UPS智能运维及安全使用技术探讨

2022-07-28李松志

数字传媒研究 2022年4期

关键词：市电交流电蓄电池

李刚李松志

1.2.通辽市文化旅游广电事务服务中心内蒙古通辽市 028000

引言

通辽市广播电视和网络视听融合监测监管平台机房配备了UPS 和UPS 智能运维系统。本文以此为例，举一反三，就UPS智能运维实践和UPS 日常维护管理注意事项作简要介绍，谨供技术维护保障同行们交流探讨。

1 常用UPS工作原理

1.1 UPS 在广播电视安全播出中的重要性

配电系统在广播电视制作、播出、传输、发射、接收、监测工作中占据非常重要的地位，一旦配电系统出现故障，有些设备在来电时不能及时恢复原信号，需要重新预置调整才能恢复原信号，不但会影响到工作的连续性，还有可能造成广播电视编辑制作设备、硬盘播出设备、数据存储设备、传输交换设备的宕机、损坏、数据丢失和长时间停播停传等难以估计的播出安全、传输安全、数据安全、设施安全事故。

针对广播电视技术高速发展和安全播出高标准严要求的现实，解决因市电停电、交换瞬变、电压下陷、减幅震荡、电源波动、电源干扰、电源浪涌对广播电视设备安全运行造成的影响，要求广播电视各个业务系统广泛应用UPS。UPS 供电连续稳定，切换时间短，高品质的在线式UPS 切换时间为0秒，市电停电时负载供电没有丝毫的中断，高性能的UPS 的蓄电池供电时长可达十几个小时，有力保障负载的连续可靠运行。UPS 供电优质安全，对负载能实现稳压稳频供电，在市电电压变化范围为180～250V时，其输出电压稳定范围在220V±5%，满足广播电视业务系统的高精度需求。

1.2 常用UPS 工作原理

为了正确使用UPS，确保UPS 安全运行、提高检修效率，必须充分掌握UPS 的工作原理，准确判断UPS 的运行情况，有针对性地进行维护保养、隐患排查和故障处理。

UPS 按电路主结构可分为离线式和在线式两种方式。由于离线式UPS 只在外电中断或欠压值约在170V 以下时才工作，启动切换时间4～10 毫秒，不适用于广播电视0 秒停播的高精度要求，本文只介绍在线式UPS 工作原理。在线式UPS 工作原理如图1 所示。

图1 在线式UPS 工作原理图

在线式UPS 主要由电源变压器、整流器、充电回路、蓄电池组、逆变器、旁路转换开关电路、滤波器、侦测控制电路等组成。市电正常供电时，首先经过电源变压器、整流器变换为直流电（DC），然后将此直流电分成两路，一路由逆变器变换为交流电（AC）经滤波器输出给负载供电，此时UPS 扮演交流稳压器的角色，输出电压稳定在220V±5%范围；一路由充电回路给蓄电池组充电。当市电停电时，蓄电池的电能不间断地由逆变器变换为交流电继续给负载供电。如果蓄电池组老化至端电压低于规定值或变压器、整流器、逆变器出现故障时，侦测控制电路自动切换市电通过旁路支路、滤波器直接给负载供电。由于逆变器在供电全程一直处于工作状态，根本不存在蓄电池供电切换时间，从而实现供电0 秒中断的技术要求，所以称之为在线式UPS。

各组成器件的作用包括整流器、充电回路、逆变器、旁路转换开关电路、滤波器、蓄电池组六方面。

整流器的作用：将市电交流电变换为平滑的直流电。

充电回路的作用：将市电交流电变压、整流后的直流电输入给蓄电池组进行充电。

逆变器的作用：逆变器是一种将直流电变换为交流电的装置。将市电交流电变压、整流后的直流电或蓄电池组输出的直流电转换为高质量的交流电给负载供电。

旁路转换开关电路的作用：旁路转换开关是一种无触点开关，闭合和断开由逻辑控制器控制，具有自动切换的功能。当UPS 温度过高、超载时间过长、输出短路、输出电压异常、电池放电终止时，逆变器会自动保护锁机，如果此时UPS侦测到市电（或发电机，由于通辽市平台机房没有配备发电机，本文不展开说明）供应正常，UPS 自动切换至市电旁路供电模式。当异常状况排除后，UPS 会自动从市电旁路供电模式切换回正常UPS 供电模式。

滤波器的作用：滤掉UPS 输出端交流电中的高频干扰，得到纯净的交流电。

蓄电池组的作用：蓄电池组是UPS 储存电能的装置，由若干节电池串联而成，其容量大小决定了UPS 负载能力和维持放电（供电）的时间。蓄电池组充电时将电能转换为化学能储存起来，用电时将化学能转换为电能输出给逆变器转换为交流电给负载供电。

