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硕天UPS电源维护中易造成的故障

硕天UPS电源用于不同类型的敏感电子设备，如计算机、工作站、重要设施、通信系统、处理控制系统等。可防止因市电质量差或市电中断而给系统带来的一系列问题。它的内部除了冷却风扇在转动，其它元器件都是静止的，日常的维护内容非常少，只须保证环境清洁和冷却。但在日常的使用过程中，却屡屡出现UPS发生故障的现象，仔细分析故障原因，大部分是由维护者的人为因素造成的，称之为人为故障。所谓人为故障是由于操作、维护人员的误操作、对故障现象的错误判断以及所采取的不当措施或经验性臆断等造成的故障。

硕天UPS电源的人为故障大致可以分为知识性故障、操作性故障、延误性故障、维护性故障、经验性故障、环境性故障等6类。

高频开关硕天UPS电源的优点：

1、利用已经成熟的高频开关电源技术,可以采用价格低廉、开关速度快、损耗小、开关频率

高的低压MOSFET管作开关,把ZVS或ZCS软开关技术应用到UPS中,使UPS的开关频率可以提高到40～100kHz以上,为UPS进一步的高频化创造了条件;

2、由于这种硕天UPS电源可以进一步高频化,所以更有利于把UPS的市电输入功率因数提高到接近于1,可以更有利于把市电输入电流的THDi减小到1%以下,使UPS对市电电源的谐波污染减小到接近于零;

3、当电脑工作时,高频开关电源式UPS的负载率大致保持在100%不变,故对它的效率、市电输入功率因数和市电输入电流的THDi没有影响,这就可以使高频开关电源式UPS的工作效率保持在最高点运行;

SUOTAN UPS power supply is used for different types of sensitive electronic devices, such as computers, workstations, important facilities, communication systems, processing control systems, etc. It can prevent a series of problems caused by poor quality or interruption of power supply. In addition to the cooling fan rotating inside, other components are stationary, daily maintenance content is very little, only to ensure that the environment is clean and cool. However, in the daily use process, UPS failures often occur. Careful analysis of the causes of the failures, most of which are caused by the maintainer's human factors, called human failures. The so-called man-made fault is caused by operation, misoperation of maintenance personnel, misjudgement of fault phenomena and improper measures or empirical assumptions.

The man-made faults of Shuotian UPS power supply can be roughly divided into six categories: knowledge faults, operational faults, delayed faults, maintenance faults, empirical faults and environmental faults.

Advantages of High Frequency Switch Shuotian UPS Power Supply:

1. Using the mature technology of high frequency switching power supply, we can adopt low price, fast switching speed, low loss and switching frequency.

High low-voltage MOSFET transistors are used as switches. ZVS or ZCS soft-switching technology is applied to UPS. The switching frequency of UPS can be increased to more than 40-100 kHz, which creates conditions for further high-frequency UPS.

2. Because this kind of UPS power supply can be further high-frequency, it is more conducive to increase the input power factor of UPS to close to 1. It is more conducive to reduce the THDi of the input current of UPS to less than 1%, and to reduce the harmonic pollution of UPS to close to zero.

3. When the computer is working, the load rate of the high frequency switching power supply UPS remains approximately 100%, so it has no effect on its efficiency, the power factor of the city electricity input and the THDi of the city electricity input current, which can keep the working efficiency of the high frequency switching power supply UPS running at the highest point.

4、高频开关电源式UPS的生产成本较低,只在高频开关电源中多一组锂电池,因此售价较低,一般小型用户或家庭都买得起。而且这种UPS的体积小,装在电脑机盒中就可以了,不必另行设置安装空间;

5、由于采用的是容量密度大、寿命长、无污染的锂电池,故可以在任何环境条件下应用,而且

也不需要进行复杂的维护修理。

6、现代电脑本身都具有市电断电时保护电脑的数据及信息资料不丢失的功能,和不使电脑遭到破坏的保护功能,故对一般家用电脑或不重要场合应用的电脑,可以不用硕天UPS电源供电,只有对重要场合应用的电脑,才用UPS供电。处于这种考虑,可以在电脑机盒上设置一个电池插座,把电池作为一个附件,对不需要UPS供电的用户可以不提供电池,灵活方便;

在硕天UPS电源供电系统中，可以说蓄电池是这个系统的支柱。没有蓄电池的UPS只能称做稳压稳频电源。硕天UPS电源之所以能实现不间断供电，就是因为有了蓄电池。在设计UPS时，首先应考虑选择什么型号的蓄电池，即蓄电池的额定电压、额定容量及应由多少节蓄电池组合等。

