淺談通信機房UPS電源的設(shè)計與維護
 葉志雄

【摘要】UPS在通信機房中的使用越來越廣泛，為保障通信設(shè)備的運行發(fā)揮了重要的作用，如何設(shè)計好UPS電源系統(tǒng)以及如何維護好UPS電源系統(tǒng)，是人們比較關(guān)心的兩個問題。本文從UPS電源的結(jié)構(gòu)出發(fā)，對UPS的分類和在通信機房中的供電方案進行了探討，對系統(tǒng)的設(shè)計和實際運行維護中可能遇到的問題進行了分析，并提出了解決的意見和建議。
【關(guān)鍵詞】UPS系統(tǒng) 設(shè)計 維護

一． UPS電源
UPS(Uninterruptible Power System)，它主要由整流器、逆變器和蓄電池、靜態(tài)開關(guān)等組成，UPS電源具有良好的穩(wěn)壓功能，當市電電網(wǎng)停電或瞬間斷電時，UPS電源能自動將蓄電池儲存的直流電逆變?yōu)榻涣麟�，不間斷地繼續(xù)向負載供電。
（一）UPS電源的分類
按其工作方式一般可分為后備式、在線式和在線互動式幾種。
后備式UPS電源，在市電正常供電時，市電通過交流旁路通道直接向負載供電，此時主機上的逆變器不工作，它的特點是：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本較低，但輸入電壓范圍窄，市電正常時無凈化電網(wǎng)污染功能，輸出電壓穩(wěn)定精度差，轉(zhuǎn)換時間較長，功率等級通常在0.25-2KVA左右。
在線式UPS電源，在市電正常時，它首先將交流變成直流電，并同時給蓄電池充電，立即改為由蓄電池逆變器對負載供電，保證負載連續(xù)不斷地穩(wěn)定工作。它的特點是：有較寬的輸入電壓范圍，無切換時間，且輸出電壓穩(wěn)定精度高，特別適合對電源要求較高的場合，但是成本較高。
在線互動式UPS電源，是一種介于后備式和在線式之間工作方式的UPS電源。它的特點是：有較寬的輸入電壓范圍，噪音低，體積小等，市電正常時基本無凈化電網(wǎng)污染功能。
以下是幾種工作方式的UPS的比較：
 

（二）UPS電源的功能和作用
UPS電源廣泛使用在各類通信機房，為通信設(shè)備提供電力保障，UPS在通信機房中的作用主要有兩個方面：一是提供高可靠性不間斷供電；二是對電網(wǎng)的穩(wěn)壓和凈化，為通信設(shè)備提供高質(zhì)量的交流供電電源，確保通信設(shè)備正常工作。
UPS設(shè)備一般應(yīng)具備四大功能，即不間斷供電供電功能、電網(wǎng)穩(wěn)壓和凈化功能、電池管理功能、智能監(jiān)控功能。

