UPS電池組選型配置與維護措施探索

張虎

摘 要：伴隨科學技術(shù)的發(fā)展以及電力自動化水平的不斷提升，UPS電源系統(tǒng)在企業(yè)電源供電系統(tǒng)中應用逐漸趨于廣泛。對此，文章在對于UPS電源系統(tǒng)詳盡分析的基礎(chǔ)上，對于UPS電源的選型與配置進行了介紹，并對于UPS延長使用壽命的維護技術(shù)與措施進行深入研究，以提升UPS電源實際應用性能。

關(guān)鍵詞：UPS電源；選型；維護；措施

1 UPS作用

UPS電源系統(tǒng)涵蓋了整流、儲能、變換以及開關(guān)控制等子系統(tǒng)。其中，整流系統(tǒng)完成交流電與直流電間的轉(zhuǎn)換，儲能系統(tǒng)用于UPS電源系統(tǒng)的儲能，實現(xiàn)電能與化學能的相互轉(zhuǎn)換。變換系統(tǒng)包括逆變橋與控制濾波電路等，用于將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡_關(guān)轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)換型與并機型兩大類，是一類可控硅的無觸點開關(guān)。

2 UPS的選型與配置

2.1 產(chǎn)品類型

UPS電源系統(tǒng)的發(fā)展歷經(jīng)兩大階段，分別是旋轉(zhuǎn)式UPS電源系統(tǒng)以及靜態(tài)變換式UPS電源系統(tǒng)，早期的旋轉(zhuǎn)式UPS電源系統(tǒng)已無法適應現(xiàn)階段高速發(fā)展的經(jīng)濟社會的發(fā)展需求，同時，伴隨電力電子技術(shù)的發(fā)展，靜態(tài)變換式UPS電源系統(tǒng)逐漸得到廣泛應用。靜態(tài)式UPS系統(tǒng)包括3大類，分別為后備式、在線式以及在線互動式。

2.2 參數(shù)指標

UPS的輸出參數(shù)指標見下表所示：

UPS可實現(xiàn)單機與多機并/串聯(lián)合運行，蓄電池最大放電電流：I=Scos？漬？字？抓i，與額定輸出功率、負載功率因數(shù)以及逆變器的效率有關(guān)。UPS多機聯(lián)合運行時，單機間可實現(xiàn)無電纜條件下的并聯(lián)均流控制，消除系統(tǒng)單點故障對于系統(tǒng)的影響，提升網(wǎng)絡(luò)保護水平，降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率。

2.3 配置方案

（1）集中式和分散式供電方案

集中式供電方案即單一UPS配置多個用電負載，其UPS機型體積相對較大，可實現(xiàn)較為便利的供電管理，供配電可靠性以及安全性能較高，但造價也較高；分散式供電方案即單一UPS配置單一負載，對于UPS電源項目的設(shè)計中，UPS電源配置方案應依據(jù)具體應用情況以及實際經(jīng)濟情況。

（2）蓄電池配置時間

對于供電相對穩(wěn)定區(qū)域，UPS系統(tǒng)蓄電池配置需耗時15min-1h；對于電網(wǎng)供電持續(xù)趨緊地區(qū)，由于電力故障頻發(fā)，供電緊張，該類UPS配置的蓄電池一般需為4-8小時的長延時系統(tǒng)。當配置發(fā)電機供電時，UPS系統(tǒng)負載配置僅需30min-1h。

（3）可靠度設(shè)計

UPS電源系統(tǒng)的可靠性設(shè)計對于保障電源的持續(xù)穩(wěn)定供應、保障用電設(shè)備的安全穩(wěn)定運轉(zhuǎn)具有極為重要的作用，尤其是對于財務中心以及數(shù)據(jù)中心等重要部門的電力供應，可靠性設(shè)計顯得尤為重要。對于此類要害負載的供電可靠性設(shè)計通常采用雙路交流市電供電外加備用發(fā)電機組、另加多臺UPS并機（或雙機串聯(lián)備份）的方式。采用雙路交流市電供應，包括高、低壓變電站、切換開關(guān)以及UPS系統(tǒng)等，同時可采用冗余并機方式進一步提升其供電可靠性，供電方案中，冗余并機UPS均分負荷，同程度老化，多機之間的通訊協(xié)調(diào)平衡控制由并機板完成，UPS1和UPS2并聯(lián)接入市電，并聯(lián)輸出供給同一要害負載，提高整個系統(tǒng)的可靠度。

