UPS不间断电源在地球站的应用及日常维护

UPS不间断电源在地球站的应用及日常维护

李峰

新疆生产建设兵团广播电视卫星地球站新疆维吾尔自治区乌鲁木齐830009

内容摘要：本文首先对UPS不间断电源在地球站供配电系统中的应用和重要性做了简单介绍。然后结合本站UPS系统配置对UPS电源进行了分析和阐述，最后对UPS不间断电源及电池组的日常管理与维护工作做一总结。

关键词：不间断UPS电源蓄电池组运行维护

引言：：

UPS(UninterruptiblePowerSupply)不间断电源是地球站供配电系统的一个重要组成部分，在地球站它主要用于给上行系统及机房辅助设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还为蓄电池组充电；当市电中断（事故停电）时，UPS立即将电池组的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V或380V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

同样UPS不间断电源就象人一样也有寿命周期，也需要检查、保养、爱护，只要每个操作者严格按设备维护保养要求用心维护好，它才能够健康运转。

1UPS的分类与原理

1.1UPS分类

从UPS的电路结构和不间断的供电方式来看，主要有以下四类：

1、后备式：

后备式UPS在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电超出其工作范围或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。没有稳压，有切换时间，且输出波形一般为方波。切换时间一般为4~10ms。

2、在线互动式：

在线互动式UPS在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电偏低或偏高时，通过UPS内部稳压线路稳压后输出，当市电异常或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。其特点是：有稳压，但同样存在切换时间。

3、双变换在线式：

除了基本供电电路为电池逆变器电路外，基本原理图与后备式相同。无论交流输入电源是否正常，均通过逆变器电路提供电源输出。交流输入电源中断时不需要切换，不存在转为电池供电的切换时间。在电池逆变器电路出现故障或者逆变器内部失灵时，都需要切换为旁路供电。由于在正常工作情况下，整流器和逆变器都要消耗一定的功率，因此这种类型UPS的效率要比后备式低。

4、双变换电压补偿在线式：

双逆变电压补偿在线式同样是双逆变电路结构，同样是在线工作，但是，由于它成功地把交流稳压技术中的电压补偿原理用到了UPS的主电路中，相对双逆变在线式UPS，SilconDP300E系列大功率UPS在适应电网环境并且不干扰破坏电网、在输出能力和可靠性等多项UPS主要指标方面都有了新的突破。

1.2在线式自动不间断电源（UPS）的基本原理

卫星地球站主要播出负荷应采用不间断电源（UPS）或直流电源供电，主备播出设备、双电源播出设备应分别接入不同的UPS电源供电回路。

在线式自动不间断电源系统由可控整流部分、逆变器部分、逆变交流静态开关、旁路交流静态开关、可充电免维护铅酸电池、电池组开关、主机输入输出开关，逆变器故障旁路开关、应急及检修旁路开关等组成。

图1：在线式自动不间断电源（UPS）装置的基本原理

可控整流部分：为三相可控整流装置，对输入电压、频率的变化范围，以及三相相序有着严格要求。输入电压、频率偏高或偏低会报警，输入相序错误逆变器将停止工作，因此进线电源或发电机组接入时必须保证相序正确（发电机组接入应保证顺相序）。当逆变器正常工作时，微电脑控制器控制逆变交流静态开关导通，向负荷送电。一旦逆变器发生内部故障或过电流，自动切断逆变交流静态开关，切换到旁路交流静态开关回路供电，切换速度为微秒级，不会造成工艺负荷停电。因此这两种静态开关必须是互锁的。

在逆变器无故障情况下，如果需要进行计划性检修保养，可以通过主机操作面板的操作，人为的停止逆变器工作，设备自动切断逆变交流静态开关，转换到旁路交流静态开关回路供电，切换速度极快，不会造成负荷停电。此时可以安全的手动合上应急及检修旁路开关S3，再切断S1、S2、S4、S5开关，退出UPS运行，进行检修。做到整个过程不停电。UPS设备逆变器故障，设备将自动的停止逆变器工作，自动切断逆变交流静态开关，转换到旁路交流静态开关回路供电。此时可以解锁并手动合上应急及检修旁路开关S3，再切断S1、S2、S4、S5开关，退出UPS运行，进行检修。整个过程不停电。

2UPS不间断电源电池组

UPS不间断电源之所以能够在断电后，继续为计算机等设备供电，就是因为它的里面有一种储存电能的装置在起作用，这种储能的装置就是UPS电池组。其主要功能是：一当市电正常时，将电能转换成化学能储存在电池内部。二当市电故障时，将化学能转换成电能提供给逆变器或负载。

UPS电池的优劣直接关系到整个UPS系统的可靠程度，然而蓄电池却又是整个UPS系统中平均无故障时间（MTBF）最短的一种器件。如果用户能够正确使用和维护，就能够延长其使用寿命，反之其使用寿命会显著缩短，蓄电池的种类一般分力铅酸电池、铅酸免维护电池及镍镉电池等。蓄电池是UPS的心脏，不管UPS系统多么复杂，其性能最终取决于它的电池，如果电池失效，再好的UPS也无法提供后备电源。如何监视电池以精确地预测其临界失效期和如何延长电池的有效寿命，是保证UPS供电系统稳定、可靠的关键。

在地球站供配电系统中，蓄电池组作为不间断供电的保证，在整个电源系统中最为关键。蓄电池不但在交流系统或整流系器出现问题是保证不间断供电，而且还能在市电和自备柴油发电机正常转换时提供保证。

2.1蓄电池组的管理

在UPS电源系统的日常维护中，蓄电池的维护测试和诊治是十分烦琐而又必须十分细致的事。地球站UPS系统应用的蓄电池是免维护密封式蓄电池，它的日常维护相对要简单得多。对电池维护时的事项如下：

