UPS供配电系统的可靠性及可测试性

中海广东天然气有限责任公司 黄 敏

现阶段，作为一种关键应急电源的形式已经在多个领域中获得了全面应用。特别在大部分领域的供配电系统中更是成为了其中的重要组成部分。这也给UPS系统的稳定性提出了更高要求。为保持供配电的持续性，实现系统长期稳定运行，就应该着重对UPS供配电系统可靠性和可测试性进行详细分析。

目前随着各领域技术的发展，已经成为了系统中电子设备、计算机系统等安全可靠运行所必不可少的设施。即是指不间断电源，主要连接蓄电池与用电设备，在逆变电路的作用下把直流电转换为交流电。一旦供电出现异常，就可以将电池中的电能供给到需要的用电设备上，以促使其实现正常运行；如果供电正常，它还能够有效稳压。UPS同时具备供电和稳压两项功能，因此有必要对其可靠性与可测试性进行分析。

1 可靠性分析

的主要作用就是给正在运行的用电系统提供可靠稳定的电源，防止其因为断电或供电不稳定等问题而产生一些难以预期的故障，从而使得用电设备停机，造成业务中断，该设备极具可靠性。另外，UPS还具备以下特点

1.1 可用性

在供配电系统当中，可用性是最基础、最关键的一项指标，而要实现这一特性，往往要将便捷维护与监管作为前提。只有真正符合系统的所有指标，才能从根本上将故障损耗的时间缩短，并保证系统稳定性。

1.2 安全性

当前供配电系统除了关注基本的可用性，还更注重系统的安全性。由于本身能够开展系统运行状态管理，所以更便于系统实施维护工作，即便是出现了较大规模的故障，它也依然能够对相关故障加以控制。由此可以看出，倘若产生了局部失效问题，供配电系统就会即刻阻断局部故障，防止其蔓延发展，有效遏制住了供电中断之后产生的不良后果。为了更进一步强化供配电效果，还需要对一些潜在风险进行密切关注。

1.3 可信性

本身具有良好的安全性，而这一特性实现的重要指标就在于可信性。如果站在系统性能判断的角度上进行分析，可信性完全综合了安全及可用两项主要特性，从整体上描述了用户对于系统的基本需求。和单一化的评价指标相比较，它也更具全面性，所以也与基础供配电需求相符合。从当下的配电系统看来，可信性的提升最大一点就在于能够实现有效维护，以保证系统性能。同时还要有良好可靠性的产品，能够应用各类系统冗余技术，这也是强化可信性最关键的要素之一。

2 可测试性分析

该项特性即是指一旦供配电系统当中出现问题，则可以通过检验或者测试的方式马上发现，并且还不会给负载用电带来影响的一种能力。它在目前很多关键应用当中都是非常重要的，最为典型的就是大型商业银行。当下实现电子化的大型商业银行整体要全年无休地对外运行，因此其集中化的电子信息系统就要具备可以支持全天候运行的能力，并且没有维护时间窗口。

2.1 所有系统的可测试性分析

通常情况下，冗余水平愈高的系统，其可测试性也会愈佳。一般性的单机供配电系统，基本上并不具备良好的可测试性，譬如在实际测试其设备逆变器和自动旁路的切换功能过程中，只要产生问题，虽然会及时发现，但却无法避免负载停电引起的后果。

某些具备冗余的系统，其可测试性还可能难以得到保障。比如在商业银行的数据机房里，依照规定其应当使用或者是该类系统，如果其电子信息系统当中的全部IT设备都是应用的双电源进行正常供电，且其分别承担一半的负载，只要其中一个损坏，另一个就应当承担全部负载。但在实际情况中却经常出现因为一个损坏，另一个难以承担过高负荷水平的情况。再加上这类电子信息系统规模巨大，也都极为重要，所以对其系统开展在线测试就成为了一项极具风险性的事情。倘若因为测试过程可能会面临一定风险而不对系统开展完整性测试，一旦其中任何一个出现问题，就会使得整个电子信息系统运行失效。为此，就应当将系统的可测试性提升上去。

