通信機房UPS電源的設計與管理維護

馮新波

（山東省郵電規劃設計院有限公司，山東 濟南 250000）

0 引 言

不間斷電源（UPS）可以可靠連接蓄電池與主機服務器，通過主機逆變器將存儲的直流電能轉換為交流電，用于通信機房軟硬件設備、壓力變送器以及電磁閥等設備的不間斷電力供應，確保各種設備的可靠運行。為更好滿足人們生產生活對通信質量的需求，需要分析掌握UPS電源的工作原理，確定設計方案，并結合實際需求完善日常維護管理計劃，排除各種因素帶來的不利影響，維持通信機房UPS電源的穩定運行。

1 UPS電源種類及特點評價

UPS電源的組成包括整流器、逆變器、蓄電池以及靜態開關等，確保供電電壓穩定的同時，還可以自動將蓄電池所存儲的直流電轉換成交流電，這樣即便是遇到電網停電故障，也依然可以滿足通信機房設備對電源持續供電的要求。現在所應用的UPS電源類型包括后備式電源、在線式電源以及互動式電源等。

1.1 后備式電源

在正常供電的情況下，通過交流旁路通道實現可靠的負載供電，主機逆變器可以及時存儲市電。該類UPS電源整體結構比較簡單，對占地面積的要求較低，投入成本小，并且在市電正常運行的情況下不會造成電網污染，確保電壓穩定。一般情況下功率為0.25～2 kW·h[1]。

1.2 在線式電源

市電正常運行時，交流電可以直接被轉換為直流電，用以向蓄電池充電。市電供電異常時，由蓄電池通過逆變器向負載設備的供電，以滿足負載設備持續穩定的需求。該類UPS電源輸入電壓范圍比較大，可以做到瞬時切換，適用于多種場合。但與后備式UPS電源相比，在線式UPS電源前期的成本投入較大。

1.3 互動式電源

該類UPS電源集成了上述兩種電源的主要功能，同樣具備范圍較大的輸入電壓范圍。此外，電源整體噪音比較低，體積小占地需求低，無需擔心其對市電電網的供電產生影響。

2 UPS電源工作原理及技術實現

通信機房UPS電源在各個方面均有所保障的情況下，可以直接將市電交流電轉變為直流電向儲能裝置充電，同時進行脈寬調制和濾波，通過逆變器重新轉換成正弦交流電源向負載供電。市電電網供電異常時，UPS電源可以自動切換至由蓄電池直流供電，并通過逆變器轉換成交流電繼續為負載供電。這樣可以確定，無論市電電網供電狀態如何，均可通過UPS電源逆變器進行負載供電，一定程度上降低了市電電壓波動所產生的不利影響。另外，UPS電源能夠為負載穩頻率、穩壓供電。以在線式UPS電源為例，其可以在市電異常的情況下，將市電供電轉換為蓄電池供電，整個過程所需時間非常短，滿足用戶對穩壓和穩頻交流電源的要求，為通信系統的穩定可靠運行提供了較高的保障[2]。對UPS電源來講，除了其自身所具有的優勢外，還要注意運行期間的維護管理，把握好每一個環節，排除其他因素產生的不利影響，確保UPS電源供電的正常穩定。UPS電源系統工作原理如圖1所示。

圖1 UPS電源系統工作原理圖

3 通信機房UPS電源優化設計

3.1 UPS供電方案設計選擇

整體上來看，通信機房UPS電源多是采用的在線式設計方法，且按照結構連接方式的不同，供電方案設計可細分為應急系統與串聯系統。應用串聯熱備份的方式，將從機輸出作為主機房路輸入。多數情況下，從機保持熱備份空待狀態，主機負責帶載所有負載。在主機切換為旁路工作后，采集設備進行帶載運行，此種設計方案可以降低UPS電源系統的安裝難度，便于后期調試運行。但是結合實踐經驗可知，UPS供電組成串聯熱備份可能會造成設備老化，影響系統轉換率和擴容效果。在設計時想要解決輸出單點不足的問題，可以通過雙路UPS建立雙母線供電系統，保證服務器雙路冗余電源設備可以自動整合，進一步優化整個電路系統。綜合來講，通信機房UPS電源供電設計中由雙路UPS共同組成雙母線供電系統，適應性最強，可以增加擴容效果，并進行自動維護。此外，靜態轉換開關為固態三級雙位轉換開關，用以確保同步三相交流電源之間的順利切換，且將兩路交流電源的幅度、頻率以及相位控制在合理范圍內。應用主電源與備用電源之間無法產生沖擊電流的特點設計，保證在瞬時完成狀態的轉換。