二、UPS電源系統(tǒng)的設(shè)計
（一）UPS供電方案的設(shè)計
通信機房用的UPS電源通常都采用在線式，并且要求有冗余備份，按照結(jié)構(gòu)方式，可分為并機系統(tǒng)和串聯(lián)系統(tǒng)。
主從串聯(lián)熱備份方式，就是將從機的輸出作為主機的旁路輸入，從機平常處于熱備份、空載狀態(tài)，全部的負載由主機帶載。只有當主機切換到旁路工作時，從機才能進行帶載。該方案的優(yōu)點是：易于安裝調(diào)試，主要用于中小功率系統(tǒng)，缺點是設(shè)備老化程度不同、系統(tǒng)轉(zhuǎn)換可靠度低，不能擴容。
為解決輸出單點的問題，可采用雙路UPS組成的雙母線供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可與服務(wù)器等雙路冗余電源的設(shè)備實現(xiàn)最佳配合，同時又解決了供電線路79%的故障概率問題，最佳的IDC機房的供電方案應(yīng)該采用雙路UPS組成的雙母線供電系統(tǒng)。此外，雙路UPS組成的雙母線UPS供電系統(tǒng)，還能實現(xiàn)系統(tǒng)在線擴容、在線維護等要求。
　　靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)（STS）是一種固態(tài)的、三極、雙位的轉(zhuǎn)換開關(guān)，是設(shè)計用來實現(xiàn)兩個同步三相交流電源之間進行不間斷（<5ms）轉(zhuǎn)換的裝置，該兩路交流電源的幅度、頻率和相位差應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。STS的所有的轉(zhuǎn)換都是快速的先斷后合，主電源及備用電源之間不會產(chǎn)生沖擊電流，所有的轉(zhuǎn)換都在<5ms的時間內(nèi)完成。
（二）UPS系統(tǒng)容量的配置
UPS電源容量要根據(jù)設(shè)備負荷情況確定，合理的UPS電源負載應(yīng)當是其額定功率的25%～80%，考慮到用戶負載啟動時的沖擊，一般情況下最佳負載容量應(yīng)為UPS額定容量的70%~80%。如果負載太小，電池不能充分放電，會對電池的維護不利。
不間斷電源系統(tǒng)的基本容量可按下式計算：
E≥1.2P
式中：E—不間斷電源系統(tǒng)的基本容量(不包含備份不間斷電源系統(tǒng)設(shè)備)[(kW／kV•A)]；P—電子信息設(shè)備的計算負荷[(kW／kV.A)]。
（三）蓄電池容量的配置
蓄電池容量的選擇要根據(jù)實際負載的大小和所要求的備用時間來決定。最大電流法因其計算方便快速，一般用于大概估算蓄電池的后備時間，但存在一定的誤差，恒功率法則相對較準確些，在實際應(yīng)用中還需考慮環(huán)境溫度、電池質(zhì)量、不同品牌間的差異等因素。以下是最大電流法的計算方法：
　　蓄電池最大放電電流值按下式計算：
　　Imax=P×cos∮/(η×E臨界×K)
　　式中,Imax——蓄電池最大放電電流；
　　P——UPS視在功率(VA)；
　　cos∮——負載功率因數(shù)（計算機類負載為0.7左右）；
　　η——UPS逆變器效率（0.85~0.90）；
　　E臨界——蓄電池組臨界放電電壓（V）；(12V蓄電池單體的臨界放電電壓，
對于大電流放電時取10V，對于小電流放電時取10.5V)。
K——電池的放電效率（可取0.95）
　　
　　計算出蓄電池最大放電電流值后，再根據(jù)用戶所要求的備用時間，從蓄電池廠家所提供的蓄電池放電特性曲線查出電池組的放電率，按公式式：蓄電池標稱容量C(AH)=蓄電池實際最大放電電流Imax (A)/蓄電池放電速率，得出應(yīng)該配置的蓄電池容量值。
計算出蓄電池的容量后，再根據(jù)蓄電池的型號和連接方式，確定電池柜的尺寸數(shù)量等。UPS供電系統(tǒng)后備電池組并聯(lián)組數(shù)不宜超過4組，后備時間一般應(yīng)保證滿負荷工作60分鐘以上。
（四）配線選擇
合理選擇配線是很重要的，線徑太細，容易發(fā)熱而引起火災(zāi)；線徑太粗則會造成浪費，而且施工困難。根據(jù)金屬導(dǎo)線的電氣特性，一般多股銅芯線容量為6A/ m㎡�？紤]到UPS不平衡的問題，UPS輸入、輸出交流電纜應(yīng)選用四芯同截面的阻燃銅電纜。
　　
三、UPS電源的維護
　UPS的維護工作主要包括對主機、電池、配電系統(tǒng)等的維護。
（一）主機的維護
1、保持機房環(huán)境清潔和溫度。UPS電源應(yīng)安裝在清潔、陰涼、通風、干燥的地方，機房環(huán)境應(yīng)保持清潔，空氣中漂浮的灰塵進人UPS后 , 會對其內(nèi)部器件造成腐蝕或短路，從而影響UPS 的正常工作甚至損壞。
2、定期檢查運行參數(shù)。定期進行UPS各項功能測試；定期檢查電池及配電部分引線及端子的接觸情況，檢查饋電母線、電纜及軟連接頭等各連接部位的連接是否可靠，并測量壓降和溫升； UPS濾波電容使用超過三年應(yīng)重點維護。
3、定期檢查負載情況。當雙系統(tǒng)UPS中某套系統(tǒng)出現(xiàn)故障，或者單系統(tǒng)UPS中某臺UPS設(shè)備出現(xiàn)故障不能正常工作時，其余UPS設(shè)備的單機負荷率最大不應(yīng)超過80％。UPS系統(tǒng)輸出端應(yīng)盡量做到三相平衡，中性線電流（含三次諧波疊加產(chǎn)生的電流）不宜大于相線電流的50％。
（二）蓄電池組的維護
1、正確設(shè)置電池充電參數(shù)。浮充電壓的設(shè)置對電池的壽命具有相當?shù)挠绊�，浮充電壓�?yīng)嚴格按廠家說明書來設(shè)定。浮充電壓過低，會使電池充電不足和電極硫酸鹽化。
2、定期檢查、測量電池電壓。在線測量各電池端電壓，如各單體電池壓偏差過大時，要進行均充。充電電流不得大于0.2C10。
　 3、定期進行電池組帶載測試。每半年做一次核對性放電試驗，放出額定容量的30～40％，每年一次容量試驗，放出額定容量的80%。
4、如果長時間沒有停電，應(yīng)每隔3個月左右關(guān)閉市電，讓UPS電池對負載放電一次以保持電池的活性。在放電過程中應(yīng)避免過大或極小電流放電，放電電壓不得低于蓄電池的終止電壓，避免電池深度放電。
5、及時更換電池。為確保通信設(shè)備的安全，閥控式密封蓄電池使用6年以上或容量低于80%額定容量的應(yīng)進行更換處理。更換電池應(yīng)整組更換，不同品牌、不同型號、不同生產(chǎn)日期的電池不能混用。
（三）配電設(shè)備的維護
配電系統(tǒng)故障是影響UPS 供電可靠性的最大因素，因此，必須加強防范，并注意以下幾個方面：
1、負載配電柜的零地電壓應(yīng)控制在1V以內(nèi)。零地電壓對通信設(shè)備的影響，主要表現(xiàn)在：引起硬件故障，燒毀計算機接口設(shè)備；引發(fā)控制信號的誤動作；影響數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量等。
2、定期巡視，檢查各電器元件和部件的溫升不得超過規(guī)定的溫度；檢查配電系統(tǒng)繼電保護必須配套，避免失配過大導(dǎo)致繼電保護失效；檢查檢查、調(diào)整三相電流不平衡度≤25％。
3、及時更換老化設(shè)備，防止設(shè)備超期使用。UPS主機的使用年限一般為8年，輸入輸出配電系統(tǒng)的使用年限一般為15年。設(shè)備使用到年限時，應(yīng)對設(shè)備的性能進行評估，并作相應(yīng)的處理。

四．結(jié)束語
UPS供電方案的好壞，決定了通信機房內(nèi)重要負載是否能可靠運行，科學的設(shè)計可避免日后在維護中可能遇到的各種問題。只有對UPS電源進行科學的設(shè)計、正確地使用、認真地維護，減少其故障率、延長其使用壽命才能真正為通信設(shè)備提供有效的保障。
　　
參考文獻
電視機房UPS電源的設(shè)計與維護 《今日科苑》2010年12期 張彥平

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