不间断电源(UPS)在卫星地球站中的使用与维护

我国的广播电视事业取得了飞速发展，各省都相继上星传送广播电视信号，确保设备的安全运行和信号的优质播出，对供电系统的要求越来越严格。对不间断电源UPS供电系统本身要求变得尤为重要， UPS 电源可以解决由市电不利因素对设备所造成的危害，向通信设备提供“全天候”的供电电源。江苏卫星地球站目前使用的为20KW不间断电源，在UPS电源的使用和维护中，注意积累有关运行技术资料，总结和分析维护经验，尽可能快捷地、准确地排除故障，以达到提高UPS电源的利用率。

UPS电源具备的特性

UPS功能(UPS Function)，在线式UPS其功能是为负载提供连续的高质量的电力供应，即使在全部断电的情况下，它也能为负荷提供预先设定的一段时间电力。与常规电源相比它还有如下优点：

1、优良的电源输出特性(Better Output Characteristics)，UPS输出电压、频率、幅度的控制保证了连续稳定的电源输出。在市电中的电压波动、频率变化不会影响UPS输出电压。 UPS基本都设计了先进的“电子保险丝”系统，确保在输出端出现持续性短路时不损坏设备，短路消失后自动恢复正常运行。

2、摆脱市电电力波形的影响(Uncoupling from Mains Distortion) ，UPS的输出是从交流到直流再到交流的转换，所有的电力波形变形均被过滤掉，因此所连接的设备均受到很好保护，这对敏感的电子设备尤其重要。

3、相对于市电主路故障的完全保护(Complete Protection against Mains Failures) 在市电中断期间， UPS电源借助于蓄电池保证给负载的连续供电。这样负载总是不间断的得到供电，但负载供电保证时间限于蓄电池后备时间。

UPS电源的基本结构

从本质上讲 不间断电源UPS是一个 交流-直流-交流的转换器，UPS电源系统的基本结构其框图如下，它包含了五个基本部分：

1、整流器 /蓄电池充电器：充电器是将交流转换为直流的三相整流器（三相电输入），标准配置不用隔离变压器，整流器经由感抗线圈(用于降低主路波形变形)与市电主路相连，整流器的直流输出分别给逆变器和电池供电。

整流器供电量被设计成，用来给逆变器以最大载荷条件下馈电，同时也以最大充电电流给蓄电池供电。通常电池电压恒定地保持在直流432V浮充， (免维护蓄电池，每节2.25v)，充电电流的限制是按照一个特定的曲线通过降低直流电压来完成的，这样可以保证蓄电池不会因为过度的充电电流值而损坏。

2、蓄电池：在市电电源发生故障中断及整流器故障情况下(无直流电压输出)负载将通过蓄电池供电。但电池仅能在一定的时间内给负载供电(蓄电池维持时间)，取决于蓄电池电能和负载的大小。

蓄电池块的数量取决于电池的类型也可根据用户的需要变化，通常的标准数量是铅-酸电池192块，或镍铬电池300块，电池容量(安时)取决于UPS输出功率和需要的后备维持时间。

3、逆变器：逆变器将由整流器或蓄电池提供的直流电压转变为具有精确稳定幅度和频率的交流电压，其电压适用于各种复杂电子设备的电源供应。 逆变器输出电压是使用高频开关通过脉宽调节而产生，变压器是集成电感线圈形式，这样可降低噪声，它和固定在逆变器输出的电容器组合在一起，起到交流虑波电路的作用，以确保有一个很低的输出电压变形。(THD

在短路情况下逆变器控制逻辑电路限制最大输出电流到正常电流的150%。在过载情况下(到正常电流的125%)输出电压保持恒定，对于更高的过载电流，输出电压将降低，而这种情况仅出现在静态旁路不可用的情况下。否则对于电流高于正常值125%，UPS将自动跳转到旁路工作模式。借助于“电子保险丝”在短路情况下逆变器晶体管将受到全面保护。

4、静态开关：在框图中显示了用半导体开关元件作为两个静态开关单元。在正常UPS电源工作状态下，逆变器的静态开关是闭合的，而直通旁路静态开关是打开的，逆变器输出连接负载。在过载或逆变器故障情况下，逆变器静态开关断开，而直通旁路静态开关闭合，这时由市电直接供电，为保证电源的不间断供应，两个静态开关总是在一个很短的时间内同时动作，这对敏感设备，可靠地满足其电源供应需求是必不可少的。

