淺析UPS電源的故障成因和維護對策

四川省機場集團天府機場分公司機電設備部 王 鵬

1 引言

UPS 電源在現代化社會中扮演著至關重要的角色，為各種行業的設備和系統提供穩定、可靠的電源保障。由于UPS 電源設備長時間運行和各種因素的影響，故障問題時有發生。故障的發生不僅會影響到設備和系統的正常運行，還可能會導致重大經濟損失和安全事故。及時分析UPS 電源故障的成因，并采取正確的維護對策，對于保障設備和系統的正常運行，以及保證人員和財產的安全具有重要的意義。

2 UPS 電源電池老化或損壞故障的成因及維護對策

2.1 UPS 電源電池原理和組成結構

UPS 電源的電池是其重要組成部分，主要用于在停電或電網不穩定情況下為負載供電。UPS 電源電池由若干個電池組成，每個電池都是由若干個電池單體組成的，在UPS 電源中，電池通常由鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池等組成[1]。

2.2 電池老化或損壞的成因分析

UPS 電源電池在長時間運行中，不可避免地會出現老化或損壞現象，這些問題可能導致UPS 電源失效或性能下降。

一是溫度。電池在高溫環境下使用會導致壽命大幅縮短，每高10℃使用壽命減半。二是充電和放電次數。每次深度放電會縮短電池壽命，放電深度超過50%時壽命受影響；頻繁充電也會導致電池老化。三是充電方式。過度充電或過度放電、充電電壓不恰當、過度充電時間、充電電流過大等都會對電池的壽命產生不良影響。四是維護不當。不及時更換老化或損壞的電池、不定期對電池進行檢查和維護等，都會對電池的壽命產生不良影響。

2.3 維護對策

一是控制溫度。UPS 電源應該放置在溫度適宜的環境下使用，特別是在夏季或高溫環境下，應該特別注意UPS 電源電池的溫度，可以使用空調或其他溫度控制設備來保持適宜的環境溫度[2]。

二是控制充放電次數。每次深度放電會縮短電池的使用壽命，可以盡量減少深度放電次數，以及合理規劃充放電時間。

三是使用正確的充電方式。可以選擇UPS 電源原廠提供的電池充電器，或者其他符合電池充電要求的充電器，以避免充電方式不當導致的電池損壞或老化。

四是定期檢查和維護電池。可以制定電池檢查和維護計劃，例如每隔一段時間對電池進行檢查、清潔和維護，并及時更換老化或損壞的電池。定期維護可以延長電池壽命，保證UPS 電源的正常運行。

2.4 案例分析

某公司在使用UPS 電源時，發現電池壽命過短，需要進行電池壽命測試和預測。

基本數據：UPS 電源型號為APC Smart-UPS 1500；電池數量為4塊；電池容量為12V 7.2Ah；電池年限為3年；已使用年限為2年；電池壽命預測為1年。

測試方法：在停電狀態下，使用數字萬用表測量每塊電池的電壓和內阻；記錄電池電壓和內阻數據，并進行平均值計算；根據已使用年限、電池年限、電池容量、電池壽命預測式等，計算出電池壽命預測值；對比電池壽命預測值和實際已使用年限，判斷是否需要更換電池。

預測結果：根據電池壽命預測式計算，該UPS電源電池壽命預測為1年。而已使用年限為2年，說明電池壽命已接近預計壽命，建議進行電池更換。

3 UPS 電源逆變器故障的成因及維護對策

3.1 UPS 電源逆變器原理和組成結構

UPS 電源的逆變器是將直流電轉換為交流電的核心部件，其原理是利用高頻PWM 技術將直流電轉換成高頻交流電，再經過濾波和穩壓處理，得到純凈的交流電源輸出[3]。逆變器的組成結構包括高頻開關管、輸出變壓器、濾波電容、穩壓電路等部件。

3.2 逆變器故障的分類和原因分析

逆變器故障的分類和原因分析詳見表2.

表2 逆變器故障的分類和原因分析

3.3 維護對策

一是定期檢查和維護UPS 電源的逆變器輸出電路和控制電路，及時更換老化或損壞的元件。二是采用高品質的逆變器開關管，避免開關管老化或損壞導致的故障。三是安裝過載保護器、短路保護器等安全保護裝置，有效防止過載、短路等情況發生。四是定期對UPS 電源進行維護和測試，及時發現和排除潛在的故障隱患，確保UPS 電源的穩定運行。

3.4 案例分析

故障癥狀：UPS 電源輸出電壓異常，不穩定，時斷時續。可能的故障原因：逆變器輸出電路中某個元件損壞；逆變器控制電路故障；逆變器輸出濾波器元件老化；電池電壓不足；負載突變。

排除步驟：檢查逆變器輸出電路中的元件是否損壞，如開關管、電容器等，需要進行逐一檢查和測試，更換故障元件；檢查逆變器控制電路是否正常，如檢查控制芯片、傳感器等，確保控制電路正常；檢查逆變器輸出濾波器元件是否老化，如電容器等，如有發現老化的元件需要及時更換；檢查電池電壓是否足夠，如果電池電壓不足，需要更換電池或者充電；檢查負載是否突變，如果負載突變，需要及時進行負載平衡。

在排除故障之后，需要對UPS 電源進行維護，包括定期檢查UPS 電源的電池、輸出電路、控制電路等，并及時更換老化或損壞的部件。另外，需要確保UPS 電源工作環境溫度適宜，避免溫度過高或過低對UPS 電源的影響。

