信息化机房UPS电源的选型、容量配置及维护方法

贺 瑾，王 博，任海库

（1.维谛技术（西安）有限公司，陕西 西安 710065；2.西安麦格米特电气有限公司，陕西 西安 710065）

0 引 言

信息化机房是企业计算机数据信息系统运行中心，其中包括主机、监控设备以及各种服务器等设备，储存着企业内部的关键数据和信息，故保障信息化机房计算机的数据安全对整个企业而言至关重要。一旦出现市区大面积停电或者其他状况导致整个机房设备停机时，如果运行的数据不能够及时储存，那么将会直接给企业造成严重损失。为了避免因停电导致机房内计算机无法及时保存信息的事故，需要在信息化机房增设电源点和UPS电源等，为计算机信息系统提供不间断稳定的运行电源，确保服务器、主机以及网络设备等可以稳定可靠运行。因此，信息化机房选用UPS电源具有十分重要的意义。

1 信息化机房和UPS电源概述

随着科学技术的不断进步与发展，许多企业都进行了数据信息系统化的优化和升级，本文以某国有企业为例，其总公司位于北京，旗下拥有30多个子公司。该企业将数据信息系统设计为以总公司信息数据为控制中心，其他子公司地面调度中心为节点的形式进行优化和升级，同时改造子公司的供电系统、安全监测系统以及生产系统，让其实现智能化和自动化。总公司的信息数据控制中心设在面积约为450 m2的信息化机房，用电设备、服务器及网络设备最终规模在100 kVA左右。因此，在该大中型信息化机房中必须安装UPS作为后备电源，同时做好UPS电源的选型，并给出UPS电源的维修处理方法，以便在UPS电源出现故障时可以及时维护[1]。

UPS电源主要是在机房突然停电后为计算机提供电能，不让计算机因为突然停电等突发情况发生导致数据信息无法及时保存的情况。电池的容量大小决定着电池能够储存电能的多少，多数UPS电源都是由若干节电池串联到一起形成，因此需要根据信息化机房计算机的数量和用电规模来选择UPS电源的容量。在保证选择的UPS电池达到信息化机房的供电要求后，还需要考虑机房中电源的工作环境、储能时间以及负荷性等因素，综合这些要求才能保证UPS电源能够满足机房内的供电需求。另外，UPS电源自身存在保护点和最终负荷点，因此在进行UPS电源管理和维护过程中要特别注意。当UPS电源达到保护点时，电源会自动断电来保护自身不被损坏；当UPS电源达到负荷点后，电源将不能再继续供电，因此管理人员需要注意UPS电源的能量恢复问题，确保UPS电源启动后能量能够及时恢复。

2 UPS电源的原理、选型和容量配置

2.1 UPS电源的原理

UPS电源内部的主要元件包括有储能电池、变换器、整流器以及开关控制等，各个器件的正常使用有效保障了UPS电源的正常稳定运行。同时，为了有效提高UPS电源蓄电池的电压，通常采用浮充式的UPS电源，并将逆变器逐渐向负载输出电力能源，从而不断使UPS电源达到最佳配置[2]。简而言之，通过整流器和变换器之间的相互作用可以实现电流功率的转化，从而使得电流完成实施运转。当给UPS电源充电时，电压会增加一定的倍数（通常是1.25倍），使得发生了逆转的逆变器可以进行负载供电，这就是UPS电源的工作原理。UPS电源主要有后备式和在线式两种类型，对于后备式电源而言，当其没有电时，蓄电池会为其提供相应的电力，确保正常运行。而对于在线式电源而言，它可以将交流电转变为直流电，从而保障负载在停电逆流时能够持续供电[3]。

2.2 UPS电源的选型

UPS电源能够为信息化机房中的任何电子设备提供不间断的电源，可以有效防止因为突然断电或者供电电压变低等故障导致机房内计算机突然关机的事故，对信息化机房的数据储存具有重要意义。

UPS不间断电源中的主要供电电池为铅酸蓄电池，铅酸蓄电池利用硫酸和铅的电化学反应来实现电能储存和释放的功能[4]。给UPS电源充电时，铅酸蓄电池主要实现储存电能的功能，电池内正极板和负极板在硫酸（H2SO4）水溶液电解液中，充电时，铅（Pb）被吸附到负极板，二氧化铅（PbO2）被吸附到正极板。放电时，蓄电池内的正负极板上的PbO2、Pb以及H2SO4被分解还原生成PbSO4，产生电离子，进而产生电流，具体化学方程式为：

PbO2+2H2SO4+Pb=2PbSO4+2H2O

在线式和后备式是UPS电源的两种主要类型[5]。对于在线式UPS电源而言，其在正常工作时，有两路工作线路，一路通过逆变器和整流器将直流电源和交流电源相互转化后给机房中的电子设备进行供电；另一路则输入市电经过充电器对蓄电池组充电。具体的工作原理如图1所示。

