| 摘要：作者结合UPS原理和实际工作经验,提出UPS的维护要点,使其更稳定长久地运行。 |
UPS的供电原理是当市电正常时,系统会将市电的交流电转为直流并对电池浮充电。一旦市电发生异常时,再将储存于电池中的直流电能转换为交流电,使负载继续得到电能。这里需要强调的是UPS并不是停电时电池才会工作,如遇到电压过低或过高、瞬间浪涌等足以影响设备正常运转时均会工作,给设备提供稳定且纯净的电力。由于一般负载在启动瞬间存在冲击电流,而UPS内部功率元器件都有一定的安全工作范围,尽管在选用器件时都会留有余地,但过大的冲击波还是会缩短元器件的使用寿命,甚至造成元器件的损坏,因此在使用UPS时,应尽量减少冲击电流带来的影响。而且,储能设备虽然可选用免维护蓄电池,但在日常运行当中,还是需要进行适当维护的。
1UPS的系统组成
UPS由四个部分组成:整流、储能、逆变和开关控制。
(1)整流器实现稳压功能
整流器件采用晶闸管或IGBT,其本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能,从而当外电发生变化时(该变化应满足系统要求),输出幅度基本不变的直流电压。
(2)储能电池实现净化功能
由于整流器不能消除瞬间脉冲*,整流后的电压仍存在*脉冲,而蓄电池除可存储直流电能外,其对整流器来说就像接了一只大电容,其等效电容量的大小与蓄电池的容量大小成正比。因为电容两端的电压是不能突变的,即利用了电容器对脉冲的平滑性消除了脉冲*,起到了净化功能,也称对*的屏蔽。
(3)逆变器实现频率的稳定
频率的稳定度仅取决于逆变器振荡频率的稳定度。
(4)转换开关为方便UPS的日常操作和维护,
设计了系统的开关控制,如自动旁路开关、检修旁路开关等。
2UPS使用的注意要点
UPS虽然智能化程度较高,储能设备也可选用免维护蓄电池,这给我们使用带来了许多便利,但在其使用过程中还应注意许多方面,才能保证使用。
加上潮湿会引起主机工作紊乱。蓄电池组对温度的要求较高，标准使用温度为25℃，室内温度应在+(15～30)℃。温度过低，会使蓄电池容量下降,温度每下降1℃，其容量下降1%。如果长期在高温下使用，温度每升高10℃，电池的寿命约降低一半。
(2)参数设置
主机中设置的参数在使用中不能随意更改,特别是电池组的参数,会直接影响其使用寿命。但随环境温度的改变,对浮充电压要做相应调整,通常以25℃为标准,环境温度每变化1℃时,浮充电压也相应变化18mV(相对于12V蓄电池)。
(3)系统冷启动
在无外电而仅靠UPS自行供电时,应避免带负载启动UPS。负载启动瞬间,启动电流会冲击电池,大负载的冲击会造成UPS瞬时过载,严重时将损坏逆变器,故需先断开各负载,等UPS系统启动后再开启负载。
(4)增加负载
在设计过程中,UPS的功率余量一般不大,故在使用中不要随意增加大功率的额外负载,也不允许在满负载情况下长期运行。UPS的工作性质决定了其是在不间断的状态下运行,增加大功率负载,即使是在基本满载的状态下工作,都会造成主机的故障,严重时将损坏逆变器。
(5)电池相关问题
蓄电池组的电压很高,存在电击危险,因此在装卸导电连接条、输出线时应采取安全保护措施,如使用绝缘工具,带绝缘手套,操作时站在绝缘板上等,特别是输出接线端子,应有防触摸措施。
无论电池是在浮充状态还是在充、放电检修测试状态,都要保证电压和电流符合规定要求。过高的电压或电流可能会造成电池的热失控或失水,电压、电流过小会造成电池亏电,这些都会影响电池的使用寿命,前者影响更大。
在任何情况下,都应防止电池短路或者深度放电,因为电池的循环寿命和放电深度有关。放电深度越深,循环寿命越短。通常在核对性容量实验中或是放电检修中,放电达到容量的30%～50%就可以了。
对电池应避免大电流充放电。虽说在充电时可以接受大电流,但在实际操作中应尽量避免,否则会造成电池极板膨胀变形,使得极板活性物质脱落,电池内阻增大,温升提高,严重时将造成容量下降,电池寿命提前终止。
3日常维护与检修
UPS分为主机和蓄电池组,所以维护与检修也是对这两者而言的,而电池的维护又是工作中的重点。
(1)主机的维护与检修