(1)开关状态：逆变器直通旁路

a)直通旁路的电压和频率必须在容许的限度范围内，并且逆变器必须与直通旁路同步。

b)在过载或逆变器故障状态下，UPS静态开关转换到直通旁路工作状态。

c)如果在a)条件未满足的情况下，在过载状态下逆变器降低输出电压继续工作。或者在故障状态下逆变器停止工作。

(2)开关状态：直通旁路逆变器

a)当逆变器电压和频率在容许范围以内且逆变器同步于直通旁路，UPS静态开关自动跳回到逆变器工作状态。

b)在仍然过载条件下，逆变器可能承受不了负载，UPS静态开关将跳回到直通旁路工作状态。

c)一分钟之内三次跳回到逆变器工作状态的努力失败后，UPS工作在直通旁路状态并发出报警信号。

d)在前面板上重新设置之后，UPS再次自动的尝试跳回到逆变器工作状态。

5、维修旁路：在UPS系统故障或维修期间，维修旁路的功能就是直接给所连接的负载提供电源。维修旁路本质上是由一个开关IBY组成。在不同工作模式下转换到维修旁路模式，是在没有任何中断的情况下进行的。随着维修旁路开关IBY的闭合， UPS电源的供应系统被全部关掉，允许进行安全的维修工作。

为了防止维修旁路开关IBY错误开合，可能引起与直通旁路和逆变器线路的并联，IBY开关与逆变器静态开关是相互联络的，这样在IBY动作的时候直通旁路的静态开关将被闭合，逆变器静态开关自动断开，防止维修旁路与逆变器并联操作。

UPS电源的工作模式

在线式标准UPS电源有四种不同的工作模式，确保负载在各种不同条件下能获得不间断的供电。在这些工作模式之间转换不会中断负载的供电。

在“正常工作模式”下，任何故障不管是内部还是外部的，都将使UPS电源转换到“蓄电池供电模式”或“直通工作模式”。 在“蓄电池工作模式”或“直通工作模式”下，另产生的故障将会中断负载的供电，这主要取决于故障的种类。在以上两种工作模式下，UPS电源会发出一个故障信号(声音报警和可视报警)，以便表明任何此类故障都可能产生负载供电中断的危险。“维修旁路工作模式”是在设备维护或修理时直接从市电主路给负载供电。

1、标准工作模式(Normal Operation)

这种模式为UPS电源的正常工作模式，此时状态为： a) 输入电源正常。b) 整流器将交流电转换为直流电，一路供逆变器另一路给蓄电池充电。c)逆变器再将直流电变为交流电给负载供电。

2、蓄电池工作模式(Battery Operation)

当市电故障或整流器产生故障，系统自动进入蓄电池供电模式，此时状态为：a) 整流器无电源输出。b) 蓄电池将所需的直流电源供应给逆变器。c) 逆变器输出交流为负载供电。d) 蓄电池根据其容量只能给负载提供一定时间的电源。

3、直通旁路工作模式(Bypass Operation)

当逆变器发生故障或发生过载时，UPS系统自动进入直通旁路工作模式，状态如下：a) 整流器输出直流仅供给蓄电池。b) 直通旁路静态开关闭合后逆变器静态开关自动断开。c) 市电经由直通旁路静态开关直接给负载供电。

4、维修旁路工作模式(Service Bypass Operation)

对UPS设备进行维修保养时，用市电直接给负载供电的模式，状态如下a) 在该模式下UPS电源与负载完全脱开，以便于设备维修。b)市电通过开关IBY直接给负载供电。

UPS电源告警信息分析

(AvailableAlarmMessages)

根据具体的故障情况，可产生多种告警信息。下面为各告警名称，其含义及可能引起的原因如下：

INVERTER NOT FEEDING（逆变器无输出），逆变器到负载无输出，逆变器静态开关闭合，可能产生的原因：a)过载，负载超过额定UPS载荷125%；b)逆变器故障；c)逆变器被手动关闭 ；

