UPS电源故障及维护技术分析

李令鹏 黄连生 王泽京

摘要：UPS电源是电网正常运行和监控自动化设备的重要元件，为系统运行提供源源不断的动力。本文分析了UPS的安装及操作方法，以及UPS电源故障和具体对策，为施工人员提供借鉴参考，使其准确分析电源故障，采取有效的方式解决问题，提高设备的安全性与可靠性，为电网安全运行提供保障，促进国家电力行业的可持续发展。

关键词：安装及操作;故障;日常维护

引言：近年来，科学技术不断创新，促进了以计算机为核心的变电站自动化、调度自动化系统、电网监控等领域的发展，在电力系统中逐渐增强了互联网、多媒体、计算机等科技的运用，虽然确保计算机系统的正常运行，以及信息安全和电网稳定，但是对电源品质提出了更高的要求。

一、UPS电源系统的要求及工作原理

UPS含有储能装置，是以逆变器为主的不间断电源，可以保持恒压恒频，在通信系统和计算机监控系统中，为其提供不中断电源，具有较高的性能与可靠性。在UPS电源系统中，主要由电池柜、4块65AH免维护蓄电池、电源主机为1000VA等组成，即使交流电突然中断，打印机也可以独立运行4小时以上。按照工作原理，UPS电源可以分为三种类型，分别为在线互动式、在线式、后备式。UPS在市电正常的状态下，可以整流市电，随时为其充电，确保机内的电池处于满电状态。此外，UPS利用逆变器，可以为负载-动力环境监控系统提供大量的交流电，即使遇到突发停电，也可以利用本身的能量，确保负载可以继续工作。需要定期维护UPS电源，防止对设备造成危害，例如，谐波失真、交换瞬变、电源波动、电源干扰、减幅振荡、电源浪涌、电压下陷、电源断电等。

二、UPS的安装及操作方法

在安装UPS电源时，需要严格按照厂家提供的说明书操作，确保地线、火线、零线等连接正确;在摆放时，需要预留充足的通风空间，防止阳光直射;将蓄电池与UPS主机连接后，需要在220V电源插座中接入UPS电源线，并且将电源开关打开，打开前，需要对接线的极性进行确认，之后使用万用表对电源输出AC220V进行测量，确保其处于正常状态;需要按照正确的顺序，完成开机与关机的操作，防止突然减载或负载时电压出现较大波动，影响电源的正常工作。

在UPS电源使用的过程中，禁止超负载使用，还需要控制启动负载，将其最大值控制在80%之内，若是违反规定超载使用，逆变三极管在逆变状态下，就会被击穿，根据研究表明，大部分UPS电源的最佳工作方式是控制负载，使其保持在额定输出功率30-60%范围内。

三、UPS电源的日常维护

对于UPS电源的日常维护，以下提出几点建议：第一，需要正确选择放置位置，可以选择工作平台下部等不易碰到的位置，不可倾斜放置，还需要具备干燥和通风的条件，防止阳光直射，对UPS电源产生影响，最好将温度控制在25℃左右，延长电池的使用寿命。第二，需要对UPS电源进行定期维护，例如，及时更换不符合标准的电池、对蓄电池组的电压进行测量、清除机内的灰尘、检测UPS的系统参数、检查风扇运转情况等。第三，由于雷击是UPS电源的天敌，其高电位脉冲会沿着通信线或电源线进入，容易破坏UPS内的微电子器件和大量集成电路模块，因此，需要防止静电和雷击，做好UPS的接地保护和有效屏蔽，将接地电阻控制在5Ω以内。

四、UPS电源故障和具体对策

（一）无法正常起动UPS

在通常状况下，当输入开关被合上之后便可确保UPS能够自行以旁路供电的方式工作，而此时市电会向电源直接提供负载。在相应的起动指令被发出之后，UPS便能被有效起动，起动1min之后UPS自行以旁路供电的工作方式便会转换成以逆变器实现供电的模式展开工作。对UPS无法顺利起动的主要原因进行排查时，不仅要考虑机器的内部状况，还应优先对输入的电压正常与否进行检查。如果UPS是三相输入，此时还应对其缺相与否进行检查。这是由于UPS中存在能够动态监视输入电压的电路，如果发生缺相问题，此时输入电压平均数值一定会比正常值低，相应电路就会发出禁止UPS起动的信号指令;如果在检查之后发现存在正常的输入电压而依然没有起动UPS，便应检查单相输入UPS是否接反了零线和火线，或者检查单相输入UPS输入电压是否有准确的相序。

（二）顺利起动UPS但无法顺利转换

此问题的主要原因为旁路电压比允许数值大。对于UPS而言，其拥有较宽允许输入电压范围，通常是额定值-20%-+10%，然而其允许的旁路电压范围只有-10%-+10%，所以便会导致尽管可以正常起动UPS，但是无法使之转换至正常的运行模式。一旦发生此类问题，检查人员应当优先对此时旁路电压进行检查，确定其是都已经超过了允许的数值范围，若已经超过此范围，便不需要进行相应处理，仅仅需要调整旁路电压，使之回到允许的数值范围即可，此时UPS便能自行顺利转换至正常的运行模式。若在检查之后发现旁路电压已经处于允许的数值范围当中，此问题的原因便可能为在UPS应用过程中，伴随时间延长导致内控电路一部分参数存在漂移现象，导致旁路电压相应允许数值的范围缩小，此时检查人员则应及时调整UPS当中的一部分参数。

（三）运行阶段UPS时常向旁路供电的模式转换

在部分特殊状况下，UPS会从常规运行模式向旁路供电的模式转换。比如，若UPS自身拥有较重的负载，一旦使其它负载起动，便会导致UPS出现过载现象，从而向旁路供电模式进行转换，待负载相应冲击电流通过，UPS会自行向常规运行模式转换。此类问题极易频繁发生，会使UPS不能稳定运行，会影响其运行安全，具有一定的风险性，所以必须及时将此问题解决。当UPS连接了多台打印机和计算机等负载的时候，如果将开关装于UPS输出端，使之对上述负载起停进行集中管控并不合理。开启计算机的瞬间，其拥有较大的负载量，而在延长加电时间的过程中，负载量会慢慢降低到正常数值范围中。通过观察与计算得知，在计算机开机瞬间，负载量会超过正常负载量2-3倍。集中管控的方法会在系统进行加载的一瞬间导致UPS出现过载现象，从而向旁路供电模式转换。因此，若想有效规避以上问题，可以考虑以下方法：

第一，起停时依然沿用集中管控开关，然而需要在旁路供电模式中管控，等设备正常起动后，方可将UPS起动。因为旁路供电的模式有较强的过载能力，能够避开瞬间集中加载时出现的瞬时冲击电流;

第二，在常规运行模式下进行加载，然而因为逆变器不具备较强过载能力，所以严禁以集中加载管控的方式进行起动，需要进行逐步加载，从而将加载过程中出现的瞬时冲击电流分散。

结论：综上所述，施工人员需要准确分析电源故障，采用有效的方式，解决UPS电源不能正常启动与转换、频繁转换到旁路供电方式、损坏逆变器驱动管的问题。同时，需要做好UPS电源的日常维护工作，提高维护技术水平，延长UPS电源的使用寿命。

项目基金：（1） “国家重点研发计划资助（英文标注：National Key R&D Program of China）+项目编号：2017YFE0300504” （2） 国家重大科技基础设施建设“十三五”规划大科学工程，项目中文名称：聚变堆主机关键系统綜合研究设施，英文译名“Comprehensive Research Facility for Fusion Technology”（英文简称CRAFT），项目编号：2018-000052-73-01-001228