(1)蓄电池的额定容量选择

由于蓄电池的实际可使用容量与放电电流大小、系统电压、放电时间、蓄电池工作环境温度、蓄电池储存时间的长短、负载种类和特性等因素密切相关。蓄电池的容量一般是指在20°C，以20h放电率放电到1.75V/单体时，蓄电池输出的功率数(W)。

(2)蓄电池的指标选择

内阻：应选择内阻小的蓄电池，这样才能持续大电流放电。如果内阻较大，在充放电过程中功耗加大，使蓄电池发烫。

浮充电压：在相同温度下，浮充电压值高意味着储能量大，质量差的蓄电池浮充电压值一般较小。蓄电池浮充电压值在不同的温度时应进行修正。

在大中型(几kVA-几千kVA)UPS中采用2V单体系列蓄电池，避免采用小容量组合蓄电池进行混联。

在人们以往的记忆中，硕天UPS电源只负责供应强电，是一个独立的电源设备，并没有所谓的通信、管理以及管理软件等，UPS插上电就可以用，不需要什么管理和维护，UPS与IT设备没有什么直接关系，即使要要管理和维护LIPS也是供电部门电工的事情。有的甚至还停留在UPS设备应用的最初阶段，市电有的时候不用开UPS.停电的时候才开启UPS。

但是随着信息技术的高速发展以及网络时代的到来，硕天UPS电源也从原来所谓的独立电源设备发展成今天具有多种通信方式管理和与IT系统无缝连接的网络UPS.它现在具有RS232串行接口通信，以太网通信、USB接口通信、8111电话接日通信、干接点工控通信等通信方式，可为用户提供多种管理方式。UPS经过自身的外设附件和通信方式的扩展与完善，已经完全变成具有强大管理功能的信息技术设备、完全融入到企业信息系统中，井成为其不可缺少的一部分。UPS现在拥有管理自己的软件，可支持现行绝大部分的服务器操作系统安全机制.并有效地保护企业的宝贵数据。UPS现在已具有易管理、易操作、易集成等功能。现在的UPS已让系统管理员从繁重的机房管理中解脱出来。UPS通过安装和配置软件及附件，已经可真正做到无人值守、全部自动化。当市电故障时，UPS关机软件自动运行，执行服务器安全关机、把服务器的全部数据存入硬盘、关闭服务器及最后关闭UPS等一系列操作。当市电故障时，UPS还会通过各种通信方式通知用户，如E-mail,呼机和短信等。

In the power supply system of SUOTAIN UPS, it can be said that the battery is the pillar of this system. UPS without batteries can only be called voltage stabilized and frequency stabilized power supply. The reason why Shuotian UPS power supply can achieve uninterrupted power supply is because of the storage battery. When designing UPS, first of all, we should consider which type of battery to choose, that is, rated voltage, rated capacity and how many battery combinations to use.

(1) Selection of rated capacity of storage battery

Because the actual usable capacity of storage battery is closely related to discharge current, system voltage, discharge time, working environment temperature of storage battery, storage time of storage battery, load type and characteristics. The capacity of the battery generally refers to the power output (W) of the battery when the discharge rate reaches 1.75V/cell at 20 C for 20 hours.

(2) Indicator Selection of Storage Batteries

Internal resistance: Batteries with small internal resistance should be selected so as to sustain high current discharge. If the internal resistance is large, the power consumption increases during charging and discharging, which makes the battery hot.

Floating charge voltage: At the same temperature, high floating charge voltage means large storage energy, and low floating charge voltage of poor quality batteries is generally smaller. The floating charge voltage of storage battery should be corrected at different temperatures.

2V single-system batteries are used in large and medium-sized UPS (several kilowatt-hour A-several thousand kilowatt-hour A), avoiding the use of small-capacity combined batteries for parallel connection.