4 UPS 電源過載或短路的成因及維護對策

4.1 UPS 電源過載和短路的定義和分類

過載是指當UPS 電源輸出電流超過其額定電流時，就會發生過載，導致UPS 電源無法正常工作，甚至可能導致UPS 電源損壞。短路是指當UPS 電源輸出電路中出現短路時，電流會突然變大，電路中的保險絲或保護電路將會自動切斷電流，以保護UPS 電源和負載。

4.2 過載和短路的成因分析

4.2.1 過載的成因分析

一是過載負。當UPS 電源的輸出負載超過額定負載時，會發生過載。負載過載可能是由于負載功率需求增加、負載瞬時突增、并行UPS 負載不平衡等原因引起的。二是過流電流。當UPS 電源輸出電流超過額定電流時，就會發生過流。過流可能是由于短路或負載發生異常導致的。三是UPS 電源故障。UPS 電源內部元器件故障或電池老化等原因可能導致UPS 電源過載。

4.2.2 短路的成因分析

一是外部因素。UPS 電源輸出線路短路、UPS電源輸出插頭與插座接觸不良等外部因素可能導致短路。二是內部因素。UPS 電源輸出線路內部元器件故障、逆變器輸出開關管損壞等內部因素可能導致短路。三是負載問題。如果負載發生短路，也會導致UPS 電源發生短路。

4.3 維護對策

一是合理配置負載。在選擇UPS 電源時，要根據實際負載需求選擇適當的額定容量。并且，在使用UPS 電源時，要注意負載的變化情況，避免出現瞬時突增的情況。

二是檢查并行UPS 負載平衡。如果采用了多個UPS 電源進行并行運行，需要確保各個UPS 電源的負載平衡，避免某個UPS 電源的負載過重導致過載。

三是定期檢查UPS 電源。定期對UPS 電源進行檢查，發現問題及時處理，防止UPS 電源內部元器件故障或電池老化等原因導致過載。

四是檢查輸出線路。定期檢查UPS 電源輸出線路是否存在磨損、老化、松動、腐蝕等情況，特別是在移動UPS 電源時，應檢查輸出線路是否有磨損或損壞。

五是定期維護UPS 電源。定期對UPS 電源進行檢查和維護，包括清潔電源內部和外部、檢查電源內部元器件是否損壞、檢查逆變器輸出開關管是否損壞等[4]。

六是增加過載保護。安裝過載保護裝置或UPS電源輸出保護器可以減少UPS 電源因短路而損壞的風險。這些設備可以快速切斷電路，保護UPS 電源和其他設備不受損壞。

4.4 案例分析

某公司的UPS 電源突然報警，顯示輸出過載。工作人員檢查后發現，UPS 電源連接的服務器數量增加了，導致負載超過了UPS 電源的額定負載。此時需要進行過載故障的檢測和排除。

數據：UPS 電源額定功率為10kVA；當前連接的服務器數量為6臺；每臺服務器的額定功率為1.5kVA；UPS 電源的輸出電壓為220V；UPS電源的輸出電流為45A；UPS 電源的輸出功率為9.9kVA。

解決方法：先將部分服務器斷電，降低負載。例如，斷電兩臺服務器，將負載降低到9kVA 左右；根據UPS 電源的額定功率進行選擇，例如將額定功率提高到15kVA 的UPS 電源；調整服務器數量，控制負載不超過UPS 電源的額定負載；檢查UPS電源輸出電流、輸出功率是否正常，避免過載故障的再次發生。

如果是短路故障，則需要先排除短路原因，例如檢查電纜是否破損、連接是否松動等。如果短路故障嚴重，可以更換故障電纜或連接器，避免短路故障的再次發生。同時，也需要檢查UPS 電源的保險絲是否熔斷，必要時更換保險絲。

5 UPS 電源設備老化的成因及維護對策

5.1 UPS 電源設備老化的定義和影響

UPS 電源設備的老化會對設備的性能和可靠性產生重大影響，導致故障率增加，使用壽命縮短，甚至可能對設備安全造成威脅。設備的老化問題是所有電子設備普遍存在的問題，其導致電源輸出不穩、故障率增加、能耗增加、安全風險增加等問題，同時也會影響設備的可靠性、壽命、兼容性和性能。

5.2 設備老化的成因分析

一是使用時間長。隨著設備使用時間的增加，設備的部件會逐漸磨損、老化，導致設備的性能下降，最終可能導致設備的失效。二是使用環境。如果設備長期在惡劣的使用環境下運行，例如灰塵、腐蝕性氣體等環境，也會加速設備老化。三是設備質量。設備的質量也會直接影響設備老化速度，低質量的設備通常容易出現老化問題。四是維護不當。不定期地維護和保養也會導致設備老化問題，例如未清潔設備、未及時更換老化的部件等。五是頻繁開關機。頻繁的開關機會導致設備電路溫度變化較大，容易導致部件老化。六是電力質量問題。電力質量問題，如電壓波動、電流波動、電壓暫降、電壓暫增等都會對設備產生影響，加速設備老化。針對問題提出對策。

5.3 維護對策

一是做好設備的日常維護和保養，包括定期清潔設備、更換老化的部件等。二是控制設備的使用環境，避免長期在惡劣環境下運行，如灰塵、高溫、高濕度等。三是選擇質量較好的設備，以減緩設備老化速度。四是避免頻繁開關機，盡可能減少電路溫度變化，延長設備的壽命。五是通過穩壓器、UPS 等設備解決電力質量問題，避免電壓波動、電流波動、電壓暫降、電壓暫增等問題影響設備的壽命。

6 結語

UPS 電源在現代電力系統中發揮著至關重要的作用，對于保障電力系統的穩定運行至關重要。因此，對UPS 電源的維護和保養應該高度重視，及時發現并排除故障，以保障電力系統的安全穩定運行。