浅谈UPS的使用和维护

雷军

引言：随着科学技术的发展和我厂炼油化工生产装置规模的不断扩大，DCS集散控制系统被我厂各生产装置广泛应用于操控系统。采用DCS集散控制系统，具有可操作性强、直观、调节方便等种种优点。学习、判断、分析UPS运行期间发生的各种故障，总结使用维护的经验就显得特别重要。

一、UPS供电模式

UPS(Uninterruptible Power System)，即不间断电源，是一种含有储能装置，以整流器、逆变器为主要组成部分的电压频率稳定、波形准确完好的绿色不间断电源。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时还由整流器向设备配套的后备电池组充电；当市电因某种原因停电时，UPS立即将后备电池组的电能，通过逆变器将直流电转换为交流电后继续向负载供电（转换时间≤10ms），使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

1、电网电压正常状态

在电网供电正常时，一方面市电通过UPS整流器、充电器对后备蓄电池组进行充电，另一方面市电通过逆变器、滤波器稳压，吸收过滤掉电网的谐波干扰后供电给负载。此时，蓄电池组处在充电状态，直到蓄电池组电量充满而转入浮充状态。此时的UPS设备相当于一台稳压器，仅对市电电压幅度波动有所改善。

2、电网电压异常状态

在UPS正常工作过程中，当主板检测到电网电压出现异常时（断电或电压非常不稳），主板将直接控制内部电路，使逆变器直接从蓄电池组中取得电能，继续向负载提供交流电，保证供电的持续性，在UPS输出端不会出现供电中断或异常变动的现象。根据所配置蓄电池组容量的大小及负载功率的大小，蓄电池组放电是有时间限制的。当电池中的电能耗尽，则UPS逆变器将停止工作，此时UPS将不能继续向负载供电。只有当电网电压恢复且满足UPS要求时，整流器将继续向逆变器供电，为负载提供电源，同时向蓄电池组充电。

二、常见故障分析

1、2011年9月，我厂油品调和控制室UPS设备DX10运行发生故障。当时UPS电源工作在逆变器供电状态后不能切换到市电供电状态，通过检查说明逆变器的工作回路是正常的，故障出在市电供电回路与切换控制回路，主要是：

1）、市电输入保险丝熔断或电路有无断路等；

2）、控制回路切换的电位器调整不当，导致转换电压偏高不能切换；

3）、主变压器次级反馈绕组开路，造成无交流反馈电压信号输入；

4）、交流稳压控制回路出现故障，造成在特定电压范围内UPS无输出。

最后排查到UPS内部电源检测模块故障，更换后开机运行正常。

2、2013年11月，我厂联合二装置MERLIN GREIN 30K发生故障，逆变器工作指示灯停止闪烁，报警音常鸣。到达现场通过以下五方面检查：

第一步检查电网电压波动是否太大或频繁开停UPS不间断电源。原因是UPS电源一般要等5～10s以后，才允许重新启动，如果短时间频繁启动失败会发出报警；

第二步检查UPS后备蓄电池组电压是否过低。原因是UPS电源存在自动保护检测回路，如果蓄电池组电压低于标称值或负载过重就会引起动作报警；

第三步检查蜂鸣器本身是否存在故障。如器件损坏或运行电流不稳等都可引起报警；

第四步检查后备是否存在感性负载。原因是UPS设备负载回路中不能接入电感性负载，不然启动时就会发出异音。

第五步检查后备负载是否过大、过电流等引起的某种保护。

经过以上五步检查，发现DCS控制柜内一个PLC电源模块接地引起过电流，拆除此PLC故障单元后开启UPS设备运行正常。

三、UPS发生故障的处理方法

1、将故障UPS设备下电、拆机进行直观检查。观察检查蓄电池的外观有无漏液、鼓肚变形、正负电极极柱和导线连接端子有无腐蚀及紧固螺母是否有松动等现象；检查设备机箱内元器件是否存在高温现象而引起的焦糊味等现象。通过以上观察没有明显故障，则按照正常开机步骤开机检查。由以上现象的分析，对照电路图判断故障是出现在逆变器部分或者是市电供电部分。

2、如果是电网供电电路故障，需要从电源进线侧向后续负载端逐级检查。进行这项检查时，需要售后服务工程师连接正版检测软件检查。检查路线从电源输入模块到整流器模块再到抗干扰控制模块，然后依次检查继电器转换模块、逆变器模块，最后是输出模块。

3、如果是逆变供电电路部分故障，检查路线先从蓄电池端电压开始，然后到蓄电池组断路器再到逆变器模块，最后检查输出电路。在逆变供电电路中以蓄电池出现故障的故障率最高，因此着重点时要检查检测蓄电池组，必要时用电池内阻测试仪检查电池内阻有无增大。

四、UPS的使用与维护

1、环境温度在0～40℃之间，温度过高过低会使电路参数发生变化，对电池的影响也很大。电池在38℃条件下放置6个月，其能量损失90％。长期在高温条件下运行电池会过早损害，器件也容易老化。所以最好的使用条件是：温度25±2℃，湿度40％～50％。

2、从许多UPS的使用情况来看，因灰尘造成UPS故障的现象较多，特别是那些采用了大功率管、运行环境差的UPS，如不经常进行维护，电路板因灰尘堆积多，IGBT可控硅、电阻、二极管就很容易出现放电导致电路板损坏等故障。

3、UPS对输入电压和频率有一定的适应范围，电压一般在额定电压的100%±15％以内，频率在±2％以内，超过这一范围UPS可能出现报警或整流器停机的情况。为保障UPS设备的正常平稳运行，一般在UPS前加一隔离变压器。

4、长期处于浮充状态下的电池应定期作一次充放电试验（电池活化试验），一般每隔2～3个月进行一次，避免电池长期在浮充状态下导致内阻增大。同时还要注意蓄电池不要过度放电，以免损害蓄电池。

5、UPS适合接阻性或容性负载，应避免接感性负载，如打印机、绘图仪等负载。因为感性负载的启动电流是正常额定电流的4～7倍，会给UPS造成瞬间超载。因此建议用户在停电时尽量不要使用打印机等外部设备。

五、UPS的检修注意事项

1、每年除对UPS电源进行一次彻底的清扫除尘之外，还应进行全面检查。首先是安全断电，把UPS维修开关切换到维修电路上，切断主回路M1电源开关、蓄电池组直流开关和BYPASS旁路开关，使UPS电源置于完全停机状态。保证设备在不带电的情况下来维护保养。

2、电解电容有无漏液、冒顶、和膨胀鼓肚等现象。如果发现某个元器件有变质、功率下降等重大嫌疑，又拿不准情况下，必须立即更换。

3、变压器线圈及连接器件和扼流圈有无过热、变色、分层漆包线脱落，联接线接头是否牢靠。各开关接点是否牢靠、烧坏等。

4、检查蓄电池，如发现漏液、鼓肚，则要检查电池电压和容量，必要时更换整组电池。

六、结束语

最后，要值班员在值班期间按时巡检，仔细检查UPS运行的电压、电流、整机温度等各个数据是否正常。室内通风干燥情况和降温设备是否完好。通过以上方法应该可以很好解决UPS正常、完好运行的问题，保证设备的安全平稳运行。

参考文献

[1]张颖超等编著《UPS原理与维修》，化学工业出版社，2011年3月出版.

[2]周志敏等编著《UPS应用与故障诊断》，中国电力出版社，2008年4月出版.