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UPS电源的基础原理与维护
发布时间:2010-10-1  浏览次数:1325 次  来源:上海愈翼电气科技有限公司

     保证任何情况下的正常供电,是铁路通信行业的重要基础。为此,除工业电网正常供电外,还需配备UPS供电系统。UPS电源是保障供电稳定和连续性的重要设备, UPS电源在铁路系统中也大量被使用。

一、UPS电源系统基本工作原理与分类

UPS电源带负载工作原理为:在电网电压工作正常时,电网电压给负载供电同时给UPS储能电池充电;当突发停电时,UPS电源开始工作,由储能电池给负载所需电源,维持正常的设备运行;当由于生产需要,负载严重过载时,由电网电压经UPS电源的整流部分直接给负载供电

UPS电源按工作方式可分为后备式和在线式两种。后备式UPS电源在市电正常供电时,主机上的逆变器不工作,只是在市电停电时,才由蓄电池供电,经逆变器驱动负载。因此它对市电品质没有改变。

而在线式UPS电源却有所不同,在市电正常时,它首先将交流电变成直流电,然后进行脉宽调制、滤波,再将直流电重新变成交流电向负载供电,一旦市电中断,立即改为蓄电池逆变器对负载供电,因此,在线式UPS电源输出的是与市电电网完全隔离的纯净的正弦波电源,它能大大改善供电的品质,保护负载安全有效地工作。新一代UPS电源带旁路输出功能,并可组成热备份系统,以提高系统的稳定性。   

二、UPS电源系统的选择

了解了UPS电源的基本原理后,下一步如何为我们工作维护的现场设备挑选一台称心如意、满足需求的“电源安全保护神”是我们要面对的问题。首先我们要关注对容量的选择。在确定UPS的额定输出容量前,我们先要计算出负载的总容量。为确保UPS的系统高效率和尽可能地延长UPS的使用寿命,一般负载功率应选择在UPS额定功率的60%~70%之间。例如我们计算出需要不间断供电的设备总功率最大为4000VA,则4000VA÷70≈6000VA。考虑今后技术改造升级,需要有一定的余量,所以应该选择8000VA10KVAUPS。如果不考虑今后的设备升级选择6000VAUPS就可以了。这样一台符合我们现场需求的UPS电源就被我们挑好了,同时别忘了还要合理的选择输入、输出配线及空气开关,它们也是能够确保设备安全可靠运行的关键。爱默生、山特、阳光等牌子的UPS电源在我们铁路通信设备中较常使用。

而完成UPS电源对设备的安全保护中关键的一个“支柱”就是蓄电池,UPS电源所以能够实现不间断供电,就是因为有了蓄电池,在市电异常时,逆变器直接将蓄电池的化学能变成交流电能输送出去,使用电设备得以连续运行下去。这时我们就需要掌握UPS电源中对蓄电池工作时间的计算,我们可以按下面的公式来确定蓄电池的工作时间:满载时蓄电池的工作时间=(蓄电池组容量×电压/(主机功率×0.7),其中0.7是功率因子。例如主机额定功率为8KVA、两组电池(每组20节,电压为12V/节、容量为100Ah)并联使用。即电池组电压为12V×20=240V,电池组容量为100Ah×2=200Ah。算出该系统在断电时,蓄电池的工作时间为:(200Ah×240V/8KVA×0.7≈8.57小时,这是按系统满载时计算的。目前UPS电源中广泛使用的大多是免维护密封铅酸蓄电池。在现场日常维护中我们可以总结一下UPS电源对电池的要求:满足一定的端电压;电池应具有在启动放电瞬间就能输出大电流的特性;满足一定的容量,以保证逆变供电的时间。

三、UPS电源系统的使用与维护

通过我们的精心挑选,一台符合我们设备要求的UPS电源系统已经可以为我们工作了,怎样使UPS工作的更持久、让其为我们工作时间更延长是每一名电源维护人员的重要工作。要知道你在延长UPS电源系统的工作时间实际就是在为单位节省着一笔不小的购置费用啊。那就让我们共同关注一下UPS电源系统的使用与维护吧。

