不間斷電源供電故障分析與解決措施

鄒彤男

（山東廣域科技有限責(zé)任公司，山東 東營(yíng) 257081）

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、檢測(cè)儀器、計(jì)算機(jī)等精密設(shè)備對(duì)電源的穩(wěn)定性要求越來越高。一旦設(shè)備電源出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，易損壞高精密設(shè)備，給企業(yè)造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，不間斷電源（UPS）對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)具有重要作用。由于UPS本身具有的供電穩(wěn)定性，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域[1]。本文對(duì)不間斷電源在運(yùn)行過程中常見的故障進(jìn)行分析研究，提出了一些檢測(cè)方法，用以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)故障并予以解決，從而有效提高不間斷電源的穩(wěn)定性。

1 不間斷電源概述

1.1 不間斷電源工作原理

為了保證在斷電時(shí)能夠正常工作，不間斷電源擁有一套獨(dú)立的蓄電池。正常情況下，不間斷電源使用外部電源，同時(shí)外部電源給蓄電池充電。當(dāng)外部電源斷開時(shí)，蓄電池給不間斷電源供電。根據(jù)上述工作原理，不間斷電源供電模式主要包括以下三種。

（1）主電源供電模式

此模式是不間斷電源的正常工作狀態(tài)。此時(shí)，電壓為175～264 V的交流電（也即市電）給UPS設(shè)備提供電源，同時(shí)為設(shè)備中的蓄電池充電。

（2）蓄電池供電模式

當(dāng)市電突然中斷供電時(shí)，設(shè)備中的蓄電池會(huì)立即輸出電力，為不間斷電源負(fù)載端供電。由于蓄電池的電量有限，如果主電源中斷時(shí)間較長(zhǎng)，設(shè)備中的元器件具有優(yōu)先級(jí)供電設(shè)置。即如果蓄電池為UPS所有設(shè)備提供0.5 h左右后主電源還處于中斷狀態(tài)，則設(shè)備將會(huì)優(yōu)先給通信元件進(jìn)行供電，而斷開其他元器件的供電[2]。

（3）靜態(tài)旁路供電模式

此模式要求不間斷電源同時(shí)擁有多套UPS設(shè)備，且相互之間并聯(lián)連接。以2套并聯(lián)UPS組成的不間斷電源為例，此時(shí)不間斷電源擁有2回路。此2回路是靜態(tài)旁路，正常時(shí)UPS電源1和UPS電源2作為主供電電源。當(dāng)電源1出現(xiàn)故障時(shí)，電源2可以通過靜態(tài)旁路為電源1所供的負(fù)載供電[3]。

1.2 不間斷電源分類

1.2.1 后備式

圖1為后備式不間斷電源結(jié)構(gòu)原理圖。可以看出，當(dāng)市電正常供電時(shí)，UPS電源的負(fù)載直接由市電提供工作電源，同時(shí)市電經(jīng)過充電器后的電能儲(chǔ)存在電池組內(nèi)。如果市電供電中斷，電池組會(huì)經(jīng)逆變器逆變后為UPS設(shè)備負(fù)載端提供電源。后備式UPS設(shè)備具有價(jià)格低、電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，比較適合應(yīng)用功率低于2 kVA的設(shè)備。市電中斷到蓄電池正常供電期間，需要的時(shí)間（也即轉(zhuǎn)換時(shí)間）通常為4～10 ms。

圖1 后備式UPS電源主機(jī)原理結(jié)構(gòu)圖

1.2.2 在線互動(dòng)式

“在線”主要是表示UPS的逆變器雖然在正常運(yùn)行但并沒有輸出功率，此時(shí)逆變器一直處于待命狀態(tài)，且給蓄電池充電。由于逆變器一直處于待命狀態(tài)，市電中斷時(shí)，蓄電池中的電量可以立即通過逆變器逆變后為UPS負(fù)載供電，極大地縮短了轉(zhuǎn)換時(shí)間。圖2為在線互動(dòng)式不間斷電源結(jié)構(gòu)原理圖。此結(jié)構(gòu)工作比較適合應(yīng)用功率低于5 kVA的設(shè)備。

圖2 在線互動(dòng)式UPS電源主機(jī)原理結(jié)構(gòu)圖

1.2.3 雙變換在線式

如果有市電存在，則整流器實(shí)現(xiàn)AC-DC轉(zhuǎn)換功能，一方面向DC-AC逆變器提供能量，一方面向蓄電池充電。該整流器一般是可控硅整流器，但也有IGBT-PWM-DSP高頻變換新一代整流器。逆變器完成DC-AC轉(zhuǎn)換功能，向輸出端提供高質(zhì)量電能，無論由市電供電或由電池供電，其轉(zhuǎn)換時(shí)間都為0。當(dāng)逆變器過載或發(fā)生故障時(shí)，逆變器停止輸出，靜態(tài)開關(guān)自動(dòng)轉(zhuǎn)換，由市電直接向負(fù)載供電[4]。雙變換在線式UPS電源主機(jī)原理結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示。

