UPS電源在博物館安防供配電系統中的應用與維護

摘要：隨著現代科技和文博事業的蓬勃發展，各類新技術、新產品不斷運用到博物館安防系統中來，而有效的供配電是安防系統設備正常運行的基礎，也是保障博物館文物安全和人身財產安全的重要支撐;本文主要介紹了廣西民族博物館UPS電源設備的選型、基本組成和工作原理，并就UPS電源使用過程中注意事項及日常維護進行了論述。

關鍵詞：博物館;UPS電源;安防供配電;應用

一、引言

廣西民族博物館是以收藏、研究和展示廣西12個世居民族的傳統文化為主要工作任務，同時兼顧對國內其他省份及世界各民族的文化研究、文物資料收藏和宣傳展示的省級專題民族博物館。為確保館藏文物安全，廣西民族博物館建成了一套較為完備的安全防范系統，主要包括有視頻監控系統、入侵報警系統、出入口控制系統、電子巡更系統、對講系統、安防集成管理系統以及安防配電系統等。

根據GB50348-2018《安全防范工程技術標準》[1]和GB/T 15408-2011《安全防范系統供電技術要求》[2]以及GB 51348-2019《民用建筑電氣設計標準》[3]相關標準及要求，高風險等級單位或部位宜配置備用電源。安全防范系統的主電源斷電后，備用電源應在規定的應急供電時間內，保持系統狀態，記錄系統狀態信息，并向安全防范系統特定設備發出報警信息，其中視頻監控系統關鍵設備的應急供電時間不宜小于1小時;入侵和緊急報警系統的應急供電時間不宜小于8小時。

二、UPS電源在博物館安防供配電系統中的應用與維護

2.1什么是UPS電源

UPS（Uninterruptible Power System），即不間斷電源。UPS電源的作用是在市電出現異常或中斷時，將其蓄電池中的直流電能變換為交流電能繼續給負載供電，避免或減少停電造成的損失。目前市場上銷售的UPS電源品牌型號和系統容量雖有所不同，但其工作原理和主要功能基本上是一樣的。

（一）UPS電源基本組成

UPS電源主要由蓄電池組、整流模塊（REC）和逆變模塊（INV）組成的AC-DC-AC變換主回路、兩組反向并聯的可控硅組成的旁路靜態開關、輸出隔離變壓器和靜態開關、維修旁路空開Q3BP以及輸入/輸出空開Q1/Q5等組成，如圖1所示。

CPTH系列UPS電源基本工作方式是主路交流電源從空氣斷路器Q1輸入，通過AC/DC變換，一路給并接在直流母線上的蓄電池組進行浮充充電;另一路向逆變模塊提供可靠的輸入直流電，通過DC/AC變換，為負載提供高質量、高可靠電源。UPS系統用實時處理和全數字控制技術，從主回路靜態開關輸出穩定、潔凈、不間斷的交流電源。輸入電源也可以從包含有靜態開關的旁路回路向負載供電。另外，在要求負載電源不停電而對UPS內部進行維修時，可使用維修旁路開關Q3BP。[4]

（二）UPS電源分類

UPS電源按其工作原理分類，可分為在線式、在線互動式和后備式三種類型。

a.在線式UPS

運行原理：在市電正常時，市電通過濾波整流，并將交流電轉換為平常直流電后分兩路，一路進入充電器對蓄電池進行充電，另一路供給逆變器，由逆變器將直流電轉換為交流電供負載使用。

b.在線互動式UPS

運行原理：在市電正常時，由市電向負載供電;當市電偏高或偏低時，通過UPS穩壓后輸出;當市電異常或停電時，通過轉換開關轉為蓄電池供電。

c.后備式PUS

運行原理：在市電正常時，由市電通過濾波穩壓后給負載供電;當市電停電或者超出工作范圍時，將蓄電池的提供的直流電轉變成穩定的交流電后供電給負載。

（三）UPS電源工作模式

UPS電源在市電正常與中斷的情況下有四種不同的工作模式，具體如下：

a.正常運行模式

當市電正常供電時，UPS電源將市電交流電轉換成平滑的直流電，對蓄電池組進行充電，以備市電中斷時使用。而當市電電壓過高、過低或者頻率不能保持在一個穩定的范圍內時，UPS電源可以將其穩定在偏差較小的電壓值和頻率，為負載提供穩定且干凈的電力。

b.電池工作模式

當市電發生中斷時，交流電的輸入被切斷，UPS電源整流器不再工作，這時蓄電池組開始放電，逆變器將直流電轉換為交流電，繼續給負載提供電力。因UPS電源的電力來源是蓄電池，而且蓄電池的容量也是有限的，若要延長放電時間，則須購買長延時UPS電源。當市電恢復后，UPS電源自動無間斷地切換到正常工作模式。

c.旁路運行模式

當在線式UPS電源遭遇超載、旁路命令（手動或自動）、逆變器過熱或機器故障時，UPS電源自動無間斷切換到靜態旁路電源給負載提供電力。如UPS電源過載時，必須人為減少負載，否則旁路短路器會自動切斷輸出。

d.旁路維護模式

當UPS電源需要進行檢修且輸出不能中斷時，通過手動閉合維修開關，將負載轉由旁路直接供電，以保證負載設備正常供電維護。當檢修完成后，重新啟動UPS電源，此時UPS電源轉為正常運行。

