探讨关于UPS电源系统的配置、安装及维护

    摘要：UPS不仅是不间断供电装置，还具有电力净化的作用。本文将重点讨论UPS的选择和配置、蓄电池组容量的选择和配置以及UPS电源的安装与维护。 

    引言

    UPS即不间断电源，随着各种电子设备的普及，UPS电源得到了越来越广泛地应用。 

    1 UPS选型和配置 

    1.1 了解UPS电源的性能指标：①输入电压：220V或380V（三相四线制），－15%～＋10%。②输出电流：根据这个值选择导线截面和输入保险。③输出电压：一是输出电压稳定度，一般为±5%。有些为±3%左右。另一个是稳压精度：稳态≤±1%、瞬态≤±5% 。④瞬态电压恢复时间：≤±50ms。⑤输出容量：即视在功率S， S＝UI⑥后备时间：指输入中断后，UPS能继续工作的时间，是UPS的关键指标。⑦功率因数：0.8（滞后）⑧效率：≥90%（满载时）⑨过载功能：10min(125%额定电流)；10S(150%额定电流)。⑩限流：100%～110%额定电流可调。 

    1.2 UPS选择： 

    1.2.1 UPS型号 ①在线正弦波UPS电源。无论市电正常与否，它对负载供电都是由UPS电源逆变器提供的。只要机内蓄电池能向UPS电源逆变器提供能量，当市电中断时，在线式UPS电源就能实现对负载的真正不间断供电，其正弦波波形失真系数最小，对负载供电转换时间为零，可靠性高，故障率低但价格较高。②后备式正弦波UPS电源。采用了抗干扰式分级调压稳压技术。仅仅在由蓄电池供电时才有可能向负载提供高质量的正弦波，在从市电供电向逆变器供电进行转换时，对负载而言，大约有4ms左右的中断供电（主要来源于继电器的转换时间）。后备式正弦波UPS电源处于市电供电时，由于市电是直接通过抗干扰滤波器对负载供电的，因此噪音较小，但是UPS电源处于逆变器工作时，由于PWM脉宽调制频率一般为8KHZ左右，因此噪音较大。③后备方波输出UPS电源。向负载提供的交流电是方波而不是正弦波。此类UPS电源只能接微容性或纯组性设备，负载越重，方波脉冲宽度越宽，而方波脉冲的峰值越小。此类UPS电源的转化时间不一定。其变化范围为4～9ms且用户不能控制。此类UPS不能进行频率的关闭和启动，但造价较低。 

    1.2.2 负载容量、负载功率因数和UPS的波峰因数 选购UPS时，首先要知道负载的总容量，同时还要考虑负载的功率因数才能确定UPS的标准功率容量。由于负载功率因数很难计算，所以UPS技术规范中给出了波峰因数这个指标，波峰因数越高，UPS承受非线性的能力越强。一般波峰因数比应大于3：1。 

    1.2.3 电池后备时间 一般情况下，选择后备时间时，通常选取满载工作时间为10min、15min或30min即可。由于蓄电池价格较贵、长延时UPS一般仅在停电时间较长的场合选用。此时最好选择有外接大容量的蓄电池功能的UPS，以确保市电停电后能长时间供电。 

    1.2.4 UPS中性线截面 由于UPS负载多为非线性负载，因而流过中线的电流不为零。即使在三相负载完全平衡时中线电流也可达三相电流的1.8倍。负载功率因数越小，倍数越大。因此在UPS电源中，其中线截面不得小于相线截面。否则易造成中线发热，甚至烧掉电缆引起火灾，造成严重后果。 

    2 蓄电池的选择和配置

    2.1 蓄电池基本技术指标：①阀控式密封铅酸蓄电池：每台UPS各接一组。②浮充电压允差：1%。③浮充电压：2.23～2.27V/单体。④均充电压：2.3～2.4V/单体。⑤ 放电终了电压：1.67～1.70V/单体。⑥温度对蓄电池寿命的影响：在25℃时浮充运行情况下，理论寿命不低于10年。

    2.2.1 蓄电池最大放电电流I 

    I＝S×COSφ/η×Ei 

    式中：S为UPS电源的标称输出功率；

    COSφ为负载功率因数，一般取0.8；

    η为逆变器的效率一般取0.8；

    Ei为蓄电池放电终了电压。

    2.2.2 电池后备时间t 电池后备时间t根据用户的需要而定，中小型UPS多采用阀控铅蓄电池。价格较贵，一般选取满载工作时间为10min、15min或30min。

    2.2.3 蓄电池容量C 算出最大放电电流后，再根据负载性质及用户所需UPS的后备时间，算得蓄电池标配容量：（C＝It）。

    3 UPS安装

    3.1 UPS的安装位置要求

    3.1.1 为延长电池寿命，蓄电池应安装在环境温度为15℃～25℃范围内，室内温度也不能太大。

    3.1.2 UPS的左右两侧要留有50mm空间，后面要留有100mm，前面留有足够的操作空间。

    3.1.3 外置电池柜应与UPS放在一起。

    3.2 UPS与市电、负载的连接 UPS与市电及负载的连接都很简单，但连接前应检查：①UPS输入参数与市电的电压、频率是否一致。②接入UPS的火线和零线是否与厂家规定一致。③检查负载功率是否小于UPS输出功率。④UPS与电池连接时一定分清正负极。

    3.3 电缆截面的选择 选择导线截面时应考虑：

    3.3.1 符合电缆使用安全标准。

    3.3.2 符合电缆温升要求。

    3.3.3 满足电压降要求。① 交流输入电流I相。因为P＝3×U相×I相×COSφ(单相输出者则为：P＝UICOSφ)。所以I相=P/(3×U相×COSφ)＝S/(3×U相)。② 直流输出电流I＝P/U(U应取最小值)。求出交流输入I相和直流输出电流I后，再查表确定导线截面积。

    4 UPS维护

    笔者根据多年来的工作经验，建议从以下几个方面做好UPS电源系统的维护：

    4.1 掌握UPS的基本知识，认真阅读设备说明书，弄清各种警示信息，警示代码，指示灯的含义，以及产生的原因和应对方法。熟悉设备上各种开关，按钮的作用。熟悉掌握UPS的各种操作，清楚连接关系，明白代通之法。

    4.2 加强日常的巡视、维护，查看设备有无告警，有无异味，有无异常响声，检查接头有无松动发热现象，散热扇运转是否正常，设备各种指示是否正常，发现问题及时解决。

    4.3 制定定期维护计划：每月定期测量设备输出电压、电流、功率以及蓄电池内阻和端电压。每季或半年对蓄电池做一次核对性放电试验，一般应放出额定容量的30%～40%。每年清洁一次UPS内部卫生，检查各接头是否接触良好。 

    4.4 蓄电池放电：在蓄电池放电操作中，如采用蓄电池脱机使用假负载放电，不仅拆卸繁琐，且不安全，事后还需拆卸安装再充电。为保证电池放电试验的安全有效，既能发现问题（落后电池、反极电池等），又能保证供电安全可靠（不造成过放电、短路、供电中断等）。这里推荐一种直接利用负载对电池放电的方法：即关断UPS交流输入开关，让蓄电池放电。由于UPS电源多用于重要的网络通信等系统中，负载变化幅度不大，所以用负载直接放电，其放电电流也基本不变，这样就可根据蓄电池的电压情况和放电情况确定放电终止电压，算出放电时间，以后每季度的放电都与此次记录相比较，并从中发现问题及时排除。■