機架式UPS電源異常鎖機問題分析與研究

張小龍

（中國衛星海上測控部 江蘇 江陰 214431）

1 引言

在船電輸入工作正常時，機架式UPS電源經整流器、逆變器等穩壓穩流處理后，為相關設備提供電源輸出；在無正常船電輸入或者斷電時，機架式UPS電源自動無延遲進行切換，通過蓄電池對負載供電，能夠保證相關設備正常工作10 min以上，為故障處置和設備維護提供重要時間保證。該設備某次任務準備過程中，出現無輸出故障導致設備異常關機，為了探究故障發生原因，本文針對故障進行了分析研究，并提出相應的故障解決措施。

2 機架式UPS電源基本原理

機架式UPS設備為純在線式UPS架構，可持續為負載設備提供穩定、不中斷、固定電壓的純正弦波交流電源，具有輕巧自動化、功能健全的特點[1]。該型UPS電源通過數字信號處理器(DSP)監視控制設備工作狀態，提供UPS功能和遠端監控功能。本產品采用鉛鈣免保養電池。設備內部供電系統組成見圖1。

圖1 機架式UPS電源內部供電系統組成框圖

整個UPS的系統結構主要由以下7部分組成[2]。

（1）AC to DC整流轉換的PFC控制電路，AC to DC 整流轉換的PFC控制電路，經濾波后供給逆變器，給蓄電池提供充電電壓，起到一個充電器的作用。

（2）DC to AC的高頻逆變器電路。

（3）電池充電器。

（4）內部電池，UPS用來作為儲存電能的裝置，使其在市電失電時，可以將直流電逆變后，為負載提供不間斷電源。其容量大小決定了其維持放電（供電）的時間。

（5）DC to DC的升壓電路。

（6）靜態的旁路回路，當UPS要進行維修或更換電池而且負載供電又不能中斷時，可以先切斷逆變器開關然后激活維修旁路開關，再將整流器和旁路開關切斷。交流電源經由維護旁路開關繼續供應交流電給負載，此時，維護人員可以安全地對UPS 進行維護。

（7）輸入&輸出的EMI濾波電路。

當UPS正常工作時，船電經整流后，轉換成直流電，并提供充電器及逆變器工作，充電器對電池充電，而逆變器再將直流電切換產生交流輸出，整個工作模式見圖2。

圖2 機架式UPS電源正常工作流程圖

3 機架式UPS設備異常鎖機問題分析與研究

3.1 故障現象

在執行某次任務期間，我船3層肋位170至213區域、4層肋位198至223區域（3、4層船頭區域）出現區域性攝像頭畫面黑屏、網絡業務中斷、電話業務中斷等現象。同時公共網和航渡網U2000統一網絡管理系統均出現緊急告警信息，且告警時間一致。告警信息為“網管與設備通信失敗，最近發生時間2020.03.28 00:08:23”。

3.2 問題定位及處置

3.2.1 故障定位

根據上述故障現象，專業組按照從源頭到終端步驟進行故障排查，步驟如下：（1）光功率檢查：檢查機房設備上對應接口的光功率，光功率均符合指標[3]。（2）供電情況分析與檢查：分析ONU供電系統圖，發現故障ONU區域均為9號ONU分電箱供電區域；（3）檢查機房2CDB分電箱輸出電壓情況正常；（4）檢查G503機柜機架式UPS工作狀況，發現UPS出現“持續長鳴”告警聲[4]。

3.2.2 故障處置

故障位置確定后，崗位人員對故障機架式UPS進行重啟操作，設備“ON/OFF”鍵均無效，遂將UPS跳接采用船電直接電方式進行業務恢復，3 min后，故障區域攝像機圖像、電話、網絡等業務恢復正常。同時，公共網和航渡網U2000統一網絡管理系統提示告警清除，告警清除時間為2020.03.28 08:34:22，與UPS故障處理完畢時間一致。

3.3 機理分析

依據UPS出現故障時出現的“持續長鳴”告警、LCD液晶面板“FAIL”提示符以及“Er10”錯誤代碼3個現象查詢產品說明手冊。其中“持續長鳴”告警、LCD液晶面板“FAIL”提示符均說明故障機架式UPS電源處于異常鎖機狀態；錯誤代碼“Er10”代表逆變器過電流。因此，故障原因定位為負載電流過大[5]。

為進一步確定閉環問題原因，崗位人員查詢機架式UPS設備負載性能指標（見表1），在230 V外接電的情況下此設備的有效功率為800 W。當輸出負載超過105%（840 W），且持續一段時間無改善后主控板啟動保護機制，UPS輸出斷開。

表1 機架式UPS設備負載性能指標圖

崗位人員梳理發生故障時使用該UPS電源的設備情況（見表2），梳理完畢并綜合計算后，UPS后端連接設備實際運行功率在769～1 029 W之間，若兩個以上室外槍型攝像頭云臺同時運行狀態下時，UPS電源總負載超出105%的設置閾值，UPS電源啟動保護機制，斷開供電輸出。

表2 機房機架式UPS設備負載統計表

3.4 問題復現

為進一步驗證問題定位情況，崗位人員在該型UPS設備后連接可調功率焊臺進行模擬測試（測試原理見圖2，測試數據見表3）。當可調功率焊臺工作在800 W以下且連續工作時，未發生同類型告警且UPS電源工作正常；當持續工作在1 000 W時，短時間內告警并斷開輸出；使用可調功率焊臺將功率在1 min之內從700 W調整至1 200 W時（模擬多云臺同時工作），UPS電源快速產生告警并斷開輸出。

表3 模擬測試數據統計表

3.5 解決措施

通過故障分析與定位，可以確定故障原因為機房機架式UPS電源超負載運行，造成UPS主控板啟動自我保護機制，UPS輸出斷開[6]。故障確定后，崗位人員根據設備使用需求，合理負載分配，機架式UPS電源長期工作正常，問題得到解決。

4 結語

該設備問題的發生、定位、排除以及復現過程為崗位人員進一步積累了設備狀態管控經驗。專業組根據此問題經驗教訓進行了舉一反三，進一步梳理和核算了存在此類型單點問題的供電網絡中的設備總負載，重新進行負載分配，規避了同類型問題的發生，特別是針對各類設備不同工作狀態下的功率狀態進行了經驗總結，為持續提升通信設備運行維護能力和通信業務保障能力奠定了基礎。