機(jī)架式UPS電源異常鎖機(jī)問題分析與研究

張小龍

（中國衛(wèi)星海上測控部 江蘇 江陰 214431）

1 引言

在船電輸入工作正常時(shí)，機(jī)架式UPS電源經(jīng)整流器、逆變器等穩(wěn)壓穩(wěn)流處理后，為相關(guān)設(shè)備提供電源輸出；在無正常船電輸入或者斷電時(shí)，機(jī)架式UPS電源自動(dòng)無延遲進(jìn)行切換，通過蓄電池對負(fù)載供電，能夠保證相關(guān)設(shè)備正常工作10 min以上，為故障處置和設(shè)備維護(hù)提供重要時(shí)間保證。該設(shè)備某次任務(wù)準(zhǔn)備過程中，出現(xiàn)無輸出故障導(dǎo)致設(shè)備異常關(guān)機(jī)，為了探究故障發(fā)生原因，本文針對故障進(jìn)行了分析研究，并提出相應(yīng)的故障解決措施。

2 機(jī)架式UPS電源基本原理

機(jī)架式UPS設(shè)備為純在線式UPS架構(gòu)，可持續(xù)為負(fù)載設(shè)備提供穩(wěn)定、不中斷、固定電壓的純正弦波交流電源，具有輕巧自動(dòng)化、功能健全的特點(diǎn)[1]。該型UPS電源通過數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)監(jiān)視控制設(shè)備工作狀態(tài)，提供UPS功能和遠(yuǎn)端監(jiān)控功能。本產(chǎn)品采用鉛鈣免保養(yǎng)電池。設(shè)備內(nèi)部供電系統(tǒng)組成見圖1。

圖1 機(jī)架式UPS電源內(nèi)部供電系統(tǒng)組成框圖

整個(gè)UPS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由以下7部分組成[2]。

（1）AC to DC整流轉(zhuǎn)換的PFC控制電路，AC to DC 整流轉(zhuǎn)換的PFC控制電路，經(jīng)濾波后供給逆變器，給蓄電池提供充電電壓，起到一個(gè)充電器的作用。

（2）DC to AC的高頻逆變器電路。

（3）電池充電器。

（4）內(nèi)部電池，UPS用來作為儲(chǔ)存電能的裝置，使其在市電失電時(shí)，可以將直流電逆變后，為負(fù)載提供不間斷電源。其容量大小決定了其維持放電（供電）的時(shí)間。

（5）DC to DC的升壓電路。

（6）靜態(tài)的旁路回路，當(dāng)UPS要進(jìn)行維修或更換電池而且負(fù)載供電又不能中斷時(shí)，可以先切斷逆變器開關(guān)然后激活維修旁路開關(guān)，再將整流器和旁路開關(guān)切斷。交流電源經(jīng)由維護(hù)旁路開關(guān)繼續(xù)供應(yīng)交流電給負(fù)載，此時(shí)，維護(hù)人員可以安全地對UPS 進(jìn)行維護(hù)。

（7）輸入&輸出的EMI濾波電路。

當(dāng)UPS正常工作時(shí)，船電經(jīng)整流后，轉(zhuǎn)換成直流電，并提供充電器及逆變器工作，充電器對電池充電，而逆變器再將直流電切換產(chǎn)生交流輸出，整個(gè)工作模式見圖2。

圖2 機(jī)架式UPS電源正常工作流程圖

3 機(jī)架式UPS設(shè)備異常鎖機(jī)問題分析與研究

3.1 故障現(xiàn)象

在執(zhí)行某次任務(wù)期間，我船3層肋位170至213區(qū)域、4層肋位198至223區(qū)域（3、4層船頭區(qū)域）出現(xiàn)區(qū)域性攝像頭畫面黑屏、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)中斷、電話業(yè)務(wù)中斷等現(xiàn)象。同時(shí)公共網(wǎng)和航渡網(wǎng)U2000統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)均出現(xiàn)緊急告警信息，且告警時(shí)間一致。告警信息為“網(wǎng)管與設(shè)備通信失敗，最近發(fā)生時(shí)間2020.03.28 00:08:23”。

3.2 問題定位及處置

3.2.1 故障定位

根據(jù)上述故障現(xiàn)象，專業(yè)組按照從源頭到終端步驟進(jìn)行故障排查，步驟如下：（1）光功率檢查：檢查機(jī)房設(shè)備上對應(yīng)接口的光功率，光功率均符合指標(biāo)[3]。（2）供電情況分析與檢查：分析ONU供電系統(tǒng)圖，發(fā)現(xiàn)故障ONU區(qū)域均為9號(hào)ONU分電箱供電區(qū)域；（3）檢查機(jī)房2CDB分電箱輸出電壓情況正常；（4）檢查G503機(jī)柜機(jī)架式UPS工作狀況，發(fā)現(xiàn)UPS出現(xiàn)“持續(xù)長鳴”告警聲[4]。