3.2 UPS系統容量配置

為準確判斷UPS電源容量，必須嚴格按照設備的實際負荷進行分析，以此來保證UPS電源負載的合理性。正常情況下達到額定功率的25%～80%即可。用戶負載啟動時會產生較大的沖擊，為避免此方面的影響，應將負載容量控制為UPS電源額定容量的70%～80%。另外，假如負載過低，將影響電池的放電效果，加速電池的損壞。在選擇蓄電池容量時，要綜合負載大小和實際使用情況，結合備用時間做全面判斷。按照最大電流法進行快速計算，估算蓄電池的后備時間，但是具有一定的誤差。相比來講，恒功率法計算結果的準確性更高。在UPS電源使用過程中，還要兼顧運行環境，聯系環境溫濕度以及電池實際性能來分析，總結存在的各影響因素，在設計階段做好規避處理。完成蓄電池最大放電電流計算以后，根據用戶選擇的備用時間及蓄電池廠家提供的電池組放電功率準確計算蓄電池的標稱容量，明確蓄電池容量值配置標準。最后結合蓄電池容量，依照蓄電池型號和連接方式確定電池柜尺寸。此外，為確保UPS電源的穩定運行，要注意UPS供電系統的后備電池組最多進行4組電池組的并聯設計，并且控制后備時間不低于滿負荷工作60 min。

4 通信機房UPS電源管理維護措施

4.1 日常巡查記錄

安排專門的檢修維護人員，巡查確認通信機房UPS電源系統的運行狀態，并做好詳細記錄。制定每日巡查的時間與計劃，一般可以每隔2 h檢查一次系統報警信息、安全范圍、內部散熱扇運行情況、電流與電壓以及頻率等，對于發現的異常要及時上報處理。此外，還要注意檢查UPS電源系統的運行環境，根據電源運行需求，合理調控機房環境的溫濕度，溫度可為22±2 ℃，濕度在50±5%為宜。還要確保機房內通風良好，定期做好室內清潔[3]。不僅如此，維護人員還需要重點排查蓄電池外殼是否損壞、變形以及滲漏等問題，并檢測外殼溫度是否在正常范圍內，擰緊連接端子，排除存在的隱患，降低運行故障的發生概率。

4.2 設備定期維護

制定科學可行的維護管理方案，有目的、有計劃的開展定期維護工作，保障通信機房UPS電源系統可以穩定運行。目前，每月可進行一次UPS電源系統的全面維護，逐個檢查系統的所有接線端子，及時處理存在的松動和脫落等問題，及時更換發現的發熱變色的線路及端子。檢查蓄電池的電壓和內阻，如果端電壓低于臨界電壓或者蓄電池電阻高于80 Ω時，要及時更換新的電池。清潔UPS電源內部時要注意避免損壞電路及各部件，且要清除積累的灰塵，保持內部清潔。重視電源出現的冒、漏以及膨脹等問題，且在市電斷電情況下檢測電池的供電狀態。另外，按照計劃重點做好機房內的防水和防蟲等，及時處理解決出現漏洞的部分。有序進行定期維護工作，可以更為全面地消除存在的各種隱患，為UPS電源的正常運行提供可靠保障。

4.3 遠程監控系統

在新興技術的支持下，可以為UPS電源系統管理提供更大的助力。UPS電源在接入網絡后，通過SNMP網絡適配器可以支持接入其他任何品牌，且同時具備統計、報警管理、實時監控以及人機交互等功能。系統統計功能實現的依據是UPS電源運行產生的各類數據，且數據朝著統計報表轉換，通過對比分析各種數據，聯合參考資料可以為UPS電源維護管理提供更多支持。報警管理可以在超越報警等級和用戶權限的條件下生成報警信息，同時可以將報警信息傳輸給管理人員，及時就發現的問題安排人員處理解決。實時監控掌握電源系統的運行狀態，以各種數據的分析結果為依據，及時調整維護管理的方案。人機交互功能既便于管理人員操作，又可以通過設備重新調整設置UPS電源的參數，確保電源系統可以穩定可靠運行。這大大降低了維護管理的難度，同時也為UPS電源的安全穩定運行提供了巨大的支持。

4.4 機房設計施工

為滿足UPS電源運行需求，在前期通信設計施工階段就需要進行綜合分析。對蓄電池、整流器以及UPS電源等設備容量以及位置進行全方位的設計，同時還需要注意斷電情況下緊急供電程序的應用需求。結合實踐經驗，綜合現場實際條件，確定可行性最好的施工方案，并安排經驗豐富的單位負責。安排現場監督人員，保證每個環節執行的規范性，及時指出不當行為，提高施工效率和質量，避免存在任何會影響電源設備正常運行的因素，從根源上杜絕機房環境產生的不利影響。

5 結 論

通信機房UPS電源所起到的作用至關重要，對通信質量有著重要影響，因此需要強調對其的維護管理。前期應針對實際需求，完成UPS電源系統的優化設計，并綜合多方面條件制定科學可行的管理方案，將日常維護與定期檢修等工作落實到底，全面排查解決存在的隱患，確保UPS電源的穩定運行。