中波臺不間斷電源的日常維護(hù)和檢修策略研究

馬利芬

（作者單位：湖北省廣播電視局麻城中波轉(zhuǎn)播臺）

在我國，不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS）的應(yīng)用非常廣泛，在電力、軍工、航空、航天、計算機(jī)、辦公自動化、廣播電視等領(lǐng)域已成為必不可少的電源設(shè)備。將UPS電源設(shè)置在市電電網(wǎng)與負(fù)載之間，唯一的目的是改善負(fù)載的供電質(zhì)量，并且在市電有故障時向負(fù)載提供不間斷、優(yōu)質(zhì)、高效、可靠的交流電，使負(fù)載正常運行[1]。同樣，中波臺站對供電電源也提出了嚴(yán)格要求，這使UPS電源在中波臺站的重要性顯得尤為突出。對于值班員來說，其正確合理地使用并維護(hù)好UPS電源是非常重要的。

1 UPS電源基本原理

UPS是交流不間斷電源系統(tǒng)的簡稱，當(dāng)交流電網(wǎng)輸入發(fā)生異常時，其可繼續(xù)向負(fù)載供電，并能保證供電質(zhì)量，使負(fù)載供電不受影響。UPS電源能夠為負(fù)載提供主備兩套供電系統(tǒng)，備用電源和主電源通過靜態(tài)開關(guān)進(jìn)行切換，切換時間極短且主、備電源始終保持鎖相同步，因此停電時電源并沒有中斷，這就為負(fù)載連續(xù)、可靠地運行提供了強(qiáng)有力的保障。當(dāng)前，UPS電源主要有在線式和后備式兩種類型，其原理本質(zhì)上并不相同。在線式UPS電源將要輸入的市電經(jīng)過整流濾波處理后，對部分直流電進(jìn)行存儲，其余則轉(zhuǎn)化為220 V、50 Hz的交流電壓輸出。一旦出現(xiàn)市電故障，則由儲存電池組經(jīng)過逆變電路，將電流轉(zhuǎn)化為220 V、50 Hz的交流電壓。該設(shè)備能確保電源不間斷、連續(xù)地供電,因此，在線式UPS常用于關(guān)鍵系統(tǒng)、重要數(shù)據(jù)的供電系統(tǒng)中。后備式UPS是在市電供電時由旁路開關(guān)直接輸出，一旦出現(xiàn)斷電故障情況，電池組經(jīng)逆變電路逆變成220 V、50 Hz的交流電流輸出[2]。

如圖1所示，在UPS電源供電中，K1為電路主動輸入開關(guān)，K2為旁路開關(guān)，K3為外部維修開關(guān)，K4是輸出開關(guān)。當(dāng)主路供電正常時，UPS電源正常工作,一般來說，UPS電源通過輸入開關(guān)→整流器→逆變器→輸出開關(guān)，提供高品質(zhì)的交流電源,同時將部分電流進(jìn)行儲存作為備用電源。當(dāng)主路電路發(fā)生故障時，系統(tǒng)會直接切換到備用電源應(yīng)急，由電池通過逆變器提供用電,主路恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動將電路恢復(fù)到正常工作模式。當(dāng)電路出現(xiàn)逆變器過載延時時間長、超額負(fù)載時，系統(tǒng)會自動切換工作模式，將當(dāng)前的工作模式切換到靜態(tài)旁路工作模式。通常靜態(tài)旁路工作模式有兩種類型，一種是自動恢復(fù)正常模式，另一種則是需要手動調(diào)整到正常模式。當(dāng)處于靜態(tài)旁路工作模式下，系統(tǒng)會通過旁路的輸入開關(guān)負(fù)責(zé)供電，當(dāng)過載消除后，自動恢復(fù)到正常供電模式[3]。

圖1 UPS電源構(gòu)成原理圖

2 中波臺UPS電源故障檢修

目前，湖北省中波臺UPS電源大部分采用的是在線式電源，其基本原理同上。值班員在實際使用過程中，不可避免碰到各種故障，為確保UPS電源的合理操作，降低故障概率，延長UPS電源的使用壽命，筆者將依據(jù)中波臺實踐經(jīng)驗對UPS電源基本故障類型和維護(hù)方法作出以下的簡要闡述。

2.1 中波臺UPS電源的操作模式

中波臺在線式UPS電源有正常工作、電池供電、旁路供電、手動旁路維護(hù)4種操作模式，其工作原理框圖2：

圖2 中波臺在線式UPS工作原理框圖

（1）UPS電源正常工作模式：市電正常的情況下，市電經(jīng)由整流器至逆變器，提供負(fù)載所需的電源，同時，整流器也對電池充電。控制面板上的LED燈發(fā)生變化，IN與OUT燈會亮起，BATT燈閃爍。

