第二节不间断电源的使用与维护 一、使用方法 从 UPS 电源的三种工作状态即逆变工作、电池工作及旁路工作来看，其确实有较高的供电 质量和可靠性。但是 UPS 电源毕竟是由成百上千个电子元器件、功率器件和散热风机与其 他一些电气装置组成的功率电子设备。当采用单台 UPS 电源供电时，由于其平均无故障工 作时间是个有限值，一般规定在 10 万小时左右，但这只是平均值，所以还是会发生由于 UPS 电源本身的故障而中断供电的现象。采用双机热备份的冗余技术可使供电系统的可靠 性得到很大的提高。 UPS 电源热备份方式分为串联和并联两种方式。双机串联热备份工作方式将处于热备份的 UPS 输出电压连接到主机 UPS 电源的旁路输入端。UPS 主机正常工作时负担全部负载功率， 当主机 UPS 发生故障时便自动切换到旁路状态，由 UPS 备机的输出电压通过 UPS 主机旁 路输出继续为负载供电，当市电中断时，备机与主机都处于电池工作状态。由于 UPS 主机 承担全部负载，所以其备用电视先放电到终止电压，而后自动切换到旁路工作状态由备用 UPS 的电池为负载供电。用于双机串联热备份使用中的两台 UPS 电源的交流输入必须来自 同一相交流市电，这样才能使 UPS 主机正常工作，而且确保 UPS 主机在同频率、同相位 条件下进行旁路切换。UPS 主机逆变器的静态开关是影响串联热备份供电系统可靠性的重 要部分，此静态开关一旦发生故障则主、备用 UPS 电源均无法为负载供电。 双机并联冗余供电中的 UPS 电源必须具有并机功能，两台 UPS 电源中的并机控制电路通 过并机信号线来调整输出电压的频率、相位及幅度，使其满足并联输出的要求。这种并联 方式主要是为了提高供电系统的可靠性，而不是用于供电系统的扩容。所以这种并联使用 方式必须保证供电系统具有 50%的冗余度，也就是负载的总容量不要超过其中一台 UPS 电 源的额定输出容量，当其中一台 UPS 电源发生故障时，可由另一台 UPS 电源来承担所有 负载的供电。这种两台冗余并联供电的 UPS 电源，由于其输出容量只是额定容量的 50%， 所以两台 UPS 电源始终在低效率下运行。 具有这种并联功能的 UPS 电源一般可允许三台，有的甚至可以允许六台并联使用。多台 UPS 电源并联供电系统的转换效率与设备利用率都高于两台 UPS 电源并联的供电系统。例 如对一个容量为 300KVA 的负载系统，可采用四台 UPS 电源并联系统供电，并根据负载系 统的总容量把 UPS 并联供电系统设计为具有“3+1”的冗余度。即 3 台 UPS 电源可完成对 容量为 300KVA 负载系统的供电。可确定每台 UPS 电源的额定输出容量为 100KVA，四台 UPS 电源中如有一台发生故障而不会影响对负载的正常供电。供电系统正常工作是，每台 UPS 电源承担 75KVA 的负载容量，设备利用率为 75%，而且此时的转换效率也接近满载 效率。这种“3+1”并联冗余度与“1+1”并联冗余度的供电系统相比，显然前者具有较高 的运行经济性。这种并联供电系统的个台 UPS 电源具有各自的并机接口及并机专用信号电 缆。在 UPS 电源的并联冗余供电系统的实际使用中，要考虑到当其中一台 UPS 电源发生 故障是，其他几台 UPS 电源的实际输出容量应不小于起额定输出容量。这是因为并联运行 中的各台 UPS 电源的输出电流存在着一定的不平衡度，另一方面也要考虑到由于某种原因 是负载出现短时间过载现象，所以在上述一台 UPS 发生故障时，其余 UPS 的实际输出容 量应达到额定输出容量的 80%较为合适。 另一种为无并机接口可直接并联使用的 UPS，而在单机运行时又具有其他普通 UPS 一样的 功能。只要将参与并机的 UPS 单机调试好，即可直接开机运行，几台并联的 UPS 可共用 一组备用电池。 图是采用并机柜来实现两台 UPS 的冗余并联，通过并机柜的控制使负载均分。