2.2 UPS電源使用和維護注意事項

UPS電源因其主機智能化程度高，雖然采用免維護蓄電池，但在使用過程中還應在諸多方面引起注意，以確保使用安全。

1）使用新安裝的UPS電源時，應先對蓄電池組進行充電，以保證電量充足的情況下再接入負載。若UPS電源長期不用時，應每隔2～3個月做一次充放電，并讓UPS電源處于逆變器工作狀態下2～3分鐘，以保證蓄電池的正常壽命。

2）UPS電源開機時，應先合上UPS電源，然后再逐個合上負載，這樣可以避免啟動時瞬間電流對UPS電源造成沖擊;關機時的順序應與開機順序相反，先關閉各個負載，最后關閉UPS電源。

3）UPS電源在使用過程中，禁止頻繁地關閉和開啟UPS電源，中間至少要間隔6秒以上，否則UPS電源可能處于“啟動失敗”的狀態，即UPS電源處于既無市電輸出，又無逆變輸出的狀態。

4）UPS電源在使用過程中，嚴禁將電動機、復印機等感性負載接入UPS，因感性負載的啟動電流往往會達到額定電流的4～7倍，這樣會引起UPS電源瞬時超載，從而影響UPS電源的使用壽命。

5）UPS電源在使用過程中，要避免負載過大或過小，合理負載應控制在60%～80%之間。過大的負載會讓UPS電源長期處于超負載運行狀態，從而縮短UPS電源使用壽命;如果負載過小，UPS電源長期處于不正常的工作狀態，這對于UPS電源也是一種危害。

6）在長期不發生停電的情況下，每2～3月將市電人為斷開，讓UPS電源帶負載放電一次，放出額定容量的30%～40%，以便蓄電池保持活性，有效避免電池極板酸化，使電池極板處于良好工作狀態，放電后應及時對蓄電池組進行充電，以延長其使用壽命。

7）定期對UPS主機進行內部除塵，大量灰塵容易導致機器內部元器件散熱性能下降，嚴重時會造成器件短路引發機器故障。在除塵清理工作的同時做好元器件外觀檢查，及時發現問題并進行處理，這樣可以大大提高UPS電源的穩定性和可靠性。

8）定期檢查蓄電池殼體有無滲漏、變形、裂紋、污跡;接線柱有無松動和腐蝕等情況。

9）定期對UPS電源進行外觀巡視，發現散熱風扇故障時應及時進行更換，以防止高溫對UPS電源造成損壞。

10）當UPS電源出現故障時，應先查明原因，分清是UPS系統還是負載，是主機還是蓄電池組。

11）UPS電源在使用過程中，每月要檢查一次浮充電壓，單只電池的浮充電壓低于V時，則應對整組電池進行均衡充電。

12）蓄電池的使用壽命除與設計和制造有關外，還與蓄電池的運行環境有著密切聯系，其最佳運行環境溫度應在25℃左右，適宜的環境溫度能讓蓄電池發揮最佳潛能，相反則會影響蓄電池的使用壽命。如果在低溫下運行會使蓄電池容量下降，而在高溫下運行會使蓄電池壽命降低。

13）更換蓄電池時，應先關閉UPS電源并脫離市電，使用帶絕緣手柄的螺絲刀，不要將工具放在蓄電池上，嚴禁將蓄電池正負極短路或反接。

2.3 UPS電源在博物館中的具體應用

廣西民族博物館作為一級風險單位，如何保證安防系統不間斷運行，其中最重要的一條就是要有持續不間斷的電力供應。為此，廣西民族博物館在建館之初就考慮配備UPS電源以及柴油發電機。目前國內大多數博物館也是采用UPS電源作為安防系統的備用電源。UPS電源作為保供電的核心，它為安防設施設備的正常運行提供了強有力的電力保障，是確保文物安全、人身財產安全的重要支撐。

在UPS電源類型選擇上，廣西民族博物館選擇了在線式UPS電源系統，這是因為在線式UPS電源具有零時間切換各類供電，自身供電時間長短可選，并具有穩頻、穩壓、凈化等特點。當市電正常時，在線式UPS電源除給負載提供電力外，同時對蓄電池組進行充電;當監測到UPS電源故障時，自動旁路功能啟動，由市電直接向負載提供電力，并發出聲響報警;一旦市電中斷時，由蓄電池組進行放電供負載使用，如遇市電中斷時間過長，蓄電池組儲能即將耗盡時，將啟動柴油發電機作為輸入電源為UPS提供電力保障。

三、結語

隨著我國經濟與現代科技的快速發展，UPS電源已經廣泛應用于國防、通訊、金融、醫療、教育、安防等領域，其本身也不斷朝著數字化、智能化、網絡化方向發展。博物館安全防范系統的穩定與否，直接關系到館藏文物安全和人身財產安全。UPS電源是博物館安全防范系統設備可靠運行的重要保障，如何建立一個安全、穩定的安防供配電系統是每一位文博人需共同關注的問題。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部，國家市場監督管理總局.安全防范工程技術標準[S].2018.

[2]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.中國國家標準化管理委員會.安全防范系統供電技術要求[S].2011.

[3]中華人民共和國住房和城鄉建設部，國家市場監督管理總局.民用建筑電氣設計標準[S].2019.

[4]白朝林.不間斷電源在屏蔽門系統中的應用[J].現代城市軌道交通，2013（3）.

作者簡介：楊榮，1976年8月，男，漢族，湖南澧縣人，本科，館員，研究方向：文物保護研究，工作單位：廣西民族博物館。