不间断电源供电系统故障分析及维护

不间断电源供电系统故障分析及维护

闵健 1 张海生 2 唐明德 2

1. 江苏油田分公司油气生产服务中心电力运维二公司 江苏扬州 225261

2.中原油田油气加工技术服务中心 四川 宣汉 636165

摘 要:不间断电源UPS作为重要的备用电源设备，在通信领域、医院、铁路以及油气生产的重要场所，使用非常广泛，如果在生产中出现运行故障，就会造成设备停电而影响生产，如何避免这种现象的出现，合理提高UPS的使用效果，根据自己在外部项目的工作实际和有关资料，针对这一问题现提出建议和探讨。

关键词：UPS故障原因 解决措施 工作原理 日常维护

引言： 本文从一个实例讲述了不间断电源（UPS）由于运行故障而导致的后果以及改进的措施，简单明了介绍了UPS的工作原理、运行方式及日常维护和发展方向。

1. 增压机电机意外停机的原因

在增压站投产期间，天然气由四台增压机加压后外输，为这四台增压机配套的是10KV的高压电机，电源是由两条110KV高压线路经过变电所双回路供电。我所在的工作岗位是增压机配套的一个小型10KV变电所，保证变电所设备正常平稳运行是首要责任。2020年4月1日凌晨正在运行中的1#、2#、3#压缩机突然停机，触发安全联锁程序，来气紧急放空，造成了较大的经济损失。发生事故后，分析原因原来是由于110KV进线中的一条洪化线电压波动而造成的，但是洪化线负载只有2#压缩机，电压波动只能影响到2#压缩机，1#、3#压缩机不应该停机，对所有供电设备进行检查，未发现造成停机的原因。随后，在4月27日又出现类似现象，洪化线因为天气原因110KVB相接地，造成1#、2#、4#、三台再用压缩机停机，对供电设备再次进行检查，这次发现继电保护间UPS机柜报警，进一步查看报警记录出现了输出过载，同时逆变停机的现象。针对以上存在问题，项目电气专业组织了课题攻关组，并在电气技术交流群里的同仁进行交流了讨论，交流群里的闵健同志提出了很好的意见及处理方案。通过远程视频和现场对UPS机柜进行会诊，找到了发生问题的原因所在，原来这台UPS所引的低压220V电源正好处在洪化线上，当110KV电网电压波动时，为低压配电柜提供电源的10KV侧变压器也出现波动，造成低压侧进线柜内双电源切换主用回路接触器瞬时断开，UPS柜进线失电，而UPS是互动式的逆变切换有时间，在切换的过程中四台压缩机组失电再启动时，UPS不能满足负载的要求，容量过小，出现了驱动过载输出关闭的现象，使为四台压缩机提供控制电源的控制柜短时失电停机。两次停机导致增压站天然气放空，直接经济损失达到了十几万元。找出原因后，在分析会上提出了UPS存在的问题。项目部根据实际情况出台了电源改造升级方案，由原来互动式的一台容量为15KVA、220V的UPS，升级为两台在线式容量分别为20KVA、380V三进单出式UPS，采用“1+1”并机供电模式。改造完成后，进行断电测试，UPS工作正常，机柜没有出现失压掉电的现象，保证了正常高压供电系统中压缩机安全平稳运行。

原供电方式：

直流输入

改造后供电方式：

原UPS机柜 改造后UPS机柜

2 .UPS的定义及工作原理

2.1定义 ：UPS（Uninterruptible Power System ），即不间断电源，一般由整流器、逆变器、静态旁路开关蓄电池组4部分组成。是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的不间断电源。主要用于给计算机网络系统或其它电力电子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，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应交流电，使负载维持正常工作。

2.2 UPS主要分为以下几类：后备式，在线互动式，在线式 。

2.2.1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。

2.2.2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。

2.2.3在线式UPS在市电正常时，由市电进行整流提供直流电压给逆变器工作，由逆变器向负载提供交流电，在市电异常时，逆变器由电池提供能量，逆变器始终处于工作状态，保证无间断输出。其特点是，有极宽的输入电压范围，基本无切换时间且输出电压稳定精度高，特别适合对电源要求较高的场合，但是成本较高。

2.3工作原理

互动式：

互动式工作状态说明：

2.3.1.直流输入都正常时，由交流输入通过静态开关1向负载提供电源，同时通过整流器向电池组供电。

2.3.2交流输入异常时，电池正常时，由直流经过逆变器输出纯正的交流电，通过静态开关2向负载提供电源（即直流逆变供电）；交流输入恢复后转为交流旁路供电。

在线式：

在线式工作状态说明：

2.3.4交流输入、旁路输入、直流输入都正常时，由交流输入经过滤波、整流后，逆变成纯正的交流电通过静态开关2向负载提供电源。

2.3.5交流输入异常、系统会无间断的切换到电池工作模式，由电池通过逆变器输出交流电向负载供电。市电恢复后系统自动无间断的恢复到正常工作模式。

2.3.6当主电路市电异常或电池储能耗净、或发生严重故障情况下，逆变器关闭，系统会关闭并停留在旁路工作模式，由旁路通过静态开关1向负载提供电源（即交流旁路供电）。

