS电池的浮充段电压无法判定旧电池是否已经失效。所以一般要离线或在线测量电池的端电压,被测电池的端电压为12V左右(对12V电池而言),最低不能低于10.5V。不足10.5V的电池即为欠压或已经失效的电池,若这种电池在经过充电或激活充电后端电压仍达不到12V,即为失效电池。这种情况下,就应该更换电池组保证UPS电源系统的正常运行。特别强调,在做任何维修工作时,须先将蓄电池保险丝取出,以切断蓄电池电路,保证设备和人员安全。
参考文献:
[1]GB/T14714-93《微小型计算机系统设备用开关电源通用技术条件》
[2]GB/T14715-93《信息技术设备用不间断电源通用技术条件》
(作者单位:周汉武 武汉交通职业学院电子与计算机系
马无畏 中国电信武汉分公司)