硕天UPS电源这么强大的功能，现在大概只有20%的应用率，那么为什么没有被大量推广和应用呢?其原因一是厂商，二是用户，三是中间环节。有些厂商在智能管理和通信功能方面推广力度不大、支持力度也不大，我们都知道，厂商因存在研发成本的问题，在UPS智能管理软件和硬件方面投入了很大的精力，所以把研发成本加到了管理软件和监控卡中，定价较高。举例来说，一个SNMP卡出厂就要1000多，对于UPS小机器来讲，所占比重较大;整套的动环监控系统收费奇高，这也是为什么市场上有很多专门做动环监控设备的厂家。从用户角度来讲，很多用户对UPS的理解水平还是老的传统思路，就是稳压和断电延时，对于智能管理的需求不大。从中间环节来讲，很多渠道商一直停留在赚取差价的设备销售业务上，没有实施服务和支持的能力。

如何处理现在硕天UPS电源监控管理方面应用水平不高的问题呢?首先，UPS厂商应加强其推广力度，建立优秀的服务队伍，加强产品本地化，加强用户培训，尽可能营造一个好的应用环境，但问题的关键还是用户的需要，只有用户充分了解到UPS智能管理和通信功能对提高系统维护水平和系统可用性的重要性，并努力提高自身的技术素质，才能不断扩大UPS监控管理的应用领域和提高应用水平。

在现代通信系统中，硕天UPS电源的应用较为普遍，主要为计算机网络或者电子通信设备提供不间断的电力供应，确保其可靠运行显得尤为重要。本文结合实例，首先介绍了UPS电源工作原理，分析UPS电源故障产生的原因，并提出将UPS的报警信号接入中控以DCS系统的解决方案，以提高UPS电源供电系统的稳定性。

硕天UPS电源又称为不间断电源，主要由整流器、逆变器和蓄电池等电源装置组成，具有输出电压、频率稳定、电压失真度小和运行稳定等优点，能够为计算机网络、电子设备装置和通信系统等重要用户提供可靠的优质电源，并且保证用户不致因停电而丢失数据影响工作。目前UPS电源供电系统广泛应用于各个领域，在各运营系统中发挥着关键的作用。但目前，应用过程中还发生存在不少故障现象，直接影响了它的可靠性。因此，如何解决UPS电源供电故障成为了技术人员急需解决的难题之一。

1 硕天UPS电源工作原理介绍

某厂供电采用两套UPS设备并联共用一套蓄电池的结构。正常情况下，两套UPS互为备用，其中一套正常工作即可满足使用工况。UPS供电模式分为以下3种。

(1)主电源供电模式。主电源供电模式为UPS正常工作模式，在此模式下，负载由电源l经整流充电器和逆变器供电，整流充电器同时给蓄电池组浮充充电。

(2)静态旁路供电模式。电源2回路称为静态旁路，作为电源1的后备。在UPS1和UPS2的逆变器电压输出故障时，静态开关自动导通，负载不间断切换为电源2回路供电模式。

(3)蓄电池供电模式。此种模式为应急工作模式，当电源1和电源2供电中断时，供电流程转换为蓄电池组经逆变器给负载输出电力;当两套UPS同时为蓄电池组供电模式时，将触发安装在负载开关1上的时间继电器，蓄电池组持续向外供电半小时后，时间继电器发出信号断开负载开关1，以保证负载开关2下的通信系统等设备的电力供应，以此实现负载优先级的设置。

2故障现象及原因分析

该厂发生过2次因UPS系统供电电源中断而导致的停产事件。事件发生时，该厂电网工作正常，两套UPS均为蓄电池供电模式，负载开关1处于分闸位置，负载开关2处于合闸位置。

在主电源正常的情况下，两套UPS同时转换为蓄电池供电模式，表明两套UPS充电器同时发生了故障，但事后检查充电器无异常，重新启动两台充电器，均可正常运行。为了彻底查清原因并解决问题，该厂技术人员和UPS厂家工程师对产品的性能和使用工况进行了一次全面的数据收集和调研，进而确定故障的具体原因。下面介绍排查工作的具体步骤。

2.1参数设置和记录跟踪

运用TLS软件与UPS系统进行在线通信，对机组PLC模块内的基本参数设定值和在线测量数据进行检查，无异常发现。在报警记录的检查中，发现“电源2相位超限”报警频繁出现，出现频率约为每小时10次，报警状态持续时间约4～8s，在此报警产生的时间内UPS自动切换到电源2带载的功能将被禁止。又由于此报警为自动复位式报警，因此UPS系统会在此报警自动复位消失后恢复电源2的正常工作状态。

2.2波形采集及分析

用FLUKE43B电网分析仪对电源1和电源2的输入波形。电源2的输出波形以及逆变器的输出波形进行取样分析，波形分析结果无异常。

2.3局域电网结构分析

硕天UPS电源1和电源2的供电电源均为平台电网，单台发电机工作时的电网最大输出有功功率为4000kw，日常带载量约为1600kw。平台电网具有网小但工况复杂的特点，电网内设备种类(包括变压器、马达、变频器和海缆等)相对较多，设备的突加突卸现象较频繁。对电网进行分析后，结合上面两步的分析结果，初步认定相对大功率设备的频繁启动可能是UPS“电源2相位超限”报警频繁产生的原因。

