浅析不间断电源在营收系统中的应用

赵瑞萍

（中国平煤神马集团计算机通讯分公司，河南 平顶山 467000）

0 引 言

中国平煤神马集团专用通信网（中平专网）已于2010年年初实现了三网融合，20多个营业厅为8万多用户提供语音、数据和电视三类业务的客户服务。如何做好客户服务，除了文明礼貌服务外，营业系统的安全运行也是确保服务的关键。而不间断电源高可靠的供给是其稳定运行的重要基础。

中平专网营收管理系统包括计费处理系统、话单分拣系统、催缴费系统、呼叫中心系统、电子派单系统、视频监控系统等12个大系统。这些系统设备全部集中在专网控制网络中心。各营业厅前台受理设备主要为PC机和数据交换机组成。

整个营收系统的设备，不论是服务器或PC机，还是网络交换机，大多为交流设备，电压等级220 V，不间断交流供电是其运行的必要条件。

1 不间断电源的分类、组成和原理

交流不间断电源系统基本上分为两类，即UPS电源和逆变电源。UPS电源按隔离变压器特点，又可分为高频类和工频类；逆变电源又可分为独立式逆变电源模块和可并联逆变电源系统；两类设备按其工作原理不同，可分为在线式或离线式，分别使用在不同场合。对于重要的负载，目前多采用在线式，不管电网电压是否正常，其输出交流电压都要经过逆变器，即逆变器始终处于工作状态，输出电源质量最好。UPS交流不间断电源包括整流、逆变、静态旁路开关和蓄电池。整流部分将市电AC电源转换成稳定的DC电源，输送足够能量供给逆变器带负载和给电池充电；逆变部分把整流器或电池送来的DC电源变换成电压稳定、频率稳定、谐波含量少、干净的再生正弦波AC电源供给负载。静态旁路开关在以下情况：UPS输出端发生过载、甚至短路、逆变器故障，无中断地（同步）把负载电源转接到旁路电源。

逆变模块将直流电压通过高频功率变换产生高品质的交流正弦波电压，1～20个并联逆变模块可以灵活组合。其为智能化电源产品，采用了无主从控制方式的数字相位同步锁定技术，系统完全自主均流，可在线热插拔以增加或减少并机模块，实现（N＋X）热插拔并联冗余。当某一模块故障，故障模块即自动退出，并发出报警，而剩余模块自动均分负载，系统照常运行。

本文重点以UPS不间断电源为例论述其规划设计、工程施工、维护管理等方面。

2 规划设计

UPS电源选型时，要根据营业厅周围用电条件、用电环境、自然环境、备用时间、用电设备的特殊要求等因素，确定满足需要的不间断电源类型、容量等。通过以下5个方面来简述确定所选择的不间断电源。

2.1 确定所需UPS的类型

（1）根据负载对输出稳定度、切换时间、输出波形要求来确定是选择在线式、离线式等类型的UPS。在线式UPS的输出稳定度、瞬间响应能力强，营业收系统的所有设备适合选用在线式UPS不间断电源系统。

（2）UPS作为基础供电设备，最重要的是可靠性。大功率UPS的MTBF要远远高于小功率UPS的MTBF。营业厅选择2 kVA～3 kVA系统，营收系统整个平台易选用10 kVA以上的UPS系统。

（3）从投资成本或扩容角度考虑，建设资金充足，可考虑未来3～5年的业务发展，采取一次投资，一次到位的方式；如果资金不富余，选择可升级、扩容的UPS产品，避免因资金不足或业务发展预测不到位等因素带来的重复投资损失。

2.2 确定UPS的容量及后备时间

（1）计算所有的负载总和（S＝S1＋S2＋……＋Sn），UPS的容量≥S÷0.8。例如营收系统中的五个子系统功率分配情况见表1。

根据表1中5个子系统的功率数值，计算出UPS容量至少为：14.6/0.8＝18.25 kVA，所以可以配置20 kVA UPS系统。

（2）营业厅由于服务特点区别于其它负载，为了保证服务质量，市电停电时，备用时间要求比一般UPS后备时间（在1 h左右）长些，相应的蓄电池组容量要稍大些，使其能达到5 h为宜。营收管理系统则不允许停电，其配置蓄电池组的供电时间8 h以上，还要配备相应功率的油机，可在电网长时间停电时进行发电。