2 UPS智能运维系统简介

当前，各个广播电视制作、播出、传输、发射、接收、监测系统都由少量的电力保障人员管理大规模的用电设备，这种运维模式急需建立起一套安全可靠的智能化配电系统。通辽市广播电视和网络视听融合监测监管平台机房的配电设备由低压配电柜、UPS 和UPS 智能运维设备组成。监测监管主要设备由UPS 供电，空调、照明、应急灯等附属设备由低压配电柜直接供电。UPS 容量为20kVA/16kW，由16 只蓄电池串联在一起，每只标称电压为12V（运行电压为13.6V 左右），蓄电池组输出总电压约217V，经逆变器转换输出交流电电压在220V±5%。UPS 主要负责监测机柜、大屏幕及操作台供电，确保了核心设备的不间断连续稳定供电。目前平台机房最大负载量10kW，是UPS 标称负载量的62.5%，低于80%的上限要求。平台机房供配电系统示意图如图2 所示。

图2 平台机房供配电系统示意图

2.1 UPS 智能运维系统工作流程

UPS 蓄电池智能充放电系统对市电和UPS 运行参数指标进行实时动态监测，发生异常及时发出报警信息提醒技术维护人员进行故障处理。解决了目前配电系统缺乏必要的预防、维护手段及维护人员短缺等问题。通辽市广播电视和网络视听融合监测监管平台机房UPS 蓄电池智能充放电系统主要由三相电监测仪、蓄电池监测仪、智能电源管理主机、平台服务器及软件、终端管理主机及软件、机柜温度监测仪等设备组成。UPS 蓄电池智能充放电系统操作界面如图3 所示。

图3 UPS 蓄电池智能充放电系统操作界面

在市电总开关输入端安装三相电监测仪，实时显示每路市电的运行电压值、电流值、功率值。同时将运行数据上传给智能电源管理主机，主机经过计算和处理将数据显示在终端管理主机的电脑桌面上，方便与UPS 整机输出的电压值、电流值、功率值进行对比，以便维护人员实时掌握UPS运行状况。

在每节蓄电池正负极端子上连接蓄电池监测仪，将每节蓄电池的实际运行的电压、电流等数据上传给智能电源管理主机，主机经过计算和处理将数据显示在终端管理主机的电脑桌面上，电脑操作界面实时显示每节蓄电池的运行电压值，UPS 整机的运行电压值、电流值，逆变器输出的电压值、电流值、功率值，UPS 放电时的电压值、电流值、功率值。主机数据同时储存到平台服务器中。终端管理软件具有电池日志记录功能，可以设定一定时间间隔记录1 次主机数据，便于在日志操作界面查询对比，为快速维护检修提供依据。放电参数一般设定为电池浮充上限216V，电池放电下限200V，电池组报警下限198V，单节电池报警下限12V，定期放电周期设定为90 天。设定完成后，自动完成整个恒流放电过程，完全实现智能化。

在蓄电池机柜里安装机柜温度监测仪，机柜温度值实时显示在终端管理主机的电脑桌面上，当机柜内部温度超出设定阈值的时候，系统自动发出报警信息，工作人员可以提前判断是否存在接头松动、部分电池老化变质等现象，及时维修。

2.2 UPS 蓄电池要进行定期放电

UPS 蓄电池的科学合理使用，不但可以保证负载的安全可靠运行，而且对于蓄电池的使用寿命有直接影响。定期充放电可以保证UPS 蓄电池经常处于良好可靠的状态，使其在任何情况下都能保证供电不中断运行。

UPS 蓄电池因长期与市电相连，在供电质量高、很少发生市电停电的使用环境中，对蓄电池组进行长期充电，蓄电池的电是只进不出，长期处于浮充电状态，日久就会导致蓄电池化学能与电能相互转化的活性降低，导致蓄电池内阻变大，容易让里面的化学物质变质，加速蓄电池老化，降低蓄电能力，缩短使用寿命。定期合理地进行蓄电池放电，使其化学物质进行一次较大的充放电反应，以激发蓄电池化学物质的性能，从而延长使用寿命。在放电的同时还可以检查蓄电池容量，发现老化电池。一般3～6 个月进行一次定期放电。放电时间可根据蓄电池的容量和负载大小确定。一次放电完毕后，要充电8 小时以上待蓄电池电压达到饱和后才能进行下一次放电应用。

