再談通信和計算機用UPS電源系統的維護

周漢武 馬無畏

摘要:本文講述了UPS電源系統的組成結構和工作原理,以及該系統的操作與維護,對從事計算機、通信設備供電行業的技術維護及工程人員有一定的幫助。

關鍵詞:系統組成 工作原理 操作與維護

UPS電源系統由4部分組成:整流、儲能、變換和開關控制。穩壓功能的整流器件采用可控硅或高頻開關整流器可據外電的變化控制輸出的幅度。當外電發生變化時,輸出幅度基本不變的電壓。凈化功能由儲能電池來完成。由于整流器對瞬時脈沖干擾不能消除,整流后的電壓仍存在干擾脈沖。儲能電池,對整流器來說就像接了一只大容器電容器,由于電容兩端的電壓是不能突變的,即利用了電容器對脈沖的抑制消除了脈沖干擾,對干擾起到了屏蔽作用。頻率的穩定則由變換器來完成。開關K1、K2則是檢修旁路開關。K4是主機自檢故障后的自動旁路開關。

UPS電源系統分兩大部分——主機和儲能電池。額定輸出功率的大小取決于主機部分,并與UPS提供電源的負載屬性有關, UPS電源對不同性質的負載驅動能力是不同的。UPS輸出功率與功率因數關系密切,在感性負載條件下,UPS的輸出功率會大大下降,即使在功率因數為0.8(感性)時,其輸出也只能達到標稱功率的50℅。在容性負載條件下UPS的輸出功率可以達到標稱功率,對武漢交通職業學院計算機中心所用UPS電源設備來說,所帶的負載是服務器,負載內部電源多是開關電源,在開關電源負載條件下,瞬間功率很高,但實際平均功率又很小,因此一般UPS在開關電源作負載時,其功率因數只能達到0.65。而UPS在開關電源作負載時,一般為0.8,按此指標來帶開關電源負載,就可能損壞UPS設備,所以,在選擇UPS的功率時,一定要考慮負載的功率因數問題。通常負載功率應滿足UPS電源70%的額定功率。

儲能電池容量是由負載功率和所需后備時間的長短來確定,后備時間因各通信機房用電設備情況不同而不同,主要由備用電源的接入時間來定,通常在幾分鐘或幾個小時不等。武漢電信分公司目前使用的柴油發電機組從開始啟動至可以正常接入通信供電網一般需要10分鐘左右的時間。另外儲能電池的容量隨著試電斷電時間的延長,容量會逐漸降低。考慮到儲能電池壽命終止時電量會下降至電池儲能量的50%和本地網各局站的地理位置遠近不同需要搶修時間等因素,儲能電池的容量必需留有一定的余量,所以武漢電信分公司使用的UPS電源系統中的儲能電池的后備時間,當電池滿容量時為2~3小時,當電池半容量時為1.50小時。這足以使各類重要的電信設備正常安全工作。

使用注意事項

UPS電源主機對環境溫度要求不高,5℃~40℃都能正常工作,但要求室內清潔、少塵、無潮,否則會引起主機工作紊亂。儲能蓄電池則對溫度要求較高,標準使用溫度為25℃,平時不能超過15℃~30℃。溫度太低,會使儲電池容量下降,溫度每下降1℃,其容量下降1%。其放電容量會隨溫度升高而增加,但壽命降低。如果在高溫下長時間使用,溫度每高10℃電池壽命約降低一半。

主機中設置的參數在使用中不能隨意改變。特別是對電池組的參數,會直接影響其使用壽命。但隨著環境溫度改變,對浮充電壓要做到相應調整。通常以25℃為標準,環境溫度每升高或降低1℃時,浮充電壓應增加18mV(相對于12V蓄電池)。

在無外電靠UPS電源系統自行供電時,應避免帶負載啟動UPS電源,應先關斷各負載,等UPS電源系統啟動后再開啟負載。因負載瞬間供電時會有沖擊電池,多負載的沖擊電源加上所需的供電電流會造成UPS電源瞬間過載,嚴重時將損壞變換器。

UPS電源系統按使用要求功率余量不大,在使用中要避免隨意增加大功率的額外設備,也不允許在滿負載狀態下長期運行。但功能工作性質決定了UPS電源系統幾乎是在不斷狀態下運行的,增大功率負載,即使是在基本滿載狀態下工作,都會造成主機出故障,嚴重時將損壞變換器。

自備發電機的輸出電壓、波形、頻率、幅度應滿足UPS電源對輸入電壓的要求,另外發電機的功率要遠大于UPS電源的額定功率,否則將會造成UPS電源工作異常或損壞。由于組合電池組電壓很高,存在電擊危險,因此裝卸導電聯結條、輸出線時應有安全保障,工具應采用絕緣措施,特別是輸出點應有防觸電措施。

UPS不宜帶負載開機和關機,對沒有延時啟動功能的UPS設備,在有負載的情況下開機啟動的瞬間,很容易燒毀速變器的末級驅動器件,因為剛開啟時,控制電路的工作未進入穩定狀態,啟動瞬間會產生較大浪涌電流,極易造成末級驅動器件損害。負載中包含感性負載時,負載關機也同樣可以引起末級驅動元件的損壞。