3.2.2 故障處置

故障位置確定后，崗位人員對故障機(jī)架式UPS進(jìn)行重啟操作，設(shè)備“ON/OFF”鍵均無效，遂將UPS跳接采用船電直接電方式進(jìn)行業(yè)務(wù)恢復(fù)，3 min后，故障區(qū)域攝像機(jī)圖像、電話、網(wǎng)絡(luò)等業(yè)務(wù)恢復(fù)正常。同時(shí)，公共網(wǎng)和航渡網(wǎng)U2000統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)提示告警清除，告警清除時(shí)間為2020.03.28 08:34:22，與UPS故障處理完畢時(shí)間一致。

3.3 機(jī)理分析

依據(jù)UPS出現(xiàn)故障時(shí)出現(xiàn)的“持續(xù)長鳴”告警、LCD液晶面板“FAIL”提示符以及“Er10”錯(cuò)誤代碼3個(gè)現(xiàn)象查詢產(chǎn)品說明手冊。其中“持續(xù)長鳴”告警、LCD液晶面板“FAIL”提示符均說明故障機(jī)架式UPS電源處于異常鎖機(jī)狀態(tài)；錯(cuò)誤代碼“Er10”代表逆變器過電流。因此，故障原因定位為負(fù)載電流過大[5]。

為進(jìn)一步確定閉環(huán)問題原因，崗位人員查詢機(jī)架式UPS設(shè)備負(fù)載性能指標(biāo)（見表1），在230 V外接電的情況下此設(shè)備的有效功率為800 W。當(dāng)輸出負(fù)載超過105%（840 W），且持續(xù)一段時(shí)間無改善后主控板啟動(dòng)保護(hù)機(jī)制，UPS輸出斷開。

表1 機(jī)架式UPS設(shè)備負(fù)載性能指標(biāo)圖

崗位人員梳理發(fā)生故障時(shí)使用該UPS電源的設(shè)備情況（見表2），梳理完畢并綜合計(jì)算后，UPS后端連接設(shè)備實(shí)際運(yùn)行功率在769～1 029 W之間，若兩個(gè)以上室外槍型攝像頭云臺(tái)同時(shí)運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，UPS電源總負(fù)載超出105%的設(shè)置閾值，UPS電源啟動(dòng)保護(hù)機(jī)制，斷開供電輸出。

表2 機(jī)房機(jī)架式UPS設(shè)備負(fù)載統(tǒng)計(jì)表

3.4 問題復(fù)現(xiàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證問題定位情況，崗位人員在該型UPS設(shè)備后連接可調(diào)功率焊臺(tái)進(jìn)行模擬測試（測試原理見圖2，測試數(shù)據(jù)見表3）。當(dāng)可調(diào)功率焊臺(tái)工作在800 W以下且連續(xù)工作時(shí)，未發(fā)生同類型告警且UPS電源工作正常；當(dāng)持續(xù)工作在1 000 W時(shí)，短時(shí)間內(nèi)告警并斷開輸出；使用可調(diào)功率焊臺(tái)將功率在1 min之內(nèi)從700 W調(diào)整至1 200 W時(shí)（模擬多云臺(tái)同時(shí)工作），UPS電源快速產(chǎn)生告警并斷開輸出。

表3 模擬測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

3.5 解決措施

通過故障分析與定位，可以確定故障原因?yàn)闄C(jī)房機(jī)架式UPS電源超負(fù)載運(yùn)行，造成UPS主控板啟動(dòng)自我保護(hù)機(jī)制，UPS輸出斷開[6]。故障確定后，崗位人員根據(jù)設(shè)備使用需求，合理負(fù)載分配，機(jī)架式UPS電源長期工作正常，問題得到解決。

4 結(jié)語

該設(shè)備問題的發(fā)生、定位、排除以及復(fù)現(xiàn)過程為崗位人員進(jìn)一步積累了設(shè)備狀態(tài)管控經(jīng)驗(yàn)。專業(yè)組根據(jù)此問題經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)進(jìn)行了舉一反三，進(jìn)一步梳理和核算了存在此類型單點(diǎn)問題的供電網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備總負(fù)載，重新進(jìn)行負(fù)載分配，規(guī)避了同類型問題的發(fā)生，特別是針對各類設(shè)備不同工作狀態(tài)下的功率狀態(tài)進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，為持續(xù)提升通信設(shè)備運(yùn)行維護(hù)能力和通信業(yè)務(wù)保障能力奠定了基礎(chǔ)。