机架式UPS电源异常锁机问题分析与研究

张小龙

（中国卫星海上测控部 江苏 江阴 214431）

1 引言

在船电输入工作正常时，机架式UPS电源经整流器、逆变器等稳压稳流处理后，为相关设备提供电源输出；在无正常船电输入或者断电时，机架式UPS电源自动无延迟进行切换，通过蓄电池对负载供电，能够保证相关设备正常工作10 min以上，为故障处置和设备维护提供重要时间保证。该设备某次任务准备过程中，出现无输出故障导致设备异常关机，为了探究故障发生原因，本文针对故障进行了分析研究，并提出相应的故障解决措施。

2 机架式UPS电源基本原理

机架式UPS设备为纯在线式UPS架构，可持续为负载设备提供稳定、不中断、固定电压的纯正弦波交流电源，具有轻巧自动化、功能健全的特点[1]。该型UPS电源通过数字信号处理器(DSP)监视控制设备工作状态，提供UPS功能和远端监控功能。本产品采用铅钙免保养电池。设备内部供电系统组成见图1。

图1 机架式UPS电源内部供电系统组成框图

整个UPS的系统结构主要由以下7部分组成[2]。

（1）AC to DC整流转换的PFC控制电路，AC to DC 整流转换的PFC控制电路，经滤波后供给逆变器，给蓄电池提供充电电压，起到一个充电器的作用。

（2）DC to AC的高频逆变器电路。

（3）电池充电器。

（4）内部电池，UPS用来作为储存电能的装置，使其在市电失电时，可以将直流电逆变后，为负载提供不间断电源。其容量大小决定了其维持放电（供电）的时间。

（5）DC to DC的升压电路。

（6）静态的旁路回路，当UPS要进行维修或更换电池而且负载供电又不能中断时，可以先切断逆变器开关然后激活维修旁路开关，再将整流器和旁路开关切断。交流电源经由维护旁路开关继续供应交流电给负载，此时，维护人员可以安全地对UPS 进行维护。

（7）输入&输出的EMI滤波电路。

当UPS正常工作时，船电经整流后，转换成直流电，并提供充电器及逆变器工作，充电器对电池充电，而逆变器再将直流电切换产生交流输出，整个工作模式见图2。

图2 机架式UPS电源正常工作流程图

3 机架式UPS设备异常锁机问题分析与研究

3.1 故障现象

在执行某次任务期间，我船3层肋位170至213区域、4层肋位198至223区域（3、4层船头区域）出现区域性摄像头画面黑屏、网络业务中断、电话业务中断等现象。同时公共网和航渡网U2000统一网络管理系统均出现紧急告警信息，且告警时间一致。告警信息为“网管与设备通信失败，最近发生时间2020.03.28 00:08:23”。

3.2 问题定位及处置

3.2.1 故障定位

根据上述故障现象，专业组按照从源头到终端步骤进行故障排查，步骤如下：（1）光功率检查：检查机房设备上对应接口的光功率，光功率均符合指标[3]。（2）供电情况分析与检查：分析ONU供电系统图，发现故障ONU区域均为9号ONU分电箱供电区域；（3）检查机房2CDB分电箱输出电压情况正常；（4）检查G503机柜机架式UPS工作状况，发现UPS出现“持续长鸣”告警声[4]。

3.2.2 故障处置

故障位置确定后，岗位人员对故障机架式UPS进行重启操作，设备“ON/OFF”键均无效，遂将UPS跳接采用船电直接电方式进行业务恢复，3 min后，故障区域摄像机图像、电话、网络等业务恢复正常。同时，公共网和航渡网U2000统一网络管理系统提示告警清除，告警清除时间为2020.03.28 08:34:22，与UPS故障处理完毕时间一致。

3.3 机理分析

依据UPS出现故障时出现的“持续长鸣”告警、LCD液晶面板“FAIL”提示符以及“Er10”错误代码3个现象查询产品说明手册。其中“持续长鸣”告警、LCD液晶面板“FAIL”提示符均说明故障机架式UPS电源处于异常锁机状态；错误代码“Er10”代表逆变器过电流。因此，故障原因定位为负载电流过大[5]。

为进一步确定闭环问题原因，岗位人员查询机架式UPS设备负载性能指标（见表1），在230 V外接电的情况下此设备的有效功率为800 W。当输出负载超过105%（840 W），且持续一段时间无改善后主控板启动保护机制，UPS输出断开。

表1 机架式UPS设备负载性能指标图

岗位人员梳理发生故障时使用该UPS电源的设备情况（见表2），梳理完毕并综合计算后，UPS后端连接设备实际运行功率在769～1 029 W之间，若两个以上室外枪型摄像头云台同时运行状态下时，UPS电源总负载超出105%的设置阈值，UPS电源启动保护机制，断开供电输出。

表2 机房机架式UPS设备负载统计表

3.4 问题复现

为进一步验证问题定位情况，岗位人员在该型UPS设备后连接可调功率焊台进行模拟测试（测试原理见图2，测试数据见表3）。当可调功率焊台工作在800 W以下且连续工作时，未发生同类型告警且UPS电源工作正常；当持续工作在1 000 W时，短时间内告警并断开输出；使用可调功率焊台将功率在1 min之内从700 W调整至1 200 W时（模拟多云台同时工作），UPS电源快速产生告警并断开输出。

表3 模拟测试数据统计表

3.5 解决措施

通过故障分析与定位，可以确定故障原因为机房机架式UPS电源超负载运行，造成UPS主控板启动自我保护机制，UPS输出断开[6]。故障确定后，岗位人员根据设备使用需求，合理负载分配，机架式UPS电源长期工作正常，问题得到解决。

4 结语

该设备问题的发生、定位、排除以及复现过程为岗位人员进一步积累了设备状态管控经验。专业组根据此问题经验教训进行了举一反三，进一步梳理和核算了存在此类型单点问题的供电网络中的设备总负载，重新进行负载分配，规避了同类型问题的发生，特别是针对各类设备不同工作状态下的功率状态进行了经验总结，为持续提升通信设备运行维护能力和通信业务保障能力奠定了基础。