阀控式铅酸免维护蓄电池使用前不需检查液面和加水；免维护铅酸蓄电池横、正放置均可，但在经常震动下应正立使用；相邻蓄电池接线可紧密一些，但多列并排使用时为较好散热，各列间应保持在10mm左右；连接好后应将各导电体盖上绝缘盖并拧紧；充电后若不立即使用，应尽量避免放置于高温环境，温度越高，自放电越大；长期保存后有时不经过几次循环充放电、容量不能充分恢复；放电时，周围温度应控制在-15～＋45℃范围内；充放电电压精度在±2%以内为最好；无论是使用或不使用的蓄电池，都应定期（3个月或6个月）进行充放电；清扫蓄电池时应使用湿布，干布或化纤布有可能使使蓄电池外壳裂开，造成漏液或腐蚀着火；检查维修时应穿戴橡胶手套和胶皮鞋等保护用品；如果蓄电池组容量下降到额定容量的60%以下时，可视为寿命终止。

因此，对电池的维护仅局限于确保电池的工作环境温度被控制在20℃-25℃和处于洁净和干燥的工作环境中。

3UPS不间断电源和蓄电池组的日常维护及注意事项

3.1UPS电源日常维护和检修

在UPS中，仅在用于冷却功率驱动器件的散热风扇中存在有可动的机械部件，其余部件由固态电子元件构成，且风扇都是长寿命设计的，因此不存在磨损的问题。基于上述原因，除确保UPS总是运行在恒温和洁净工作环境之外，还要经常记录和定期巡视。定期及时完整的观察运行维护记录，可及早的发现可能导致出现严重事故的隐患或苗头。

现场观察UPS显示控制操作面板，确认液晶显示面板上的各项图形显示单元都处于正常运行状态，所有电源的运行参数都处于正常值范围内，在显示的记录内没有出现任何故障和报警信息。检查是否有明显的过热痕迹。观察UPS所带负载量，和电池后备时间是否有变化，如有变化检查有无增加负载、负载现在的运行情况和负载是否有不明故障。听听音响噪音是否有可疑的变化，特别注意听UPS的输入、输出隔离变压器的响声，当出现异常的“吱吱声”时，则可能存在接触不良或匝间绕组绝缘不良。确保位于机柜上的风扇的排空气的过滤网没有任何堵塞物。当发现UPS的输出电压异常升高时，应检查UPS的滤波电容是否完好，如有可能，记录上述巡检结果，分析是否有任何明显的偏离正常运行状态的事情发生。

周检在UPS显示控制操作面板，执行下述的检测任务并将相关的数据记录下来：

测量和记录：蓄电池组的浮充电压值。

测量和记录：蓄电池的充电电流。

测量和记录：UPS的输入、输出电压。

测量和记录：UPS的输入、输出线电流。

所有测量结果，要与面板上的参数进行比较。如果发现在此次测量中所测量的数值与前次所记录的值存在有明显的差别时，应设法查明和记录究竟有什么样的新增负载(负载的大小、类型及安装地点)被连接到UPS的输出端或从用户的负载总线上被撤掉。实践证明，对维护、维修工程技术人员来讲，这些信息和资料对他们日后处理问题十分有用。

如果发现有任何明显偏离过去所测量到的电源运行参数值，但又找不到合理的原因时，最好同我们的售后服务部门联系，寻求技术支援，我们十分乐意时刻响应你的咨询。

3.2UPS蓄电池组的维护

1．蓄电池使用注意事项

蓄电池组的维护工作要定期进行，及时发现和处理“落后”蓄电池，不能等到停电时，才判断蓄电池是否有效，这是一种冒险的做法，因为蓄电池的失效而使UPS不能继续供电，将会造成重要负载中断或损坏。

不同规格的蓄电池不要混合使用，不要混合充电和混合放电。容量相差过大或不同容量的电池，不宜串并联使用。

蓄电池应离开热源和易产生火花的地方，并避免阳光直射及置于大量有机溶剂气体和具有腐蚀性气体的环境中；其安全距离应大于0.5M。电池室应具有必要的通风、照明设施、除湿装置，保证电池室通风、干燥；电池室应安装烟雾报警装置以便及时发现问题并立即解决；电池间距最好在15mm以上。为保持蓄电池良好的性能，对于长期工作在市电状态时，建议每隔三个月让UPS处于逆变器工作状态，让蓄电池放电50％的容量，以激活蓄电池（不宜100％的容量放电试验）。蓄电池的使用环境温度一般在20～25℃左右，因为温度太高时，可使电池的漏电增加、寿命缩短；温度太低时会使蓄电池的电解液冻结而无法放出能量。

2．经常检查项目

每日记录蓄电池组的浮充电压和后备时间；检查连接处有无松动和腐蚀现象；电池壳有无渗漏和变形；极性、安全阀周围是否有酸雾逸出；经常保持电池表面的清洁，可以减少电池的自放电。一般来说，尘埃含有很多带电离子，在电池的长期存放和运行中，如果不经常清扫表面，就会在表面的两个电极之间形成一层厚厚的具有一定导电性的尘埃，形成放电通路，对电池不利。蓄电池外壳不要用有机溶剂清洗。

小结

不间断UPS电源在卫星地球站供配电系统的合理配置、日常维护保养与安全播出密切相关，检修维护和日常巡检等方面的安全保障工作也显得非常重要。做好按时巡视日常维护，月检季修，年度保养检修和恶劣气候环境的加强巡视，将确保发射机房供配电系统的安全可靠，确保用电设备的不间断供电和安全运行，保证我广播电视节目正常传输。

参考文献：

[1]广播电视卫星地球站培训教材[M/CD]