当其中一台 UPS 发生故障时，全部负载将自动转由另一台 UPS 供电，并机柜上具有自动旁路转换功能。主从并联热备份的连接方法。UPS 主机承担全部负载供电，备机 UPS 处于热备份状态，当 UPS 主机发生故障或市电中断电池放电结束时，自动切换到备机 UPS 供电。市电恢复后或 主机 UPS 修复后，自动切换柜将负载自动恢复到由主机 UPS 供电状态。为了减少切换次 数，可将自动切换柜设计为无主备工作方式，即先有输出电压的 UPS 为主机，当主机故障 退出系统后，另一台 UPS 即成为主机，修复后的 UPS 重新接入系统时自动切换柜将不再 切换，仍保持原有供电状态。 二、日常维护要求 UPS 电源的机内电池充电电路根据电池组电压的高低及所连接的位置不同而各有差异。如 10KVA 左右的中小容量的 UPS 电源的备用电池组的电压一般为 48V-120V。此种 UPS 的 充电器采用降压充电方法。交流输入电源经过充电器变换后，输出与蓄电池组浮充电压相 等的稳定直流电压为蓄电池充电，当电池组电压较低时充电器可采用晶闸管或 DC/DC 斩 波变换方式降低并稳定充电电压。由于交流输入电压经整流滤波后的直流电压高于电池组 电压，所以必须在电池组的输出端与直流主回路之间串联二极管或晶闸管。 蓄电池是实现 UPS 电源不间断供电的重要组成部分。从大量的运行实例来看，由于对蓄电 池的使用维护不当或对 UPS 电源所具有的电池管理功能理解不够，导致电池组在短期使用 后容量大大低于其标准容量，造成市电中断后的备用时间明显缩短。所以蓄电池的正确使 用、定期维护以及合理地设置 UPS 电源电池管理系统中的重要参数，这样可使蓄电池的实 际使用寿命尽可能接近设计使用寿命，尽可能地避免由于蓄电池故障所造成的不必要损失。对于密封铅酸蓄电池在使用过程中主要避免以下两种情况是尤为重要的。 首先是要注意 UPS 电源及其备用电池组的周围工作环境温度不宜超过 30，当电池工作 环境温度超过 35时，由于电池内部损耗增加，电池本身的“存储寿命”将会缩短，解决 电池由于工作环境温度过高而缩短使用寿命的最根本方法是在机房配备空调设备，使环境 工作温度控制在 25左右。在不具备空调设备的情况下，可采用带有温度补偿的充电器。 当环境温度升高时，电池所允许的浮充电压值将有所下降，若此时还采用 25时浮充电压 值，电池将会处于过压充电状态，长此以往下去显然会加速电池老化。当采用带有温度补 偿的充电器是，充电器将按照起内部预先设置的充电电压与环境温度的关系曲线，在根据 安装在电池柜中温度传感器所测得的实际环境温度来随时自动地调节充电器的浮充电压值， 使电池组在一定温度范围内保持最佳充电状态。由此可见，具有温度补偿的充电器，只能 随温度的变化调节浮充电压值，不致使电池组处于过压充电状态。只是相对地提高了蓄电 池的使用寿命，还不能由此根本解决环境温度过高而造成电池实际使用寿命缩短的问题。 当环境温度较低时，尽管有的充电器温度补偿范围较宽，但由于电池内部电解液的温度特 性将会造成蓄电池输出的实际容量下降。当环境温度为 0时，密封铅酸电池的输出实际 容量为标称值的 80%左右，所以当环境温度较低时，充电器的温度补偿功能对蓄电池输出 容量下降的问题是无法解决的。 密封铅酸蓄电池要注意避免的另一种情况是深度放电。密封铅酸蓄电池的单体放电终止电 压与其放电电流的大小有着规定的对应关系。如电池以 10 小时放电率放电，即电池标称容 量 1/10 的电流放电，规定放电电压到单体电压 1.8V 时应停止放电。若此时仍使电池继续 放电，电池单体电压过低时，便发生了上述过放电现象，也即深度放电。密封铅酸蓄电池 深度放电必然回使其有效循环次数减少，缩短电池使用寿命。如深度放电后不能即使进行 充电则回更快加速电池的早期失效。 UPS 电源的电池管理系统中都具有蓄电池组放电终止电压保护功能。在智能化程度较高的 电池管理系统中，其电池放电终止电压保护点是随电池组放电电流的大小而自动调节的。 