2.3 UPS 蓄电池定期放电注意事项

先观察蓄电池是否有明显的变形和漏液现象。

充分了解并把握好蓄电池的大概放电时间，提前做好恢复充电准备，防止过度放电，造成UPS 的损坏。

蓄电池初次放电，建议向陶瓷固定电阻假负载进行放电，这样可以初步判断电池是否具备放电的能力，第一时间掌握放电规律。

手动放电时，时刻观察蓄电池电压的下降情况，不要超过额定容量的30%。

蓄电池放电时只需关闭整流器开关，不要关闭市电输入开关，防止电池放电出现意外时能够自动切换至市电供电模式。

3 UPS安全使用维护检修注意事项

3.1 UPS 安全使用操作规程

市电电压的波动范围应符合UPS 输入电压变化的要求。按照产品说明书的要求，所接的相线、中性线、地线符合要求，不得随意改变相线的顺序。为防止寄生电容耦合干扰，保护设备及人员人身安全，UPS 必须接地，接地电阻不大于4Ω。

连接UPS 的开关应当选用具有漏电保护和过热保护等功能的空气开关，不能使用刀闸开关。因为刀闸开关在接通或切断电源时有拉弧现象，会对供电频率产生干扰；熔断式熔丝过流响应速度慢，在负载或UPS短路时不能及时切断电源，从而导致设备故障。UPS 输出开关应与市电输出开关明确区分，做好标识，避免接入无关负载引起UPS 故障。

蓄电池室内严禁存在有机溶剂气体和腐蚀性气体。蓄电池避免太阳光直射，远离火源，保持通风，防止爆炸。

蓄电池对温度要求比较严格，蓄电池的容量是随着温度的变化而变化的，当环境温度高于25℃时，UPS 电池容量高于额定容量。当环境温度低于25℃时，电池容量低于额定容量。技术维护人员必须认真做到根据实际温度的变化合理地调整蓄电池的放电电流，同时要控制好蓄电池的温度使其保持在22℃～35℃范围内。高温使用环境是使蓄电池的实际寿命不能达到设计寿命的最主要原因。对于特殊极热或极冷地区的UPS 放置点应该配备空调。

UPS 的负载特性一般要求为纯电阻性或电容性。当负载为电容性时，其功率因数要求大于0.8。UPS 不能带感性负载如空调，因电感性负载的启动电流超过额定电流的3～4 倍，会引起UPS 瞬时超载，造成损坏或影响寿命。UPS 的最大负载量应该是其标称负载量的80%，超负载使用容易造成逆变器损坏。避免突然加载或突然减载，造成UPS 的输出电压波动过大，而使UPS 无法正常工作。

操作UPS 时应严格按照正确的开机、关机顺序进行。开机时先开UPS，1～2 分钟后，让UPS 充分进入工作状态再开通负载的电源开关。先开通冲击电流大的负载，再开冲击电流小的负载；UPS 关机时，先逐个关闭负载，再关闭UPS 前面板开关，最后关闭UPS 市电开关。不能带载关机，不能频繁关闭和开启UPS。

严禁不同品牌、不同型号、不同容量、不同新旧程度的电池混用。

长期存放不用的UPS，每隔3 个月充电2 小时，若处于高温地区，每隔2个月充电一次。UPS不充电就使用，会损坏蓄电池。

3.2 建立UPS 定期检修制度

建立UPS 定期检修制度，制定日检、周检、年检项目清单。认真做好技术维护人员培训，熟练掌握UPS 使用、维护、检修知识，熟记UPS 安装配置图、负载连接线路图、维护检修手册、报警异态处理步骤等，正确理解显示面板数据的范围、指示灯颜色的含义、报警灯提示的内容。坚持定期维护检修和相关数据记录，及早发现安全隐患事故苗头，准确判断故障原因及部位，提高检修效率，以全面保障UPS 安全可靠运行。

3.2.1 日检项目清单

查看UPS 显示器面板，所有数据是否都能正常显示，是否所有数据都在正常波动范围内变化，故障报警灯是否有报警，按照报警类型进行排查处理。

通过气味辨别是否有烧焦的气味，内外部线路接点、外皮是否有烧焦现象。

通过听觉来判断UPS 内部是否有打火的声音，变压器是否有异常响声，风扇运转是否有摩擦的声音，过滤网是否有堵塞的声音。及时维修接触不良、更换故障变压器、清理风扇过滤网灰尘和絮状堵塞物。

查看蓄电池室排风扇或空调是否运转正常，室内温湿度是否过高或过低，有无漏雨渗水现象等，发现问题及时抢修。

3.2.2 周检项目清单

查看UPS 显示器面板数据，测量记录输入输出电压、电流等数据。

对比历史记录数据，如果数据记录偏差大，要查明有无新增、撤掉或停机的负载。

3.2.3 年检项目清单

年检要对UPS 主机进行检修，首先关闭UPS 的所有电源，防止UPS 机内的高压部件漏电，危及工作人员的人身安全和设备安全。

检查电解电容是否有膨胀鼓包现象和漏液现象，电容下面的电路板表面或电容外表是否有油渍。

检查变压器线圈是否有绝缘层老化脱落或烧焦现象。