通过上面的介绍我们可以看到了UPS的工作原理，增压站由于UPS故障，虽然外部高压电网波动是主要原因，但是两次故障停机都是由于UPS的逆变切换过程中、驱动输出过载导致逆变停机,从而引起增压机控制柜掉电停机，造成较大的经济损失。更换UPS电源柜后，两路进线中任何一条出现波动都不会影响到正常运行机组的线路供电，降低了不必要的损失。所以对于重要场合的电气设备一定要选用可靠性高的在线式UPS，同时功率也要满足需求。负载设备在一般运行状态时，实际功率要比标注的功率低一些，我们在选用时要以设备的标称功率为主，同时要考虑设备在启动时的冲击电流，要留有30%功率余量，以保证逆变电源的可靠供电。

3 .UPS的维护要求

3.1主机维护

3.1 .1 在新安装开机前，UPS的接线正确，要确认市电输入的相序正确。

3.1.2 保持UPS主机工作环境清洁卫生，防止灰尘进入机箱造成局部电路过热，损坏元器件，并定期检查散热风扇。

3.1.3 UPS应工作在干燥、通风、清洁的环境中，避免热源和直射。

3.1.4 打开箱体进行维护，应彻底切断电源，并停机10分钟或更长时间，待电容器放电完毕后方可进行，拆卸时注意不要损坏部件和元器件，注意接线的次序。具体要求：清洁箱体内的灰尘和杂物；检查箱体内各端子、螺钉是否紧固；检查箱体内有无出现过热后留下的痕迹以及损坏的器件；检查箱体内接线是否老化。

3.1.5 防雷检查，要在多雷和潮湿季节进行，特别是在设备附近发生雷击后都要观察，以便发现问题和及时维护。

3.2蓄电池的维护

UPS之所以能够实现不间断供电就是因为有蓄电池，在市电异常时通过逆变器为负载提供电源，电池的工作状态会对UPS的供电起着至关重要的作用。UPS采用密闭式免维护铅酸电池，电池的使用寿命取决于环境温度和充放电次数，高温下使用或深度放电会缩短电池的寿命。

3.2.1定期检查蓄电池的状态，保持蓄电池柜、支架的清洁，定期清洁连接螺栓处的氧化物，并涂抹凡士林，紧固松动的螺栓，保持蓄电池连接良好，防止大电流放电时产生打火和过大的压降。

3.2.2每周检查蓄电池的总电压；每2-3个月检查一次蓄电池的绝缘；每月测量单节电池的电压。

3.2.3尽量保持环境温度在15C-20C之间。

3.2.4准备停用的电池，在停用前应先充电，并每隔一个月充电一次。

3.2.5若发现蓄电池的供电时间大大缩短，就要确认是否更换电池，更换电池前请确认更换的电池与原电池参数规格相同。

4 .UPS发展方向

虽然现在电力网的建设以全面覆盖，停电的几率大大减少，但是由于自然灾害等不可抗拒因素所造成的停电是不可避免的，对一些重要设备就要保证有一定的备用时间，能够充分应对突发事件。近代UPS正朝着 (1)高效率、高可靠性、(2)大功率化、模块化、高频化、(3)数字化、智能化、网络化、(4)绿色、节能、环保、的方向发展。按照UPS电源功率的大小和应用领域有以下的分类方式：按照UPS功率大小分类，UPS电源系统按其应用的功率可分为：大、中、小三个分区类别。小功率UPS电源系统定义为：功率小于3kVA的UPS电源产品;中等功率UPS电源系统定义为：大于等于3kVA同时小于10kVA的UPS电源产品;大功率UPS电源系统定义为：大于或等于10kVA的UPS电源产品。按照UPS应用领域分类：信息设备用UPS电源系统设备。近几年来UPS电源系统在IT行业发挥着越来越重要的作用，被人们誉为计算机信息的保护神。UPS电源作为计算机信息系统、通信系统、数据网络中心等的重要外设，在保护计算机数据、保证电网电压和频率的稳定、改进电网质量、防止瞬时停电和事故停电对用户造成的危害等方面是非常重要的。

5.结束语

终上所述，UPS的正确选用对用户和企业有重要的意义，如果在使用的过程中，没有合理的选好与设备匹配的机型，在生产工作中就会出现运行故障造成很大的经济损失，甚至有能出现重大的事故。所以我们在需要提供不间断电源的场合，设计人员一定要正确选配，保障设备的正常安全运行。

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