（2）UPS電源電池供電模式：當(dāng)市電中斷或超過容許的范圍外，此時負(fù)載由電池能量轉(zhuǎn)換來提供，控制面板上的OUT燈、BATT燈同時亮。

（3）UPS電源旁路供電模式：當(dāng)市電正常時，由市電直接給后端負(fù)載供電，電池不供電時，設(shè)備未啟動，這時，控制面板上的OUT燈熄滅，IN、BY燈會亮，BATT燈閃爍。

（4）手動旁路維護(hù)模式：利用手動旁路維護(hù)開關(guān)，可以在進(jìn)行維護(hù)工作時繼續(xù)對負(fù)載供電。

2.2 中波臺UPS電源的典型故障檢修

（1）當(dāng)市電有電時，UPS電源依然出現(xiàn)市電斷電告警，在確定外部市電供電穩(wěn)定的情況下，出現(xiàn)這種情況的原因可能是市電或旁路輸入空開跳閘，此時技術(shù)人員需檢查UPS輸入空開是否損壞或其保險絲被燒斷。也有可能是UPS電源內(nèi)部的市電檢測電路出現(xiàn)故障，要檢查UPS市電檢測回路。

（2）當(dāng)市電正常時，UPS電源輸出正常，市電斷電后，負(fù)載也跟著斷電，如果UPS電源處于正常開機(jī)的情況下，導(dǎo)致故障原因如下：一是電池處于欠壓狀態(tài)或者電池已經(jīng)老化、損害，技術(shù)人員要立即對電池充電或更換電池；二是負(fù)載未接到UPS電源輸出，或負(fù)載過載，UPS電源旁路輸出，這時要重新將負(fù)載連接到UPS電源輸出或減輕負(fù)載；三是逆變器損壞，UPS電源旁路輸出，檢查逆變器即可。

（3）UPS電源無法啟動。出現(xiàn)這種故障的原因除了電池的電壓不足或輸入連接線未接好導(dǎo)致外，可能是UPS電源的內(nèi)部開機(jī)電路或電源電路導(dǎo)致，技術(shù)人員需要檢查開機(jī)電路和電源電路。還有可能是UPS電源內(nèi)部的整流、升壓、逆變等部分器件損壞造成的。

（4）UPS電源開機(jī)時，市電空開跳閘，技術(shù)人員應(yīng)立即對市電空開進(jìn)行檢查，看是否存在漏電保護(hù)，有的話更換為無漏點保護(hù)的空開。故障原因還有可能是UPS電源內(nèi)部整流、升壓、逆變等部分器件損壞、短路導(dǎo)致。

（5）UPS電源在使用時出現(xiàn)蜂鳴器長鳴報警。出現(xiàn)此類故障，可能是以下幾方面的原因：一是有大負(fù)載或大沖擊負(fù)載啟動，接入時應(yīng)按先大后小的順序；二是輸出端短路；三是UPS電源的內(nèi)部逆變回路發(fā)生故障或UPS電源保護(hù)、檢測電路誤動作，應(yīng)檢查相應(yīng)電路。

（6）UPS電源工作正常，但負(fù)載微機(jī)突然死機(jī)。如果重啟負(fù)載微機(jī)依舊如此，原因是UPS電源輸出零地電壓過高，技術(shù)人員要檢測UPS電源輸出端的零線對地線間的電壓是否在5 V內(nèi),必要時可在UPS的輸出端零地間并一個1～3 kΩ電阻，還有可能是UPS的電源地與負(fù)載地未接到同一個點上。

3 中波臺UPS電源的日常維護(hù)策略

為確保UPS電源能夠穩(wěn)定工作，減少故障出現(xiàn)頻率，技術(shù)人員可以從以下4個方面進(jìn)行UPS電源的日常維護(hù)。

3.1 UPS電源應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)范安裝和使用。

中波臺的值班員在參與UPS電源維護(hù)和保養(yǎng)工作前，必須經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，嚴(yán)格按照操作規(guī)范安裝和使用。安裝UPS電源時必須接地，放置UPS電源要在四周留有足夠空間。如果需要更換保險絲，應(yīng)更換同種型式與規(guī)格的保險絲，在切斷UPS的輸入市電，應(yīng)斷開面板內(nèi)的所有開關(guān)。進(jìn)入UPS機(jī)房前要戴好橡膠手套并穿安全鞋，摘掉項鏈、戒指等其他金屬物品，并使用帶有絕緣手柄的工具，不能將工具和金屬物品放在電池上，不能將電池放在熱源附近，防止電池爆炸，禁止在UPS機(jī)房使用明火、抽煙等。