圖3 雙變換在線式UPS電源主機(jī)原理結(jié)構(gòu)圖

2 UPS電源供電故障及原因分析

2.1 UPS系統(tǒng)電阻器失效

不間斷電源系統(tǒng)中存在許多電阻元器件。運(yùn)行過程中，由于電阻元器件容易產(chǎn)生熱量而導(dǎo)致工作溫度較高，易使電阻元器件失效。所以，電阻器失效故障是最常見的故障之一。

2.2 UPS系統(tǒng)電容器失效

在不間斷電源系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由于電容器在長(zhǎng)期使用過程中容易出現(xiàn)擊穿或參數(shù)退化問題，從而導(dǎo)致電容器失效。電容器失效也是不間斷電源系統(tǒng)最常見的故障之一。

2.3 UPS系統(tǒng)繼電器模塊失效

繼電器模塊失效主要有以下幾種情況。第一，當(dāng)繼電器模塊出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)使繼電器線圈出現(xiàn)短路或斷路情況，驅(qū)動(dòng)三極管會(huì)遭到破壞，使繼電器模塊失效；第二，繼電器的三極管出現(xiàn)短路情況時(shí)，繼電器無法正常斷開，使其長(zhǎng)期處于吸合狀態(tài)，從而使繼電器模塊失效；第三，如果繼電器觸點(diǎn)接觸不良，則不間斷電源會(huì)因接觸不良使繼電器無法長(zhǎng)期正常穩(wěn)定工作，從而導(dǎo)致繼電器模塊失效。

3 UPS電源供電故障解決方法

3.1 觀察法

觀察法主要是通過看、聽、嗅、摸等方式對(duì)UPS電源故障發(fā)生部位以及原因進(jìn)行診斷。

“看”是對(duì)UPS電源故障最直接的觀察分析。“看”主要是通過以下步驟對(duì)故障進(jìn)行分析：①查看UPS電源是否存在短路現(xiàn)象；②觀察UPS系統(tǒng)中的線路是否老化；③查看UPS元器件是否完好，主要觀察系統(tǒng)中各個(gè)元器件是否存在異常現(xiàn)象；④觀察UPS電源系統(tǒng)中電路各個(gè)連接點(diǎn)是否連接緊密，確保無松動(dòng)現(xiàn)象。

（2）“聽”主要是通過不間斷電源在運(yùn)行過程是否存在異常聲音，從而判定故障。在不間斷電源運(yùn)行時(shí)，有許多元器件會(huì)發(fā)出聲音。因此，觀察者可以根據(jù)這些元器件發(fā)出的聲音特點(diǎn)確定故障發(fā)生的部位及原因。

（3）“嗅”主要是檢測(cè)電源系統(tǒng)各個(gè)元器件和電路中是否產(chǎn)生異常氣味，如果有，則根據(jù)異常氣味發(fā)出的部位確定故障發(fā)生的位置。

（4）“摸”主要是技術(shù)人員通過用手觸摸電源系統(tǒng)中的元器件，以查看這些器件是否存在異常情況。但是，無經(jīng)驗(yàn)者不適合采用此方法，因?yàn)殡娫聪到y(tǒng)中有許多帶電或高溫裝置，只有有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員才能有效避免這些裝置給人身造成的傷害。

3.2 分級(jí)壓縮測(cè)試法

如果出現(xiàn)的故障無法用觀察法直接找出，可以采用分級(jí)壓縮測(cè)試法。此方法主要是對(duì)UPS電源進(jìn)行逐步檢測(cè)分析，逐漸縮小查找范圍，進(jìn)而找到故障發(fā)生位置。通常情況下，分級(jí)壓縮測(cè)試法劃分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試法。靜態(tài)測(cè)試法主要是通過測(cè)量電源系統(tǒng)中電路的阻值，從而判定檢測(cè)的電路是否發(fā)生故障。動(dòng)態(tài)測(cè)試法主要是通過測(cè)量電源系統(tǒng)中電路的電壓、電流等參數(shù)，判定電路是否正常。由于分級(jí)壓縮測(cè)試法主要是對(duì)電路的阻值、電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試分析，因此測(cè)試點(diǎn)通常是電源系統(tǒng)中各個(gè)元器件的輸入和輸出端[5]。

4 結(jié) 論

通過對(duì)不間斷電源供電系統(tǒng)研究分析可知，UPS在供電過程中容易出現(xiàn)電阻器、電容器、繼電器模塊等失效問題。由于不間斷電源對(duì)電源的穩(wěn)定性具有重要作用，因此發(fā)生時(shí)需要快速維修，以減少因故障而產(chǎn)生的損失。技術(shù)人員可以通過采用觀察法和分級(jí)壓縮測(cè)試法快速找到故障原因，從而有針對(duì)性地開展維修工作。