UPS供電系統的改造以及維護

1　前端機房UPS 供電系統的現狀

由于廣播電視臺是事業(yè)單位的性質(zhì),而電視中心是24 h供電不間斷,因此,本臺特向供電局申請了雙路供電(不同變電站供電) ,即動(dòng)力中心配電房采用兩路10 kV高壓進(jìn)線(xiàn),并配備兩臺變壓器,這樣,兩臺變壓器(額定輸出電壓380 V)分雙路進(jìn)前端機房配電箱,分別向兩臺40 kW UPS供電,兩臺UPS都是三進(jìn)三出,一臺UPS負責向數字電視平臺的所有設備供電,另一臺負責向機房其他設備供電(照明、空調除外) ,UPS負載都不超過(guò)60%。

2　UPS 的工作原理以及潛在的風(fēng)險

2. 1　UPS的工作原理

如圖1所示,當市電正常時(shí),整流器和逆變器都工作,同時(shí)給負載和電池浮充供電。當市電中斷時(shí),整流器停止工作,由蓄電池經(jīng)逆變器向負載供電,實(shí)現不間斷供電,如蓄電池故障或電池儲能耗盡,UPS轉為旁路電源供電。

圖1　UPS的工作原理圖。

2. 2　潛在的風(fēng)險

第一,珠海前端機房?jì)膳_三進(jìn)三出UPS分別屬于單機工作,無(wú)論哪臺出現故障,將直接影響輸出供電,可靠性低。

第二,由于早期未能充分理解UPS的工作原理與市電輸入方式的關(guān)系,沒(méi)有對UPS主路輸入和旁路輸入作隔離,因而兩個(gè)輸入都是由同一個(gè)交流配電屏空開(kāi)引入,機器內部均作連接處理,如圖1的供電方式,此接法存在嚴重隱患,旁路與主路為同一路輸入電源,當主路輸入電源異常且蓄電池故障或電池儲能耗盡時(shí),輸出供電就會(huì )中斷。

第三,兩臺UPS的現狀導致無(wú)法安全可靠地對UPS實(shí)施檢修和更換。當UPS需要維修或更換時(shí),一般是轉至UPS內部維修旁路,實(shí)際上進(jìn)出電源均從UPS經(jīng)過(guò),維修人員還是帶電檢修,稍有不慎就有可能造成人員和設備的事故。

3　UPS 的改造方案

為了規范UPS的配電系統,消除上述安全隱患,提高供電系統的安全性,應對機房UPS實(shí)施輸入配電改造?？紤]珠海廣電前端機房空間、承重受到限制,無(wú)法采用雙機并機的方法提高UPS供電系統的可靠性,故提出以下簡(jiǎn)單的改造方案:

3. 1　去掉內部短接線(xiàn)

改造后的接線(xiàn)原理如圖2所示,需多加一路三相輸入電纜,作為主路輸入,多加一個(gè)輸入開(kāi)關(guān),作為主路輸入開(kāi)關(guān),原三相輸入電纜作為旁路輸入?？梢钥闯?改造后的接線(xiàn)方式切斷了主、旁路輸入的短接,從而大大提高系統的可靠性。

圖2　去掉內部短接線(xiàn)。

3. 2　增加UPS旁路電源柜

為了消除維修和更換UPS時(shí)工作人員帶電工作的安全隱患,簡(jiǎn)單可靠的辦法就是給UPS增加旁路電源柜,如圖3所示。

圖3　增加UPS旁路電源柜。

旁路電源柜的正常工作方式是, K3斷開(kāi), K1、K2、K4合閘,負載由UPS供電。當UPS因故檢修或更換時(shí),先使UPS轉入維護旁路,合上Q3,斷開(kāi)Q4、Q1和電池組開(kāi)關(guān),并斷開(kāi)Q1上一級主路電源開(kāi)關(guān)K1,再將K3合閘,負載由旁路柜供電,UPS已經(jīng)徹底斷電,即可安全地進(jìn)行檢修或更換等工作。工作完畢后,按上述的相反方向操作,即可恢復UPS的正常工作方式。

珠海前端機房的UPS供電系統按照上述方案改造實(shí)施后,變得更加規范、合理,不僅解決了主路電源掉電時(shí)因蓄電池故障而引發(fā)的輸出中斷,同時(shí)提高了工作人員檢修和更換UPS時(shí)的安全性。

4　UPS 的使用與維護

目前,絕大多數UPS采用無(wú)需維護的密封式鉛酸蓄電池,表面上看這種電池不需要維護,但事實(shí)并非如此,據統計,因電池故障而導致UPS不能正常工作的比例約為30% ,因此,正確使用及維護好蓄電池至關(guān)重要。

4. 1　UPS不宜滿(mǎn)載或過(guò)度輕載

每臺UPS標有額定功率, 一般情況下, 在線(xiàn)式UPS不宜超過(guò)額定功率80%的負載量,因此,最好不要按照UPS標稱(chēng)的額定功率使用它,長(cháng)期處于滿(mǎn)載狀態(tài),會(huì )造成UPS逆變器及整流器的過(guò)熱,影響UPS的使用壽命。同樣,UPS在過(guò)度輕載狀態(tài)下運行也不可取,因為UPS帶載過(guò)輕有可能造成停電時(shí)電池的深度放電,也會(huì )明顯降低電池的使用壽命。

4. 2　UPS蓄電池要遠離熱源

環(huán)境溫度對UPS的影響很重要。有研究發(fā)現,UPS內的蓄電池在10℃～25℃環(huán)境下工作為宜。當環(huán)境溫度升高時(shí),電池本身固有的“存儲壽命”會(huì )逐漸縮短,例如蓄電池的預期壽命在環(huán)境溫度為20℃～25℃時(shí)為5年,當溫度升至35℃時(shí)其壽命就只有2. 5年,而溫度升高為45℃時(shí)其壽命只有1～1. 5年。所以UPS應避免靠近暖氣等熱源,同時(shí)也要避免陽(yáng)光直射。環(huán)境溫度也不能過(guò)低,如果溫度過(guò)低(比如低于5℃時(shí)) ,會(huì )導致電池釋放的電量大幅度減少。

此外,保持UPS工作環(huán)境的清潔也很重要。當UPS在渾濁的環(huán)境下工作時(shí),空氣中漂浮的有害灰塵一旦進(jìn)入UPS,會(huì )對其內部器件造成腐蝕或短路,從而影響UPS的正常工作,嚴重時(shí)可能會(huì )損壞UPS。

4. 3　UPS需定期保養

通常情況下,每4～6個(gè)月需要對UPS進(jìn)行一次檢查,測量其電池的端電壓和內阻。如果單個(gè)電池的端電壓低于其最低臨界電壓或電池內阻大于80 mΩ時(shí),應進(jìn)行均衡充電或更換電池。如果市電長(cháng)期不停電,需要定期人為斷電一次,讓UPS帶負載放電,最好的放電幅度在30% ～50%之間,這樣就可以使UPS電源在逆變狀態(tài)下工作一段時(shí)間,以激活蓄電池的充放電能力,延長(cháng)其使用壽命。