3.2 做好UPS電源的日常維護(hù)工作

做好UPS電源日常維護(hù)和保養(yǎng)工作，是確保UPS電源性能穩(wěn)定、安全使用的保障。值班員每天需按值班規(guī)范定時巡機(jī)，每隔2～3小時巡機(jī)一次，查看UPS機(jī)房的空調(diào)設(shè)備設(shè)定的溫度和模式，是否出現(xiàn)未制冷或未運行等故障，觀看溫濕度采集器面板顯示環(huán)境溫度，是否維持溫度在20～25 ℃，濕度在40～60%。同時要觀察UPS電源主機(jī)和電源機(jī)箱外部有無積塵、過熱、異響、漏液等現(xiàn)象，檢查UPS電源是否處于正常工作模式，查看UPS電源面板相關(guān)運行參數(shù)是否正常，對UPS電源的運行參數(shù)及時進(jìn)行記錄，其中包括UPS電源的輸入輸出電壓、電壓變化、電流變化，輸入與輸出頻率變化、負(fù)載值、主機(jī)溫度等。

此外，值班員還需做好UPS電源定期維護(hù)計劃，可將維護(hù)計劃分為月度維護(hù)、季度維護(hù)、年度維護(hù)等。在做UPS電源定期維護(hù)時，除了重復(fù)日常維護(hù)操作外，首先，要確保UPS電源機(jī)房的環(huán)境衛(wèi)生，在對UPS電源進(jìn)行除塵工作時，要用干抹布擦拭UPS電源灰塵，一些不易清理的部位可用吸塵器清理。在檢查UPS電源設(shè)備風(fēng)扇時，要確保風(fēng)扇出風(fēng)濾網(wǎng)通道清潔，避免因灰塵過多導(dǎo)致出風(fēng)濾網(wǎng)堵塞。其次，還需檢查UPS電源內(nèi)部的電容、電感，變壓器連接處是否出現(xiàn)松動，若有松動情況要及時進(jìn)行焊接。同時要檢查內(nèi)部電纜及排線是否出現(xiàn)破損，并及時更換。電池是UPS電源設(shè)備當(dāng)中的重要組成，可在檢修電池組件時進(jìn)行帶負(fù)荷放電，需要注意的是放電過程中要避免過度放電。此外，技術(shù)人員要及時做好維保記錄，通過分析UPS電源的運行參數(shù)和數(shù)據(jù)變化，撰寫維護(hù)報告，這有利于更好地了解UPS電源的運行狀態(tài)。

3.3 保持UPS電源的操作環(huán)境恒溫、恒濕

為確保UPS電源正常工作，延長電池使用壽命，中波臺的技術(shù)人員在定期維護(hù)中，尤其要注意UPS電源的工作環(huán)境溫濕度。

第一，確保UPS電源在恒溫、恒濕的環(huán)境中運行，一般UPS操作時的環(huán)境溫度必須在0～40 ℃之間。事實上，電池生產(chǎn)廠家要求的最佳環(huán)境溫度為20～25 ℃，濕度為40～60%。電池在20 ℃下的平均壽命是4年，溫度一旦超過25 ℃，每升高10 ℃，電池壽命將會減少一半。為延長電池壽命，操作UPS電源最佳環(huán)境溫度為20～25 ℃，濕度為40～60%。中波臺可以利用空調(diào)設(shè)備的制冷、除濕模式，保證UPS機(jī)房環(huán)境處于恒溫、恒濕之中，如果臺站條件允許應(yīng)配備空氣抽濕機(jī)。

第二，利用動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)對UPS電源操作環(huán)境的溫濕度進(jìn)行實時監(jiān)測。目前，中波臺已加快實現(xiàn)智能化的運維管理。運用動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)對運行中的UPS電源進(jìn)行采樣，實現(xiàn)了對UPS機(jī)房煙感、溫濕度、水浸、電力等數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，這對于控制室與機(jī)房相隔較遠(yuǎn)的臺站顯得尤為重要。當(dāng)溫濕度采集器采集到數(shù)據(jù)有問題時，動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)會立即發(fā)出警報，提醒值班員注意，直到值班員排查故障，解除警報。

3.4 電池的日常維護(hù)與保養(yǎng)

第一，做好電池的清潔工作。UPS電源的電池日常維護(hù)工作應(yīng)該從清潔環(huán)境開始，在每日值機(jī)交接班時，值班員需要認(rèn)真打掃UPS機(jī)房，注意不要在電池機(jī)箱頂部堆放雜物，切勿使用溶液或噴霧擦拭、清洗電池。在每周二例行周檢中，要對UPS機(jī)房開展除塵、除濕工作，避免其灰塵量太大，或者空氣內(nèi)有其他粉塵類的物質(zhì)。在做月度、季度、半年和年度維護(hù)時，除了重復(fù)周檢工作外，技術(shù)人員應(yīng)按維護(hù)要求重點清潔關(guān)鍵部位。