2.3 备份和智能管理功能

为了提高系统的可靠性，最好采用UPS热备份系统，可以采用串联热备份、直接并联备份或双母线方式。小容量的 UPS（1～2 kVA）还可以选用冗余开关。有条件的选用远程监控面板和监控软件，通过数据承载网，完成电源数据信息的交互，实现计算机和UPS之间的智能化管理和网络化管理，收集UPS不间断电源运行数据，便于分析其运行状况。

2.4 运行环境

运行环境也是UPS运行稳定性的组成部分，是设计中必须关注的环节。做好必要的接地和防雷措施是其基本条件。接地阻值要符合电源接地标准，防雷设备级别要按照所在的位置至少应安装D级防雷模块。周围交流供电的优劣，以及放置UPS电源的区域能否良好通风、远离水源、可燃性气体等环境因素，也是设计规划中值得注意的地方。

2.5 售后服务

售后服务也是保证不间断电源设备正常运行的基础之一。要选择规模大的，专业能力强的和服务规范的供应商，才能保证后续技术支持和现场服务。

鉴于中国平煤神马集团公司营收系统情况，整个营收系统平台建设在综合机房里，综合机房有大容量的通讯直流电源系统，采用了大容量、高频可并联逆变电源系统，提供大容量的交流输出，为营收系统的所有设备提供交流电输入；而对于具有双电源输入系统（服务器、交换机等设备）的营收设备，除了接入逆变电源提供的交流电外，在综合机房另上一套UPS系统，为其再提供一路交流输入电源，起到双回路供电的目的，保证营收核心系统的高可靠安全运行。

经过测算系统的负载功率，逆变电源配置为30 kVA容量，UPS系统配置为20 kVA，外加一组大容量蓄电池组，保证在断电情况下能提供10 h以上的供电时间。

而各营业厅设备量少，负载量也小的情况下，一般确定为3 kVA以下。如营业厅隔壁为电信机房，可利用电信机房现有的直流供电系统通过增加一个3 kVA逆变器实现交流不间断供电，等于直流系统 ＋ 逆变器 —— 小负载的交流不间断供电，节省资源和空间，且易于管理。附近没有电信机房，上一套3 kVA UPS系统为营收客户端提供电源。

这里还要注意从逆变器供电实现的方式来看，必然存在较大的能源损耗：380 V～－48 V～220 V能量部分消耗，交流高压——直流低压——交流高压→提供给交流负载。因此，对较大的交流负载系统，尤其是网络设备等，要选用双变换的在线式UPS。

3 工程施工

不间断电源工程质量是后续安全运行的重要保障。工程实施中应把握以下六个方面：

（1）电缆连接。UPS电源逆变设备与电池组的距离不可太长，太长会使电池电缆过长，影响供电质量。尽可能采用上走线方式，较安全；电源线采用阻燃型，截面面积要按充电量1.5倍测算，以防大电流充放，线缆发热；涉及电缆所连接的端子加铜鼻，连接电池端要牢固可靠，不得出现虚接等现象。

（2）系统参数设置。UPS系统参数设置要科学合理，保证均充、浮充电压才可更好保证蓄电池组的容量减低缓慢；负载过流过压参数设置恰当，不仅有利于保护UPS自身系统的安全，而且还能确保对负载设备的供电。

（3）蓄电池容量的补充。开通前需对蓄电池组均充补充电能，以弥补运输和储存周期带来的容量损失；如果蓄电池组放置的时间较长，则应该进行多次充放电实验，直至达到使用要求。

