論UPS的基礎(chǔ)配置與維護(hù)保養(yǎng)

付廣榮

摘 要：不間斷供電系統(tǒng)UPS（Uninterruptible Power System）作為保護(hù)設(shè)備或者數(shù)據(jù)的最后一道屏障，越來越受到用戶的關(guān)注與重視，尤其是精密儀器較多的場所或者大型數(shù)據(jù)交互中心，人們對UPS的需求越來越高，在數(shù)量、質(zhì)量、性能等方面都有了具體的要求。因此UPS在其物理結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)配置、電池后備時間、維護(hù)保養(yǎng)以及故障的響應(yīng)時間等方面都有了長足的進(jìn)步與發(fā)展，以滿足當(dāng)前時代發(fā)展的需要。

關(guān)鍵詞：UPS（Uninterruptible Power System）；物理結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)配置；電池；后備時間

中圖分類號：TL503.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）30-0173-02

1 UPS結(jié)構(gòu)、分類、原理與作用

UPS電源系統(tǒng)主要主路、自動旁路、手動維護(hù)旁路、電池組、進(jìn)行AC/DC（交流/直流）變換的整流器、進(jìn)行DC/AC（直流/交流）變換的逆變器等幾大主要部分構(gòu)成。其分類按結(jié)構(gòu)可分為直流UPS與交流UPS；按備用時間可分為標(biāo)準(zhǔn)型與長效型；按工作原理可分為后備式、在線互動式、在線式三種類型……目前市面上容量大于3kV以上的UPS基本上是在線式（圖1）。

從圖1可以看出UPS工作的原理可以簡單的表述為：當(dāng)市電輸入正常時，電源會經(jīng)過整流器、逆變器從而使輸出端獲得優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的電源提供負(fù)載側(cè)使用；當(dāng)整流器發(fā)生故障時，先由電池組放電經(jīng)逆變器供負(fù)載使用，而當(dāng)放電完畢或者逆變器亦發(fā)生故障時，此時會切換至自動旁路進(jìn)行供電，此時負(fù)載側(cè)的電源是由市電直接供應(yīng)，與經(jīng)主路的電源質(zhì)量相較會差一些；當(dāng)自動旁路失效時或者該UPS需要進(jìn)行停機檢修時，我們需切換至手動維護(hù)旁路進(jìn)行工作。從UPS的工作原理可以得出其主要的兩點作用：（1）當(dāng)市電穩(wěn)定時，UPS作為穩(wěn)定器為負(fù)載側(cè)提供穩(wěn)頻、穩(wěn)壓、純凈的電源；（2）當(dāng)市電異常時，由電池組為負(fù)載進(jìn)行供電，因此電池組可近似等效于一臺發(fā)電機。

2 選型與配置

UPS選型根據(jù)其原理我們一般選擇在線式UPS作為我們的首選，這是考慮到UPS后續(xù)如何配置、對終端設(shè)備的穩(wěn)定度以及對數(shù)據(jù)的保護(hù)作用等因素。那么選擇在線式UPS的好處有哪些呢？首先在線式UPS的逆變器始終處于工作狀態(tài)，保證了當(dāng)市電失效時，可以實現(xiàn)無縫切換至電池組工作保證后續(xù)負(fù)載不斷電；其次由于有整流器、逆變器的作用，當(dāng)市電出現(xiàn)欠壓、過壓、諧波干擾等不可控因素時也能為負(fù)載提供穩(wěn)頻、穩(wěn)壓、無干擾的交流電，最大限度的保證了負(fù)載不受影響；再次在線式UPS可與外加電池組和優(yōu)質(zhì)發(fā)電機組聯(lián)合工作，使得UPS成為長時間不間斷供電電源。根據(jù)在線式UPS的工作特性以及用戶的實際需求出發(fā)，用戶可以根據(jù)設(shè)備的重要性及實際需求對UPS進(jìn)行有效的配置，目前較為主流的配置方式有單旁路系統(tǒng)、雙旁路系統(tǒng)、UPS+柴油發(fā)電機（組）、1+1冗余并機系統(tǒng)、N+1冗余并機系統(tǒng)等，以目前使用最為普遍且可靠度較高的1+1冗余并機系統(tǒng)為例（圖2）。

