UPS不間斷電源供電故障分析與處理

【摘 要】本文就UPS不間斷電源供電故障與處理進行了分析，詳細介紹了UPS的工作原理，并對故障的原因作了分析，在此基礎上提出了有關的處理方案，以期能為類似的供電故障與處理提供參考。

【關鍵詞】UPS；故障分析；處理

所謂的UPS，即不間斷電源，是將蓄電池（多為鉛酸免維護蓄電池）與主機相連接，通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉換成市電的系統設備。本文就UPS不間斷電源供電故障與處理進行了分析，詳細研究了故障產生的原因以及提出了一些有效的處理方案，以期能為類似的供電故障與處理提供參考。

1 UPS工作原理介紹

某某IDC機房供電采用2套UPS設備并聯共用1套蓄電池的結構，正常情況下，2套UPS互為備用，其中1套正常工作即可滿足使用工況。UPS供電模式分為以下3種。

（1）主電源供電模式。主電源供電模式為UPS正常工作模式，在此模式下，負載由電源l經整流充電器和逆變器供電，整流充電器同時給蓄電池組浮充充電。

（2）靜態旁路供電模式。電源2回路稱為靜態旁路，作為電源1的后備。在UPSI和UPSZ的逆變器電壓輸出故障時，靜態開關自動導通，負載不間斷切換為電源2回路供電模式。

（3）蓄電池供電模式。此種模式為應急工作模式，當電源1和電源2供電中斷時，供電流程轉換為蓄電池組經逆變器給負載輸出電力；當2套UPS同時為蓄電池組供電模式時，將觸發安裝在負載開關1上的時間繼電器，蓄電池組持續向外供電半小時后，時間繼電器發出信號斷開負載開關1，以保證負載開關2下的通信系統等設備的電力供應，以此實現負載優先級的設置。

2 故障現象及原因分析

該機房發生過2次因UPS系統供電電源中斷而導致的停產事件。事件發生時，該機房電網工作正常，2套UPS均為蓄電池供電模式，負載開關處于分閘位置。

該機房的UPS為艾默生Liebert NX-120KVA型產品。在主電源正常的情況下，2套UPS同時轉換為蓄電池供電模式，表明2套UPS充電器同時發生了故障，但事后檢查充電器無異常，重新啟動2臺充電器，均可正常運行。為了徹底查清原因并解決問題，技術人員和UPS廠家工程師對產品的性能和使用工況進行了一次全面的數據收集和調研，進而確定故障的具體原因。下面介紹排查工作的具體步驟。

（1）參數設置和記錄跟蹤

運用TLS軟件與UPS系統進行在線通信，對機組PLC模塊內的基本參數設定值和在線測量數據進行檢查，無異常發現。在報警記錄的檢查中，發現“電源2相位超限”報警頻繁出現，出現頻率約為每小時10次，報警狀態持續時間約4～8s，在此報警產生的時間內UPS自動切換到電源2帶載的功能將被禁止。又由于此報警為自動復位式報警，因此UPS系統會在此報警自動復位消失后恢復電源2的正常工作狀態。

（2）波形采集及分析

用FLUKE43B電網分析儀對電源1和電源2的輸入波形。電源2的輸出波形以及逆變器的輸出波形進行取樣分析，波形分析結果無異常。

（3）局域電網結構分析

UPS電源1和電源2的供電電源均為平臺電網，單臺發電機工作時的電網最大輸出有功功率為4000kW，日常帶載量約為1600kW。平臺電網具有網小但工況復雜的特點，電網內設備種類（包括變壓器。馬達。變頻器和海纜等）相對較多，設備的突加突卸現象較頻繁。對電網進行分析后，結合上面兩步的分析結果，初步認定相對大功率設備的頻繁啟動可能是UPS“電源2相位超限”報警頻繁產生的原因。

（4）故障原因確定與驗證

在假定了報警原因為大功率設備頻繁啟動的前提下，決定在大功率設備旁進行蹲點測試，選取1臺l07kW的空調制冷壓縮機（星三角啟動）進行實測。實測發現在壓縮機每次啟動時，UPS便產生“電源2相位超限”報警，報警持續4～8s，與電機啟動時間相符。從而確定。電源2相位超限。報警產生原因：當平臺大功率設備啟動時，電源2的輸人輸出電壓產生畸變，導致相位超限并報警。由此進一步推論，如果在短時間內有多臺大功率設備先后啟動，那么電源1的輸人波形和電源2的輸人輸出波形將產生畸變，且畸變率逐漸增高，畸變持續時間增長；電源2的畸變導致“電源2相位超限”報警的自動復位時間加長；電源1的高畸變率會使整流充電器誤判為輸人電壓異常，而使整流充電器保護性停止工作；電源1和電源2的同時故障，使負載只能切換到蓄電池帶載模式，電池放電結束，DCS系統失電。這樣就出現了UPS故障導致平臺停產時電網工作正常的工況，且一年約一次的出現頻率也與推論中的極端工況相符。