一般针对冗余的系统，要想进一步提升可测试性，则可以直接从应用装置着手。特别是其中的静态切换开关，能有效实现两者选一的自动化电源切换设备，可以在自动或者手动的模式下使负载在极短的时间之内从原先的一路电源被切换到另一路电源上，也可以进行返回切换。整个过程消耗的时间也都与特定标准相符合，能有效满足设备短时间内电力供应中断的基本需求。在该装置的作用下，整个系统也能达到良好的可测试性，具体先对系统当中的各项进行测试，确保其性能的完整性，然后再开展系统测试，同时还可以模拟故障发生。

2.2 提升可测试性的主要措施

和传统供配电系统相比，供配电可靠性更高，实际应用时，要对系统的可测试性进行综合性衡量，主要测试项目包括电压、电流、频率、波形失真程度等。同时还要对处在正常运行状态中的电气设备开展冗余、故障应急以及性能等方面的测试工作。

以技术参数测定为例，需要先准备好单台的，给输出端连接阻性负载，通过专门电能质量分析装置对系统的可用性进行验证分析，并对输入和输出两头的具体参数进行监控和测试。其中输入端头的测试项目主要有频率与电压的偏移等，合格与否应该根据当下的相关规定和规范进行确定。通过测试之后且满足系统需求则可以进行输出端的测试，即直接让处于25%、50%、75%、90%以及100%的负荷之下运行半小时，观察其电源质量，再根据具体规范和规定检查其合格程度。对于整个系统的动态性能及质量，在实际测试时则应使用红外线检测法对突然降低或增加负载之后的安装质量实施直接测试。

3 UPS供配电系统运维

3.1 UPS方面

从以上分析当中能够发现，单从设备本身来看，其故障的产生率基本是可以忽略不计的，尤其是应用了冗余技术的，提升了整机可靠性。所以操作者日常只需对其进行正确操作和保养维护即可。如果是大中型的都有比较严格的操作程序，特别是开关机方面，应当严格按照设备要求开展，防止给功率器件的电流冲击带来影响，也不能出现带负荷开关机的现象。由于当下普遍应用的当中都使用了大量IT技术等，湿度和灰尘都会引起故障，所以应当加大对工作环境的重视度。

3.2 蓄电池组方面

很多时候蓄电池组都仅是正常市电和辅助电源相互切换的暂时代替电源，但从ups系统的故障原因来分析，由蓄电池组引起的故障往往比较严重，所造成的影响较大，再加上其中使用的电池价格较高，更换电池比较复杂，所以应当保证其工作状态的良好。如果能够得到有效维护，则能进一步延长其使用寿命。所以不管考虑经济性还是可靠性，都应当充分落实其维护工作。一是尽可能将其工作温度控制在摄氏度之间；二是防止出现短路放电或者深放电等现象，日常加大设备与负载的检查和维护；三是防止出现过电压/电流充电，尽可能确保电池的使用寿命；四是防止其长期被闲置，或者处在浮充状态不进行放电。一般情况下应该两至三个月人为对市电进行中断一次，使电池能够处在带载放电状态之下，更好地活化其惰性，尽可能延长使用期限以及总容量。

另外，电池组应该安装电池组与电池单体检测设备，对电池电压、内阻、温度等进行实时监测。当监测到数据与预设值产生较大偏差时，应产生报警，方便维护人员及时处置，避免市电中断时ups不能发挥作用。

3.3 输配电线路方面

当在使用之后，在负载的变化影响下，输配电线路也应当即刻进行调整，以满足相关需求。一般其负载需要保持三相平衡；同时给配电线路应用逐级隔离保护的措施；并始终保证布线的安全性。

3.4 备用发电机组方面

如果市电长时间中断，或者在开展任务的时候，应当使用发电机组实施有效供电。对于该系统而言，要保证基本的可靠性，仅通过发电机组进行单纯发电是远远不够的，还要尽可能确保输出电压及频率的稳定性，防止给相关设备带来巨大冲击和影响，使得元器件迅速老化。为此，日常还需要充分落实发电机组的基本维护保养工作。

良好的供配电系统其设计与一般系统之间存在较大差别，其中的可靠性与可测试性都是一般性系统并不具备的。它不但要达到可用、安全和可靠三项重要标准，还要在没有维护时间窗口的基础上具备基本的可测试性，并完全覆盖其系统运行的全过程。从这之中能够发现，可靠与可测试这两大特性已经完全成为了这类系统性能衡量的两项指标，应当对其给予充分重视。