從圖2中我們可以很清楚的了解到1+1冗余并機系統(tǒng)的優(yōu)點：首先，它的主選電源與備選電源可以通過前級的ATS進(jìn)行選擇后輸入，因為ATS的作用是可以選擇一路可靠的市電作為主選電源，另一路市電或者柴油發(fā)電機組可作為備用電源使用；其次，它的主路與旁路（靜態(tài)旁路與手動維修旁路）的電源輸入是獨立的，當(dāng)主路電源輸入故障時，不會影響到旁路模式工作；再次，它的輸出是冗余模式，當(dāng)其中一臺UPS發(fā)生故障時，所有負(fù)載設(shè)備會自動加載到另一臺UPS上，由工作正常的UPS進(jìn)行電源供應(yīng)，以保持負(fù)載可以得到持續(xù)的純凈的交流電；最后所引入的UPS是雙旁路結(jié)構(gòu)，即使整流器、逆變器故障而導(dǎo)致UPS設(shè)備不能正常工作，也可切換至手動維護(hù)旁路狀態(tài)，以保證負(fù)載優(yōu)先得到市電保障。

3 電池配置

從第一部分的介紹中我們得知UPS本身不具備不間斷供電的作用，在市電正常的情況下它只是一臺穩(wěn)定器，而它只有與外加電池組聯(lián)合工作才能成為不間斷供電系統(tǒng)，因此如何對電池組進(jìn)行有效配置是發(fā)揮UPS作用的關(guān)鍵工作。圖3是一個計算電池容量的一個簡要公式。

從圖3中的公式，很容易的計算出電池的放電時間即電池組的后備時間，而具體的后備時間則根據(jù)不同的場合進(jìn)行不同的設(shè)計，其中還要涉及購買的電池的成本、電池放置的場所以及電池的更換等一系列后續(xù)工作等等，一般重要場所電池的后備時間以0.5h-4h為宜。

4 維護(hù)

UPS如此重要，因此對它的維護(hù)保養(yǎng)工作是必不可少的，首先，它需要在適宜的溫濕度環(huán)境下工作，一般溫度在0℃-35℃之間，推薦溫度為25℃，濕度在0%-95%之間；其次，需要定期對設(shè)備主機進(jìn)行巡檢，這部分工作可由廠家或者設(shè)備代理商完成，使用專用軟件對設(shè)備的運行參數(shù)、設(shè)備部件的運行情況、歷史數(shù)據(jù)等等加以分析確保設(shè)備始終處在最優(yōu)的工作狀態(tài)之中；再次，要對電池組進(jìn)行定期放電維護(hù)，因為UPS電池組始終處于浮充狀態(tài)之下，而微放電會對電池的性能造成影響，最終導(dǎo)致電池的使用壽命縮短，因此有條件的地方可每3個月對電池組進(jìn)行一次深度放電維護(hù)，查看電池的放電速率，測量每一節(jié)電池的電壓、內(nèi)阻、溫度等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)某節(jié)電池的性能出現(xiàn)下降時，要做電池活化或者更換該節(jié)電池，以免造成整組電池性能的下降；最后，我們可以對UPS的主機與電池組采取監(jiān)控，在專用的監(jiān)控軟件下實時讀取當(dāng)前的設(shè)備的運行狀態(tài)與參數(shù)，同時在每一次維護(hù)時可以將歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，以保證每一次的維護(hù)工作達(dá)到最優(yōu)。

5 結(jié)束語

UPS的地位隨著設(shè)備的不斷發(fā)展而提高，當(dāng)前UPS的結(jié)構(gòu)、性能與配置也到了一個比較成熟的階段，因此如何提高用戶的使用滿意度是我們作為服務(wù)人員所要思考的。只有將維護(hù)工作做到位，故障響應(yīng)時間最短，維修準(zhǔn)確、及時、到位，這樣才能將UPS的性能發(fā)揮到極致，也才能滿足不斷增長的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張穎超，楊貴恒，常思浩，等.UPS原理與維修[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007，3.

[2]周志敏.UPS供電系統(tǒng)設(shè)計與工程應(yīng)用實例[M].北京：中國電力出版社，2012，2.

[3]周志敏，紀(jì)愛華.快速掌握UPS工程應(yīng)用及故障處理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013，11.endprint