日常維護與檢修

1.UPS電源在正常使用情況下的維護工作很少,主要是防塵和定期除塵。特別是氣候干燥的地區,空氣中的灰粒較多,機內的風機會將灰塵帶入機內沉積,遇到空氣潮濕時會引起控制紊亂造成主機工作失常,散熱不好,并發生誤告警。一般每季度應清潔一次。

2.雖說儲能電池組目前都采用了免維護電池,但這只是免除了以往的測比、配比、定時添加蒸餾水的工作,電池外部工作狀態對電池的影響并沒有改變,這部分的維護檢修工作仍是非常重要的。

儲能電池的工作全部是在浮充狀態,在這種情況下應每年進行一次放電。放電前應先對電池組進行均衡充電,以達到全組電池的均衡。要清楚放電前電池組已存在的落后電池。放電過程中如有一只達到放電終止電壓時,應停止放電,繼續放電先消除落后電池后再放電。

核對性放電,不是首先追求放出容量的百分之多少,而是要發現和處理落后電池,對落后電池處理后再作核對性放電試驗,這樣可防止事故,以免放電中落后電池惡化為反極電池。平時每組電池至少應有8只電池作標示電池,作為了解全電池組工作情況的參考,對標示電池應定期測量并做好記錄。

3.日常維護中需經常檢查的項目有:清潔并檢測電池兩端電壓、溫度;檢查連接處有無松動、腐蝕現象,檢測連接條電壓降;電池外觀是否完好,有無外殼變形和滲漏,安全閥周圍是否有酸霧逸出;特別注意,清潔合成樹腮蓄電池外表時,不應使用香蕉水、汽油、揮發油等有機溶劑,否則可能使蓄電池外殼破裂,導致電解液漏出。同時還要檢查主機設備是否正常。

免維護電池也要維護:日常的管理要周到、細致、有規范性,才能保證設備保持良好的運行狀況,從而延長使用年限;直流母線要保持合格的電壓和電池的放電容量;保證電池運行的安全。

4.當UPS出現故障時,應先查明原因,分清是負載還是UPS電源系統,是主機還是電池組。雖說UPS主機有故障自檢功能,但它對面而不是對點,更換配件很方便,但要維修故障點,仍需做大量的分析、檢測工作;另外如自檢部分發生故障,顯示的故障內容則可能有誤;對主機出現擊穿、斷保險或燒毀器件的故障,一定要查明原因并排除故障后才能重新啟動,否則會接連發生相同的故障。

當電池組中發現電壓反極、電壓降大、壓差大和酸霧泄露現象的電池時,應及時采用相應的方法恢復和修復,對不能恢復和修復的要更換,但不能把不同容量、不同性能、不同廠家的電池聯在一起,否則可能會對整個電池組帶來不利影響。對壽命已過期的電池組要及時更換,以免影響到主機。

5.再好的設備也有壽命,也會出現各類故障,但維護工作做得好可以延長壽命,減少故障的發生。不要因為設備的高智能、免維修而忽略了本應進行的維護工作,預防在任何時候都是安全運行的重要保障。通信用閥控式密封鉛蓄電池組中各單電池的開路電壓之差不大于20mV;在通信用閥控式密封鉛蓄電池的使用維護規定中,要求各單電池的浮充電壓之差應當在平均電壓的±50mV之內,即允許浮充電壓的最高值與最低值相差不大于100mV。

一般正常使用的UPS,其電池壽命在5年左右,但目前國內有相當部分UPS電池在投入使用不到一年就開始出現問題,更有甚者,有些進口品牌的電池在制造工藝上存在先天的缺陷。這一般是由于后天缺乏必要維護造成的。值得注意的是,許多使用單位由于缺乏必要的測試維護手段,根本不清楚自己系統UPS蓄電池的狀況,為UPS系統正常工作留下隱患。為此,我建議UPS系統使用單位每隔3~4個月人為將UPS電流輸入端斷開一次,仿真充電中斷,然后檢查蓄電池放電時間是否足夠,若不是時,再具體判斷是否是一個個電組落后,并以檢查該電池端電壓和內阻值為依據,發現電池“落后”。若是,則可以考慮更換落后蓄電池,以保證充電中斷時能有足夠的電池放電時間。

實踐證明,用萬用表測量UPS電池的浮充段電壓無法判定舊電池是否已經失效。所以一般要離線或在線測量電池的端電壓,被測電池的端電壓為12V左右(對12V電池而言),最低不能低于10.5V。不足10.5V的電池即為欠壓或已經失效的電池,若這種電池在經過充電或激活充電后端電壓仍達不到12V,即為失效電池。這種情況下,就應該更換電池組保證UPS電源系統的正常運行。特別強調,在做任何維修工作時,須先將蓄電池保險絲取出,以切斷蓄電池電路,保證設備和人員安全。

參考文獻:

[1]GB/T14714-93《微小型計算機系統設備用開關電源通用技術條件》

[2]GB/T14715-93《信息技術設備用不間斷電源通用技術條件》

(作者單位:周漢武 武漢交通職業學院電子與計算機系

馬無畏 中國電信武漢分公司)