（4）安装环境。机房安装必要的空调设施，使电池工作在正常温度下，有利保证电池的容量不减少。接地牢固，阻值满足电信机房标准。

（5）安全施工。施工过程中，施工人员按图规范施工，不仅可保证人身的安全，而且可避免损毁设备，影响工程进展。

（6）验收环节。整个系统建设完毕，系统要全面做好验收关，整理相关文档和手册。设备一旦开通使用，往往再停下来难度非常大。

4 维护管理

UPS不间断电源投入运行后，维护管理工作是一个长期连续而又要具有高度责任心的工作，应从以下三个方面做起。

4.1 维护人员的技术素质和责任意识

管理者不仅要做好不间断电源维护任务安排、检查和督察工作，还要强化维护人员的责任心和责任意识。维护人员是否能按照电源系统的周期测试要求和维护要求去做，关系着营收系统的稳定性和运行质量。因此，加强不间断电源的维护重点在于人员的意识加强和素质的提高上。

4.2 日常维护管理

（1）各类记录收集和统计分析。日常记录的数据包括交流电压、交流电流、直流电压、负载电流和电池电压。这些运行数据虽然简单，但是通过这些基本参数，可以了解到该电源的交流供电质量和负载运行状况。注意告警记录的分析。告警包含正常的（交流输入电压、负载电流）超限告警和故障告警。记录告警数据，有助于分析事故或者故障产生的原因，及时解决问题。在发生这些故障告警时，仔细阅读故障信息，对照设备运行情况，做到心中有数，忙而不乱。

（2）设备维护周期。制订科学、合理的电源系统维护周期，并对所测试的结果和监控采集的数据比较分析，查找存在的差异，提出有效的处理办法，将有效提高电源系统的使用效率，延长电池组的使用寿命，且为负载设备提供良好的供电质量，确保营收系统负载设备的稳定运行。

（3）充足的备品备件。充足的备品备件，不仅能满足日常的故障判断和问题处理的需要，而且在出现电源故障时，更能及时保证电源系统恢复工作，确保供电。已损坏的备品配件，要及时修复以备急用，长期不用的定期上机实验，以保证其可用性。

（4）交流输入和接地防雷的维护管理。稳定的交流输入环境不仅有利于UPS运行，而且有利于保护蓄电池性能。对于不稳定交流供电，要进行优化或采用一些稳压设备，保证交流电的稳定。定期检查总配电柜的空气开关使用情况；连接的交流线缆、端子是否松动或腐蚀老化，线径容量是否大于负载电量等。防雷接地能一季度一检查，防雷模块级别达到所处环境标准、连接的接地线端子牢固无松动，接地排、引线无腐蚀现象，接地阻值不合格的要及时处理。

（5）蓄电池组维护。蓄电池组维护管理是整个不间断电源维护的重点。其使用环境温度要稳定。环境温度过高，如实际的年平均蓄电池温度为35℃，温度升高10℃，腐蚀速度增加一倍，相当于使用寿命减少一半，所以应尽量保持蓄电池室温度在25℃左右，使其容量保持，UPS系统才能达到标称的延时。维护工作要连续。使用三年，容量检查放出50%以内即可，三年后每年做满容量检测。每季度测量各单体电压，观察其均衡性记录；蓄电池在运行中，不能使电池长期处于过充或欠充状态。充放电前，单体电池连接无松动，避免端子发热烧坏，甚至引发火灾，同时也会使电池充电不足。单体电池的浮充电压要一致，检查单体电池有无泄漏等现象。

4.3 UPS在使用时需注意的其它方面

UPS不间断电源使用过程中，不要过载运行，保持UPS的进风孔与风扇出风孔通畅，使用环境应注意通风良好，利于散热，并保持环境的清洁，输出插座应明确标识，勿使加入无关负载或短路；在市电停电期间使用发电机供电，应保证发电机功率大于两倍UPS额定功率，必须在发电机启动稳定后才能接入UPS电源；UPS若出现重大问题，一般维护人员不能擅自处理控制机柜的问题，以免柜内高压伤人；另外在组装或维修蓄电池时，要注意不能将安时数不同、品牌不同的电池混合使用，降低UPS不间断电源的实际使用效果。

5 结 论

综上所述，UPS不间断电源系统从选型设计，到工程施工建设，一直到运行维护管理，各个环节都应严格执行相关规范、标准和要求，才能使不间断电源发挥延时效用，真正起到备用电源的作用，才能保护负载高效稳定运行，保障服务质量。