3 系統故障分析及解決辦法

實際工況決定了故障不大可能從根本上杜絕，因此決定將UPS報警信號接人中控DCS系統，以便設備產生故障報警后，在狀態可控前提下，通過中斷報警工況來阻止事態進一步擴大。具體處理思路如圖1所示。

4 技術改造方案選擇及實施

4.1 方案選擇

要實現上面所描述的預防控制功能，需將UPS的報警信號接人中控DCS系統，UPS機組能提供的接入方案有2種。

（1）方案1：通過UPS通信卡件端口接入中控。UPS系統，并在DCS電腦上安裝UPS廠家工程師軟件以實現遠程在線監控。該方案優點在于能讀取UPS設備的所有信息及數據；缺點在于中控DCS系統和UPS分屬不同廠家，不能認證加裝在DCS電腦上的UPS廠家工程師軟件，這對DCS系統的穩定性有影響，DCS系統配合難度較大，風險不可控。

（2）方案2：串聯UPS機組報警輸出卡件上的開關觸點，將各類報警綜合為1對公共故障報警信號接入DCS系統。該方案接入DCS系統的為無源開關信號，DCS系統在工程設計中預留有開關信號接人功能的卡件，因此硬件接入條件滿足；軟件方面需在DCS系統內添加報警記錄和報警輸出界面，對此僅利用DCS系統自身的軟件就可實現。這種施工方案簡單且接人的信號不影響DCS系統的穩定性，缺點在于不能讀取UPS系統詳細的信息和數據。

從實際需求和改造難度綜合考慮后，認為方案2改動工作操作難度小、風險可控、功能滿足既定目標，更具可行性。

4.2 方案實施

方案的確定，使檢修工作進人了最后的圖紙設計和現場施工階段，軟硬件的配置是決定改造方案的基本條件，主要涉及以下幾方面。

（1）UPS報警輸出卡件上均為無源常開和常閉觸點，觸點電氣參數為220VAC/5A，DCS系統卡件電壓為24VDC，觸點電氣參數滿足接人條件。

（2）串人的公共報警信號包括低電量關機警告、電池負載、維護配置、通用報警、逆變器負載等，功能上最大限度地涵蓋了各類輸出報警工況。

（3）“電池負載”報警輸出點已被占用，故需加裝中間繼電器進行擴展。

根據以上實際條件和需要實現的功能，在原圖紙中進行了改動設計，接線如圖2所示。虛線為本次改動的接線，除U11～U14，U21～U24外，其余均為添加的新線，R1和R2為新添加的中間繼電器。

在改動設計中，將5類報警信號串聯為1對開關信號接入DCS系統。在UPS正常工作時，DCS接收到的為常閉開關信號；一旦有故障報警信號產生，串聯回路就斷開，DCS接收到的常閉開關信號消失，觸發DCS系統產生報警信號。為保證接線改動影響UPS系統的穩定性和功能，利用UPS自身的輸出電源作為中間繼電器的驅動電源，整個報警回路則遵循失電安全型規則。改動中，新加中間繼電器2個，涉及到接線18根，其中新加接線10根，原有接線改向8根。

改造完成后，對各種報警信號進行現場實際模擬測試，每次均能將報警信號及時傳人中控DCS系統，動作及時可靠。

5 結束語

綜上所述，UPS對許多行業的安全生產起到重要的作用。UPS在實際的運行中，存在著各種各樣的故障問題，影響到UPS系統的穩定性和可靠性。所以，為了及時處理UPS在日常運行中出現的故障，就要提高理論知識，結合實際采取相應有效的措施處理故障，從而確保UPS的正常運行。

【參考文獻】

[1]郭建軍，周松養.UPS故障診斷及處理[J].中國有限電視，2012（05）.

[2]時瑞.UPS不間斷電源故障分析與維修[C]//中國土木工程學會計算機應用學會第六屆年會土木工程計算機應用文集，1995.

[責任編輯：湯靜]