INVERTER NOT SYNCHRONIZED

(逆变器不同步)，逆变器输出与主路输入不同步，可能的原因：a)逆变器故障；b)市电主路输入故障；c)市电输入频率超出容许范围；

INVERTER OVERLOAD （逆变器过载），负载大于UPS额定载荷，逆变器发出过载信号，可能的原因：连接到UPS的负载超出标准限度范围；

INVERTERFAILURE （逆变器故障），逆变器的一个故障被检测到，可能的原因：a)严重过载；b)直流电路保险丝烧断（难得出现）；c)逆变器输出电压超出容许极限范围；d)逆变器出现温度过高，停止工作；d)直流电路电压超出逆变器容许极限范围INVERTERFANFAILURE （逆变器风扇故障），其中之一的逆变器换气扇不工作；

BYPASSFEEDINGLOAD （直通旁路给负载供电），主路市电通过直通旁路给负载供电，直通旁路静态开关闭合，可能原因：a)过载，负载超过额定UPS载荷125% ； b)逆变器故障；c)逆变器被手动关闭；

BYPASSNOTAVAILABLE（直通旁路不可用），在直通旁路上检测到一个故障，可能的原因是：a)直通旁路开关IRE未闭合；b)逆变器与直通旁路不同步；c)直通旁路静态开关其中之一的半导体开关元件损坏；c)市电主路输入故障d)直通旁路电压或频率超出容许范围RECTIFIEROVERLOAD （整流器过载），负载大于UPS额定载荷，整流器发出过载信号，可能的原因是：a)连接到UPS的负载超出标准限度范围；b)蓄电池充电电流过高；

RECTIFIERFAILURE （整流器故障），整流器输出电压超出允许范围，可能的原因：a)整流器控制电路故障；b)整流器半导体器件损坏；c)保险丝烧断；

RECTIFIER FUSES BLOWN （整流器保险丝烧断），一个或多个整流器输入保险丝烧断，可能原因：a)半导体器件损坏；b)直流电路短路；c)逆变器短路；

MAINSFAILURE （市电主路故障），主路输入电压超出容许范围，可能原因：a)市电主路输入故障；b)整流器输入保险丝烧断；c)市电主路电压或频率超出容许范围；

RECTIFIER FAN FAILURE（整流器换气扇故障）,其中之一的整流器散热换气扇不工作；

BATTERY RUNNING DOWN （电池用尽）,蓄电池电压低于360V,当蓄电池电压一到325V，UPS将立刻关机，可能原因：a)市电主路输入故障；b)整流器故障；c)整流器处于蓄电池充电电流极限，降低充电电压；d)整流器在测试调节菜单中被关闭；

BATTERYBREAKEROPEN（蓄电池开关断开），蓄电池开关IB 被断开；

UPS的日常维护

1、保持适宜环境温度：影响蓄电池寿命的重要因素是环境温度，一般电池生产厂家要求的环境温度是在20－25℃之间。虽然温度的升高对电池放电能力有所提高，但付出的代价却是电池的寿命大大缩短。据试验测定，环境温度一旦超过25℃，每升高10℃，电池的寿命就要缩短一半。目前UPS所用的蓄电池一般都是免维护的密封铅酸电池，设计寿命普遍是5年，这在电池生产厂家要求的环境下才能达到。达不到规定的环境要求，其寿命的长短就有很大的差异。另外，环境温度的提高，会导致电池内部化学活性增强，从而产生大量的热能，又会反过来促使周围环境温度升高，这种恶性循环，会加速缩短电池的寿命。

2、定期充电放电：UPS电源中的浮充电压和放电电压，在出厂时均已调试到额定值。而放电电流的大小是随着负载的增大而增加的，使用中应合理调节负载，一般情况下，负载不宜超过UPS额定负载的60％。在这个范围内，电池的放电电流就不会出现过度放电UPS因长期与市电相连，在供电质量高、很少发生市电较长时间停电的使用环境中，蓄电池会一直处于浮充电状态，日久就会导致电池化学能与电能相互转化活性降低，加速老化而缩短使用寿命。因此，一般应每隔2－3个月完全放电一次，放电时间可根据蓄电池的容量和负载大小确定。江苏卫星地球站使用的UPS智能化控制程度较高，当蓄电池放电量达到预定值时，设备自动鸣叫提醒，到时将市电主路电源切入，系统会自动切换到正常工作模式。

3、设备内定期除尘：不间断电源UPS散热风机一般采用抽风式排气散热，会将空气中的灰尘带进机内沉淀附着，大量灰尘还会影响设备器件的散热效果，影响设备使用寿命，故一般一个季度到半年需将设备内灰尘清除一次，除尘时需停机打开机箱，卸下机箱板进行清理。