UPS在正常使用的情况下,主机的维护工作较少,主要是防尘和定期除尘。特别是气候干燥的地区,空气中的灰粒较多,机内的风机会将灰尘带入机内沉淀,当遇空气潮湿时会引起主机控制紊乱而造成主机工作失常,并且发出误报警,大量的灰尘还会造成散热不好,导致机内温度升高。其次是在除尘时,检查各连接件和插件有无松动和接触不牢的情况。一般,每四年对UPS设备进行一次检修,首先是更换UPS所有风扇,再根据运行情况,由专业人员带电检查直流回路纹波情况,从外表查看直流电容和交流电容有无异常,用专用表测试电容容量情况,确定是否更换电容。在清扫、检修完成后,开始回装插件,注意插件要插紧,二次插头要插好。检查通电后风扇和盖板是否有共振。若以上情况都正常,UPS继续手动旁通供电负载,在不带载情况下，由专业技术人员单独给UPS供电调试自动旁通、整流器和逆变器。若调试正常，UPS开始切换，由手动旁通切换到自动旁通再到逆变器供电。
(2)电池的维护与检修
储能电池组目前基本采用免维护电池,但这只是免除以往普通铅酸电池的测比、配比、定时添加蒸馏水的工作。而外因和不正常工作状态对电池的影响没有改变,这部分的维护检修仍是非常重要的。UPS的安装环境、环境温度、充放电电流、充电电压、放电深度。日常的维护项目有:清洁并检查电池端电压、温度;连接处有无松动腐蚀现象,连接条压降;电池外观是否完好,有无变形和渗漏;极柱、安全阀周围是否有酸雾逸出;主机设备运行是否正常。储能电池长期处于浮充状态,这种情况下每年应进行一次放电试验。对新电池而言,放电前应对电池组进行均衡充电,以达全组电池的电压均衡。待放电时,先对电池做一个测试记录,在放电过程中,定时检查并记录电池电压,若有一只达到放电终止电压时,应停止放电,若要继续放电需先更换落后电池。免维护电池进行放电,建议离线进行。选择放电电流时,要根据电池容量及电池备用时间,放电过程中用电流表监视,尽量保持电流恒定。通过调整电极在水中的深度和电解质的浓度,来调节放电电流的大小。值得注意的是,在放电过程中,水箱中会有大量热量散发,温度很高,要适当换水,降低水温。对于镍镉电池,其电解液是氢氧化钾溶液,放电时不但会产生热量,还会释放有害气体,所以放电时需要保证良好的通风。深度放电会造成蓄电池内部极板表面硫酸盐化,导致蓄电池内阻增大,严重时会使个别电池出现“反极化”现象和电池的永久性损坏。蓄电池对环境温度要求较高,工作环境一般要求在20～25℃之间,低于15℃时,其放电容量下降,而温度过高(大于30℃)其寿命就会缩短。目前常用的M型密封式铅酸蓄电池的使用寿命大约在10年以内。免维护电池需要维护并不是无稽之谈,应从广义的维护立场出发,做到运行、管理的周到、细致和规范,保证设备良好的运行状况,从而延长使用年限;保证直流母线经常处在合格的电压和电池的放电容量;保证电池运行可靠和人员的安全。这就是电池维护的目的,也是电池运行规程中包括的内容和规定。
(3)故障排查
当UPS电池出现故障时,应先查明原因,分清是负载问题还是UPS问题,是主机故障还是电池组故障。虽说UPS主机有故障自检功能,但它对面不对点,更换配件很方便,但要维修故障点,还需要大量分析、检测工作。另外,如自检部分发生故障,显示的故障内容则可能有误。对主机出现击穿、断路器或器件烧毁故障,一定要查明原因并排除故障后才能重新启动,否则可能发生相同的故障。
当电池组中发现电压反极、压降大、压差大和酸雾泄露现象的电池时,应及时采用相应的措施进行修复,对不能修复的就要更换,但不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池混在一起使用,否则可能会对整组电池带来不利影响。对寿命已过期的电池组要及时更换,以免影响主机。
(4)做好防雷措施
在UPS市电输入端必须安装防雷设备,并确认UPS可靠接地。接地电阻应小于2Ω。
4结束语
再好的设备也有寿命,也会出现各类故障,但维护工作做的好可以减少设备故障,延长设备寿命。不能因为高智能、免维护而忽略了本应进行的维护工作,在任何时候都可能发生故障,而预防工作则是安全运行的重要保障。
作者：中国石化仪征化纤股份有限公司 吴朝祥
责任编辑：kelly
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