卫星地球站UPS故障及应急处理方法

张少飞

【摘要】UPS对广播电视播出机房的用电安全至关重要，UPS故障处理不当可能会造成安全播出事故。电池又是UPS中最关键的组件之一，也是易损组件。本文通过对一次市电中断引起的UPS电池故障案例和应急抢险过程的分析，总结故障抢修的要点及方法。揭示出UPS日常维护中易忽视的重点要点，指导UPS日常保养维护。

【关键词】不间断电源;UPS维护;应急抢修

中图分类号：TN929                     文献标识码：A                     DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2020.24.018

UPS即不间断电源（Uninterruptible Power Supply）是一种由蓄电池为储能器件，以整流器和逆变器为主要组成部分的稳压、稳频交流电源。它不仅在输入电源中断时可以立即通过蓄电池给负载供电，在外电输入正常时，也可以起到对品质不良的供电进行稳频、稳压、滤除噪声、避免高频干扰等作用。所以UPS在实际生产中有着广泛的应用。通讯、广播电视、航天、网络服务等领域都需要UPS提供用电安全保护。

安徽广播电视卫星地球站承担着安徽卫视高、标清频道及九套广播的上星任务。是安全播出一级保障单位。而供配电又是其安全播出的重中之重。为保证用电安全，卫星地球站采用两路专线供电，并配有60KVA和80KVA两套UPS设备。并通过合理的连接方法最大程度保证播出设备的用电安全。

1.系统现状及存在问题

1.1 UPS电源分类

1.1.1 后备式UPS

此类UPS蓄电池平时处于充电状态，在外电中断时逆变器才会切换到工作状态，将电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出。因此这种UPS也被称为离线式UPS。这种电源的优点是：运行效率高、噪音低、价格相对便宜，主要用于外电输入波动不大，对供电质量要求不高的场合。但是因为这种UPS在外电中断后会有一个切换时间存在，因此不适合用在对供电要求较高的重要场合。

1.1.2 在线式UPS

此类UPS的所带的负载是通过逆变电路供电的，即逆变器一直处于工作状态，它首先通过AC/DC电路将外部输入的交流电转变为直流电，完成对蓄电池的充电。然后通过逆变器将直流电转换为高质量的交流电输出给负载。如果市电中断，蓄电池通过逆变器直接向负载供电。所以此类UPS稳压及防止电波干扰的能力很强。由于逆变器一直在工作，因此不存在切换时间的问题，适用于对电源有严格要求的不允许停电的场合。

1.1.3 在线互动式UPS

此类UPS的工作方式是一种介于后备式UPS和在线式UPS之间的方式。它既有后备式UPS高效率的优点，又拥在线式UPS供电质量高的优点，是一种智能化的UPS。如果输入市电正常，此类UPS的逆变器处于反向工作（即整流工作状态），给蓄电池组充电;在输入市电异常时逆变器立刻转为逆变工作状态，将电池组电能转换为交流电输出，因此在线互动式UPS也有转换时间。

1.2 现行UPS系统介绍

图1为安徽广播电视卫星地球站80KVA UPS系统结构示意图。由于地球站的特殊要求，使用的是在线式UPS。主备两台UPS输出端直接并联，在日常工作中，图中的UPS1、UPS2和市电旁路独立运行，在输出端通过三个静态开关根据实际情况选择其中一路导通，给负载供电。其余两条供电支路处于热备份状态。

UPS1与UPS2的逆变器通过数据汇流排共用两台UPS的振荡器，因而可以保证工作时UPS1与UPS2保持同步，同时能与旁路直接取得同步。当运行过程中一个逆变器发生故障时，另外一个逆变器的静态开关会立即导通，由这个逆变器继续向负载供电。如果两台UPS同时出现故障时，旁路的静态开关才会导通，此时的负载将由市电直接供电。所以对于负载来说，在日常工作时此系统有三路相互独立的供电支路。实现一条在用，两条热备份的1：2备份系统。安全系数较高。