这样可确保电池组在放电时间内，输出负载量实时变化的工作条件下，电池放电终止电压都高于电池所规定的放电电压保护点。这样即可使后备电池组的能源得到较充分利用，又 不会使电池进入有害的深度放电状态。 但是对有些 UPS 电源的后备电池组放电终止电压值采用固定或人为可设置的方案时，由于 操作人员的误操作，或对深度放电的错误理解都会导致交流市电中断时，备用电池组进入 深度放电状态。由于 UPS 电源所配置的电池组主要考虑到交流市电中断后的 10 分钟到 20 分钟内，能维持其额定输出容量。这样就要求备用电池组能在短时间内提供大约 10 倍于 10 小时放电率的大电流，此时电流组的单体放电电压约为 1.55V1.70V 左右。如果在这种 放电终止电压值的设置下 UPS 处于备用电池组供电状态，操作人员为了延长 UPS 的备用时 间，把一些无关紧要或已完成了数据处理及存储的设备关闭，使 UPS 电源输出负载减轻， 备用电池组的输出电流减小，此时操作人员一定要切记将 UPS 电源电池管理系统的电池组 放电终止电压值做必要的修正。可按标准或电池生产厂的规定调整到与放电电流相对应的 放电终止电压值。例如交流电中断后，由于 UPS 电源负载的减轻，后备电池组的放电电流 值约为 0.2C0.5C 时，可按标准将电池单体放电电压值调整到 1.75V1.8V，再用此电压值 乘上备用电池组的单体数，这样即延长了电池组的备用工作时间，又不致使其因深度放电 而缩短使用寿命。如果 UPS 电源的电池放电终止电压是固定不可调整的，此时可以根据放 电电流及规定的终止电压值，估算放电时间，当放电时间接近估算时间时，可认为关闭 UPS 电源，以免电池组造成深度放电。一般大中型 UPS 电源电池管理系统中的放电终止电 压值在一定范围内都是可设定的。对一些只能化程度较高的大中型 UPS 电源的电池管理系 统来说应具有备用电池组放电终止电压随负载电流变化而自动调节的功能。另一种方案是 按放电时间的长短对终止电压值分段设定，即放电时间越长，所设定的终止电压值越高， 不过最高放电终止电压确定在每单体 1.8V 时一般不会发生深度放电现象。 UPS 电源备用电池组除了在其工作时要避免上述两种不利情况外，还要对蓄电池组进行必 要的维护，才能提高蓄电池的利用率，使其尽可能接近设计寿命年限，减少设备资金的在 投入。 备用电池的维护一般分为新电池使用前的初始维护与使用中或长时间放置电池的定期维护。 新电池组使用前的维护较为简单，将电池组与 UPS 电源连接后，UPS 电源可空载运行，对 备用电池组可设置 10 小时充电率的充电电流，环境温度最好保持在 25左右，按照产品 说明书提供的浮充电压值进行 810 小时的充电。充电完成后将蓄电池静止放置 2 小时左右， 将 UPS 电源转换为备用电池组供电运行，并在输出端带适量的负载，以使电池组的输出电 流达到 0.1C0.2C，将放电终止电压设定在每个单体 1.8V 即可。经过一个充放电循环后， 一方面可观察电池组的充放电性能是否正常，另一方面可使新电池的初始容量接近其标称 容量此后可将备用电池组再此充电，便可正式投入备用状态。 对于与 UPS 电源连机开始运行或闲置的电池组一定要定期维护。定期维护主要包括以下两 个方面：首先是对处于长期备用浮充状态的电池组定期进行放电、充电维护。充放点时间 间隔一般为 612 个月，因铅酸蓄电池不存在记忆效应，所以放出的容量不必等于标称容量， 一般放出标称容量的 10%20%即可。在 UPS 电源备用电池组定期进行这种放电充电维护 时，一定要采取可靠的措施确保在电池组放电维护时间内，UPS 电源的负载不能中断供电。 此时可采用两台同等容量、同型号的 UPS 电源，其输出端共同通过自动转换柜以热备份方 式对负载供电。把主供电的 UPS 用手动转为电池供电，同时要注意观察 UPS 电源显示屏 上显示的电池剩余容量，但此时可