第二，做好電池的日常巡檢記錄。一是值班員在每日值機(jī)過程中，按值班要求間隔2～3小時巡機(jī)一次。首先從外觀上要仔細(xì)查看UPS機(jī)房的電池機(jī)組是否有損壞、變形、過熱，甚至漏液等異常現(xiàn)象，通風(fēng)散熱是否保持暢通。其次要認(rèn)真觀察UPS機(jī)房的電池的環(huán)境溫度、濕度及相應(yīng)的電壓等參數(shù)，做好值班記錄。二是對UPS電源電池開展定期維護(hù)，做好維護(hù)記錄，如開展月度維護(hù)、季度維護(hù)、半年維護(hù)和年度維護(hù)工作。

第三，做好電池的充電和放電。對于長期未用或者處于浮充狀態(tài)下的電池，值班員應(yīng)該每4～6個月對電池進(jìn)行一次充電或放電激活。在對電池進(jìn)行放電操作時，要注意不能深度放電或放空，需留有一定電池容量，以免損壞電池。UPS電源中的浮充電壓和放電電壓，廠家在出廠前均已調(diào)試到額定值，一般情況下，負(fù)載不應(yīng)超過UPS額定負(fù)載的60%，保證放電電流不會出現(xiàn)過度放電，放電完畢后，需按要求再充電8小時以上。

執(zhí)行放電操作時，值班員需將UPS電源開關(guān)轉(zhuǎn)至放電模式，控制面板會顯示“OUT”綠燈亮，“BATT”黃燈閃爍，蜂鳴器將每隔4秒發(fā)出一次停電告警。每放電半小時，需測量單節(jié)電池放電電壓，讀取UPS電源面板溫度值，觀察有無異常情況。整個放電過程應(yīng)該密切觀察以下幾方面：一是主機(jī)運行狀態(tài)、面板顯示、指示燈是否正常；二是電池運行狀態(tài)、充電電壓、單個電池電壓是否正常；三是整機(jī)運行情況，市電/電池是否正常、輸入輸出電壓值、負(fù)載值，并按照放電時間要求認(rèn)真填寫UPS電源放電記錄單和巡檢記錄。如果電池持續(xù)放電達(dá)到欠壓報警時，蜂鳴器會每隔1秒發(fā)出一次告警。當(dāng)電池能量耗盡時，UPS將會切斷對負(fù)載的供電，當(dāng)市電恢復(fù)時，將自動對電池充電，值班員切勿放空損害電池。

第四，定期更換電池。UPS電源的電池達(dá)到使用年限后，會因自耗過度而損壞甚至報廢，應(yīng)定期更換電池。正常情況下，電池的壽命能達(dá)到3～5年，如果長期工作于惡劣的環(huán)境下，電池的壽命會大大縮短，需要提早對電池進(jìn)行更換。同時，電池更換需要由有資質(zhì)的技術(shù)人員進(jìn)行，如果中波臺值班員未經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，嚴(yán)禁私自更換。此外，電池更換需注意用同樣的電壓、同樣的型號和同樣的電池數(shù)量。電池更換不能只換一部分，需要在專業(yè)人士指導(dǎo)下一次性全部更換所有電池。

電池更換的步驟：首先將UPS電源切到旁路工作模式，開關(guān)撥至維修狀態(tài)下，打開UPS電源的機(jī)箱機(jī)門，逐根切斷電源的連接線，拆掉固定電池用的金屬結(jié)構(gòu)件，逐一地更換電池，將金屬結(jié)構(gòu)件裝回去，再將電池連接線一根一根地連接起來。安裝時尤其要注意電池的正反極不能裝反，防止短路引起電擊或火災(zāi)，操作完成后及時做好相關(guān)維檢記錄。此外，電池更換完成之后，廢棄的舊電池應(yīng)交給專業(yè)的廢電池處理廠處置，禁止隨意丟棄，以免電池內(nèi)的有害物質(zhì)造成環(huán)境污染。

4 結(jié)語

中波臺UPS電源相比較傳統(tǒng)的電源設(shè)備，更具備安全性、實用性，其操作過程簡單且快捷，出現(xiàn)問題時所耗費的維修時間相對較短。值班人員通過對中波臺UPS電源設(shè)備的日常維護(hù)工作進(jìn)行總結(jié)和分析積累了經(jīng)驗，縮短了維護(hù)和檢修UPS電源設(shè)備的時間，減少了故障率[4]，為相關(guān)工作者提供了參考。