图1 在线式UPS电源工作原理图

后备式UPS和在线式UPS的工作方式有很大差异。当市电发生逆转时，后备式UPS仅仅需要10 ms的逆转时间，故一般个人计算机使用后备式比较多。而在线式UPS一般多用于大型企业和部门的后备电源，这是因为在线式UPS的双变换模式无论是否停电都可以使逆变器处于工作状态[6]。

2.3 UPS电池容量配置

该企业信息化机房采用蓄电池的电池电压为18 V，为保证后备供电电源的供电时间不少于3 h，UPS电源的容量有统一的计算公式，即：

式中，P为预期负载，cosφ为输出功率因数，K为电池容量系数，U为电池组端电压，η为逆变效率。具体的计算原理是首先需要得到UPS电池的实际预期负载值和需要供电电子设备的功率，并根据这两个数据求出电池的放电电流，然后将放电电流和电池容量系数相乘可以直接得到电池容量。电池容量系数主要和电源的供电时间有关，可以通过相关的表查询，具体如表1所示。

表1 电池容量系数表

UPS电池的实际预期负载值即UPS所能带的最大负载，本文所采用的UPS电源带载为45%，即45 kVA，从而能够更好地进行双机冗余并机配置[7]。同时，该企业的UPS电源每组安装20节电池，电池组端电压为360 V，UPS输出功率因数为0.8，UPS逆变效率约为0.85，电池容量系数为4，最终可得到的电池容量为45 000×0.8×4/（360×0.85）≈470 Ah。综上所述，每台UPS可以采用4组端电压为360 V、120 Ah的电池组进行并联[8]。

3 UPS电源维护

UPS电源与普通的稳压电源不同，在使用时为充分发挥其自身性能和特点，并做好UPS电源的保养和维护，需尽可能地减少UPS电源出现故障的频率。UPS电源维护重点需要注意以下4个注意事项：一是注意UPS电源的接地保护和有效屏蔽；二是注意UPS电源故障时应先分析电路图；三是要做好UPS电源的防尘维护工作；四是及时对蓄电池进行放电，防止其处于浮充状态。

首先，对于第二点注意事项需要严格注意UPS电源的防电击保护，因为UPS电源中的电脉冲很容易会受到雷击，从而损伤电源线和通信线，因此要做好相关的防护措施，比如说设置电阻值不超过4 Ω的良好的防雷接地装置，或者做到良好的屏蔽设施，以不断减少雷击给UPS电源带来的损伤。

其次，对于第二点注意事项，是因为只有电源在高压保护或者稳压电路时候才会出现各种故障因素，因此当电源出现故障时应先分析相关电路，同时要在日常维护中多关注一下电源的高压情况和电路保护情况，从而不断减少UPS电源的故障发生率。

再次，对于第三点UPS电源的防尘工作而言，需要增加电源和主机的灰尘清洁次数，避免因为主机上灰尘太多而导致散热工作不能正常进行，从而使得UPS电源出现严重的故障。部分企业并不是很重视信息化机房的除尘工作，对于主机除尘工作做的并不是很到位，机房中较为干燥的地区通常会弥漫较多的灰尘，而这些弥漫的灰尘一旦与潮湿空气接触很容易使整个主机工作秩序发生紊乱，因此一定要做好机房中的防尘、除尘工作，特别是对于干燥区域，同时还要及时检查各个原件连接是否牢固。

最后，对于注意事项的第四点，及时对UPS电源进行放电是为了延长UPS电池的使用寿命和供电时间[9]。UPS电源放置一段时间之后通常会处于浮充状态，若一直保持这种状态将会严重损伤电池，降低UPS电源的使用寿命和供电时间，因此需要过一段时间人为给UPS电源放电，以确保UPS电源的均衡程度。通常每两个月就需要进行一次放电，每次放电的时间通常是在10 min左右。另外，还要及时处理废旧和落后的电池，以此来防止安全事故的发生，避免因落后电池恶化形成反极电池。

除了上述重要的UPS电源维护方法外，在进行信息化机房UPS电源的维护工作时，还应当做到以下两点。一是UPS电池的容量必须根据信息化机房中的实际情况进行计算并确定，并保证UPS电源不接超负载。如果因为特殊情况接入超负载，那么需要严格限制供电时间，避免UPS电源长期重在运行。二是放置UPS电源的房间应清洁、通风且干燥，工作环境的适宜温度为15～25 ℃，湿度为20%～60%，最佳取50%[10]。

4 结 论

UPS电源是保障企业信息数据中心的重要设备，对于信息化机房而言至关重要。本文以北京市某企业总公司的信息化机房为例，首先简单介绍了信息化机房和UPS电源的工作原理，其次分析了该信息化机房的UPS电源的选型，最后给出了信息化机房UPS电源的维护方法，从而不断促进信息化机房UPS电源能够有效维持机房电子设备不断电、运行数据不丢失、软件硬件不损坏，进而保障企业的经济效益。