2.4故障原因确定与验证

在假定了报警原因为大功率设备频繁启动的前提下，决定在大功率设备旁进行蹲点测试，选取1台l07kw的空调制冷压缩机(星三角启动)进行实测。实测发现在压缩机每次启动时，UPS便产生“电源2相位超限”报警，报警持续4～8s，与电机启动时间相符。从而确定。电源2相位超限。报警产生原因：当平台大功率设备启动时，电源2的输入输出电压产生畸变，导致相位超限并报警。由此进一步推论，如果在短时间内有多台大功率设备先后启动，那么电源1的输入波形和电源2的输入输出波形将产生畸变，且畸变率逐渐增高，畸变持续时间增长;电源2的畸变导致“电源2相位超限”报警的自动复位时间加长;电源1的高畸变率会使整流充电器误判为输入电压异常，而使整流充电器保护性停止工作;电源1和电源2的同时故障，使负载只能切换到蓄电池带载模式，电池放电结束，DCS系统失电。这样就出现了UPS故障导致供电中断时电网工作正常的工况，且一年约一次的出现频率也与推论中的极端工况相符。

3系统故障分析及解决办法

实际工况决定了故障不大可能从根本上杜绝，因此决定将UPS报警信号接入中控DCS系统，以便设备产生故障报警后，在状态可控前提下，通过中断报警工况来阻止事态进一步扩大。具体处理思路如图1所示。

4技术改造方案选择及实施

4.1方案选择

要实现上面所描述的预防控制功能，需将UPS的报警信号接入中控DCS系统，UPS机组能提供的接入方案有两种。

(1)方案一：通过UPS通信模块端口接入中控。UPS系统，并在DCS电脑上安装UPS厂家工程师软件以实现远程在线监控。该方案具有能读取UPS设备的所有信息及数据的优点;其缺点是：中控DCS系统和UPS分属不同厂家，不能认证加装在DCS电脑上的UPS厂家工程师软件，这对DCS系统的稳定性有影响，DCS系统配合难度较大，风险不可控。　　(2)方案二：串联UPS机组报警输出模块上的开关触点，将各类报警综合为一对公共故障报警信号接入DCS系统。该方案接入DCS系统的为无源开关信号，DCS系统在工程设计中预留有开关信号接入功能的模块，因此硬件接入条件满足;软件方面需在DCS系统内添加报警记录和报警输出界面，对此仅利用DCS系统自身的软件就可实现。这种施工方案简单且接入的信号不影响DCS系统的稳定性，缺点在于不能读取UPS系统详细的信息和数据。

从实际需求和改造难度综合考虑后，认为方案二改动工作操作难度小、风险可控、功能满足既定目标，更具可行性。

4.2方案实施

方案的确定，使检修工作进入了最后的图纸设计和现场施工阶段，软硬件的配置是决定改造方案的基本条件，主要涉及以下几方面。

(1)UPS报警输出模块上均为无源常开和常闭触点，触点电气参数为AC 220V /5A;DCS系统控制模块电压为DC 24V，触点电气参数满足接入条件。

(2)串入的公共报警信号包括低电量关机警告、电池负载、维护配置、通用报警、逆变器负载等，功能上最大限度地涵盖了各类输出报警状态。

(3)“电池负载”报警输出点已被占用，故需加装中间继电器进行扩展。

根据以上实际条件和需要实现的功能，在原图纸中进行了改动设计，接线如图2所示。虚线为本次改动的接线，除U11～U14，U21～U24外，其余均为添加的新线，R1和R2为新添加的中间继电器。

在改动设计中，将5类报警信号串联为一对开关信号接入DCS系统。在UPS正常工作时，DCS接收到的为常闭开关信号;一旦有故障报警信号产生，串联回路就断开，DCS接收到的常闭开关信号消失，触发DCS系统产生报警信号。为保证接线改动不影响UPS系统的稳定性和功能，利用UPS自身的输出电源作为中间继电器的驱动电源，整个报警回路则遵循失电安全型规则。改动中，新增中间继电器2个，涉及到接线18根，其中新增接线10根，原有接线改动8根。

改造完成后，对各种报警信号进行现场实际模拟测试，每次均能将报警信号及时传入中控DCS系统，动作及时可靠。