这样的UPS系统安徽地球站有两套，一套为80KVA UPS系统，另一套为60KVA UPS系统。两套系统分属不同楼层，均采用在线式UPS。两套UPS系统由手动应急互锁联络开关连接，紧急状态下可通过应急互锁联络开关，将主、备所有上行系统负载挂接在任意一套UPS系统。如果播出设备中有双电源接入的设备则两路电源分别接入80KVA UPS和60KVA UPS系统，如果设备为单电源设备则只接入80KVA UPS系统。

1.3 隐患分析

由上述分析，可以看出此套UPS系统安全可靠性已经非常高。但是我站的这两套UPS系统为2013年底更换的蓄电池，新蓄电池的设计使用寿命为5年，至2020年实际工作年限已近7年，属于超限服役。在某些特殊情况下，还是可能出现故障而引发播出事故。这些故障隐患就存在于单电源设备上。

2. 故障分析及应急处理

2.1 故障分析

在2020年10月的一次值班過程中。80KVA 和60KVA UPS网管均上报UPS市电输入故障、逆变器出现异常、整流器失败等告警。市电中断，UPS系统开始供电。但是80KVA UPS系统还产生了倒换告警。既80KVA UPS系统由运行中的主用电池组UPS1倒换至备用UPS2电池组工作。细心的值班人员发现这一异常，通常只有在UPS1发生故障时才会发生这样的倒换。凭长期值班的经验，值班人员判断UPS1可能发生故障，仔细检查告警信息，果然在大量告警信息中发现UPS1中有一条UPS电池电压低的告警。因此确定UPS1确实发生故障。此时仅有UPS2正常工作，若市电未能及时恢复，80KVA UPS系统将失去任何备份。若UPS2此时也发生故障，必将引起单电源设备断电的安全播出事故。于是值班人员立即开始对UPS1的紧急抢修。

2.2 应急处理过程

80KVA UPS系统每机由64块电池，32块成一组然后并联组成，两台主机共128块电池。每块电池为12V。抢修人员打开UPS1机柜，逐块测量电池电压，发现两块电池无电压，另有两块电池电压偏低。由于无备用蓄电池进行替换，抢修人员决定立即将4块故障电池从电池组中剔除，其余60块电池变成30块一组然后两组并联。这样虽然UPS1的容量略有下降。但依旧可以保持一定的供电时间，避免紧急情况的发生。图2为抢修完成后电池电压与原电池电压对比图。可以看出电池电压从正常值的420V降至了408V。

市电恢复后，维护人员将UPS2倒换回UPS1，并对UPS2的电池也进行了测量，发现2块电压明显下降，也进行了拆除处理。消除了设备隐患。后续按计划开展全面的电池更换工作。

2.3 经验总结

蓄电池可以说是UPS的心脏，蓄电池的价格占到了整个UPS系统的50%以上，所以我们在使用UPS时，应重视对蓄电池的正确使用及维护。UPS使用时需要合适的温度，工作环境一般在20℃到25℃之间;应每季度对UPS进行一次人为的放电，可以使蓄电池维持良好的充放电特性，延长使用寿命;不宜对电池进行过度放电;要避免大电流的充放电，会使电池容量下降，寿命缩短;在维修时要戴好防护手套，以防触电，同时要绝对避免将金属工具同时接触到电池的正、负端子，造成电池短路。

3. 结语

这次故障及抢修过程，提醒我们UPS运行时应按时对电池进行检查、测量，并做好记录。一旦发现电池电压异常、物理损伤、电解液泄漏、温度异常等现象，应立即更换。因为电池的损坏过程有的是逐步积累造成的，也有的是瞬间发生的。对于个别电池虽然浮充电压稍低，但还未到完全不能使用的程度，平时不易发现。而在特殊情况下，如市电中断时就有可能导致电池却完全不能放电，造成事故。

参考文献：

[1]电力工程电气设计手册[M].中国电力出版社，戈东方主编，1989.

[2]UPS电源技术及发展[J].石磊.电气开关.2009（01）.