3 UPS延長使用壽命的維護技術(shù)與措施

3.1 定期檢查

對于UPS電源系統(tǒng)中各單元電池的端電壓與內(nèi)阻進行定期檢查是電源系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的保障。以12V單元電池為例，通過對于單元電池間端電壓差以及內(nèi)阻進行定期檢查，可及時掌握系統(tǒng)運轉(zhuǎn)情況。當端電壓差大于0.4V或內(nèi)阻大于80mΩ時，應及時采取均衡充電措施以消除端電壓不平衡。UPS電源系統(tǒng)運行過程產(chǎn)生的單元電池特性不均衡難以通過充電回路消除，需及時進行脫機均衡處理。

3.2 減少深度放電

電池系統(tǒng)的運行壽命與放電深度密切相關(guān)，在市電中斷情況下，用電負載較小時，蓄電池可供使用容量與額定容量的比值越大，電池被放電的深度就比較深。實際應用中應防止電池組的深度放電，從而延長電池組的使用壽命。

3.3 重新浮充

當UPS電源停機10d以上后重新開機使用時，由于電源長期處于無放電狀態(tài)，會造成電池內(nèi)阻不斷增大，導致蓄電池失效報廢。對于此類情況的處理需在不加負載條件下啟動UPS電源，以利用機內(nèi)的充電回路重新對蓄電池浮充10-12h以上再帶載運行。在室溫條件下，電池存放一個月后可用容量降至其額定容量的97%，并隨著儲存時間的延長進一步降低，因此，需每隔2-3月進行放電操作，負載約為額定輸出的30%。

3.4 利用供電高峰充電

為防止UPS電源長時間供電不足引起的損壞，需充分利用供電高峰進行電源的充電操作，較適用于市電供應長期處于低電壓狀態(tài)，且用電緊張的區(qū)域。利用供電高峰充電可保障充分充電，在深度放電后，再充電至額定容量的90%需要10-12h。

3.5 注意充電器的選用

除后備式外，目前UPS充電器的功能大多都是通過整流器完成，工頻UPS整流器都是可控硅構(gòu)成的橋式電路，而其控制電路和驅(qū)動電路都能保障完善的充電和保護功能，并且現(xiàn)在的控制策略都會對充電有專門的優(yōu)化。UPS電源充電器的選用需注意不可采用不具備穩(wěn)壓恒流功能的充電器件進行充電。此類充電器會造成惡劣的充電環(huán)境，使蓄電池同時處于瞬時過流以及過壓充電狀態(tài)，因而對于蓄電池造成損壞，使得蓄電池的容量逐漸下降，甚至導致電池的失效報廢。在蓄電池充電器的選用上應注意盡量選用兼具恒流以及恒壓調(diào)控的充電器，且在在恒壓截止型充電回路中，應注意調(diào)控電池電壓過低保護至合適位置以免過流充電的產(chǎn)生。

3.6 注意環(huán)境因素的影響

同時，由于電池容量與環(huán)境溫度條件相關(guān)性較大，電池環(huán)境溫度過高和過低都會降低其使用容量和壽命。通常電池的可用容量在室溫20℃左右為宜，溫度過高，逆變器將會停止工作并報警，同時也影響電池的壽命；溫度低于20℃，電池可用容量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，因此實際應用過程中需保證電源的環(huán)境溫度。夏季氣溫很高，若通風不好，造成設(shè)備散熱出現(xiàn)故障，溫度過高將導致逆變器停止工作，UPS電源需要安裝空調(diào)器或者通風機來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。對UPS電源蓄電池的維護，除了日常巡檢外，每年要進行1次充放電試驗。

4 結(jié)束語

實際應用過程中，需做好電池組的安全使用以及維護工作，包括定期檢測、重新浮充、減少深度放電、利用供電高峰充電、注意充電器的選用等方面，不斷提升UPS蓄電池供電質(zhì)量。

參考文獻

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[2]趙力.電池辭典[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010.