UPS不间断电源供电故障分析与处理

【摘 要】本文就UPS不间断电源供电故障与处理进行了分析，详细介绍了UPS的工作原理，并对故障的原因作了分析，在此基础上提出了有关的处理方案，以期能为类似的供电故障与处理提供参考。

【关键词】UPS；故障分析；处理

所谓的UPS，即不间断电源，是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。本文就UPS不间断电源供电故障与处理进行了分析，详细研究了故障产生的原因以及提出了一些有效的处理方案，以期能为类似的供电故障与处理提供参考。

1 UPS工作原理介绍

某某IDC机房供电采用2套UPS设备并联共用1套蓄电池的结构，正常情况下，2套UPS互为备用，其中1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UPSI和UPSZ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2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

该机房发生过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，该机房电网工作正常，2套UPS均为蓄电池供电模式，负载开关处于分闸位置。

该机房的UPS为艾默生Liebert NX-120KVA型产品。在主电源正常的情况下，2套UPS同时转换为蓄电池供电模式，表明2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2台充电器，均可正常运行。为了彻底查清原因并解决问题，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。

（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）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。

（3）局域电网结构分析

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。

（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的输人输出电压产生畸变，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的输人波形和电源2的输人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人电压异常，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故障导致平台停产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报警信号接人中控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的报警信号接人中控DCS系统，UPS机组能提供的接入方案有2种。

（1）方案1：通过UPS通信卡件端口接入中控。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。该方案优点在于能读取UPS设备的所有信息及数据；缺点在于中控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2：串联UPS机组报警输出卡件上的开关触点，将各类报警综合为1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人功能的卡件，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人的信号不影响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2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，使检修工作进人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报警输出卡件上均为无源常开和常闭触点，触点电气参数为220VAC/5A，DCS系统卡件电压为24VDC，触点电气参数满足接人条件。

（2）串人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工况。

（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1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，新加中间继电器2个，涉及到接线18根，其中新加接线10根，原有接线改向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人中控DCS系统，动作及时可靠。

5 结束语

综上所述，UPS对许多行业的安全生产起到重要的作用。UPS在实际的运行中，存在着各种各样的故障问题，影响到UPS系统的稳定性和可靠性。所以，为了及时处理UPS在日常运行中出现的故障，就要提高理论知识，结合实际采取相应有效的措施处理故障，从而确保UPS的正常运行。

【参考文献】

[1]郭建军，周松养.UPS故障诊断及处理[J].中国有限电视，2012（05）.

[2]时瑞.UPS不间断电源故障分析与维修[C]//中国土木工程学会计算机应用学会第六届年会土木工程计算机应用文集，1995.