新购置的UPS电源设备第一次开机时要注意以下环节:按顺序合闸,储能电池开关→自动旁路开关→输出开关依次置于“ON";按UPS启动面板“开”键,UPS电源系统将徐徐启动,“逆变”指示灯亮,延时1分钟后,“旁路”灯熄灭,UPS转为逆变供电,完成开机。经空载运行约10分钟后,按照负载功率由小到大的开机顺序启动负载。

UPS电源系统因其智能化程度高,储能电池采用了免维护蓄电池,这虽给使用带来了许多便利,但在使用过程中还应在多方面引起注意,才能保证使用安全。这里我们将UPS电源系统的使用注意事项进行整理归纳

(1)UPS电源主机对环境温度要求不高,+5℃~40℃都能正常工作,但要求室内清洁,少尘,否则灰尘加上潮湿会引起主机工作紊乱。储能蓄电池则对温度要求较高,标准使用温度为25℃,平时不能超过+15℃~+30℃。温度太低,会使储电池容量下降,温度每下降1℃,其容量下降1%。其放电容量会随温度升高而增加,但寿命降低。如果在高温下长期使用,温度每高10℃,电池寿命约降低一半。

(2)主机中设置的参数在使用中不能随意改变。特别是对电池组的参数,会直接影响其使用寿命,但随着环境温度的改变,对浮充电压要做相应调整。通常以25℃为标准,环境温度每升高或降低1℃时,浮充电压应增加18mV(相对于12V蓄电池)。

(3)在无外电靠UPS电源系统自行供电时,应避免带负载启动UPS电源,应先关断各负载,等UPS电源系统起动后再开启负载。因负载瞬间供电时会有冲击电池,多负载的冲击电流和加上所需的供电电流会造成UPS电源瞬间过载,严重时将损坏变换器。

(4)UPS电源系统按使用要求功率余量不大,在使用中要避免随意增加大功率的额外设备,也不允许在满负载状态下长期运行。

(5)自备发电机的输出电压,波形、频率、幅度应满足UPS电源对输入电压的要求,另外发电机的功率要远大于UPS电源的额定功率,否则任一条件不满足,将会造成UPS电源工作异常或损坏。

(6)由于组合电池组电压很高,存在电击危险,因此装卸导电联接条、输出线时应用安全保障,工具应采用绝缘措施,特别是输出接点应有防触摸措施。

(7)不论是在浮充工作状态还是在充电、放电检修测试状态,都要保证电压、电流符合规定要求。过高的电压或电流可能会造成电池的热失控或失水、电压、电流过小会造成电池亏电,这都会影响电池的使用寿命,前者的影响更大。

(8)在任何情况下,都应防止电池短路或深度放电,因为电池的循环寿命和放电深度有关。放电深度越深、循环寿命越短。在容量试验中或是放电检修中,通常放电达到容量的30%~50%就可以了。

(9)对电池应避免大电流充放电,虽说在充电时可以接受大电流,但在实际操作中应尽量避免,否则会造成电池极板膨胀变形,使得极板活性物质脱落,电池内阻增大,温升越高,严重时将造成容量下降,寿命提前终止。

掌握了以上使用UPS电源的注意事项后,维护人员还要认真做好日常的维护与检修,这里结合自己的日常维护体验给大家以下几点提示与工作建议:

(1)UPS电源在正常使用情况下,主机的维护工作很少,主要是防尘和定期除尘。特别是气候干燥的地区,空气中的灰粒较多,机内的风机会将灰尘带入机内沉积、当遇空气潮湿时会引起主机控制紊乱造成主机工作失常,并发生不准确告警,大量灰尘也会造成器件散热不好。一般每季度应彻底清洁一次。其次就是在除尘时,检查各连接件和插接件有无松动和接触不牢的情况。  

(2)虽说储能电池组目前都采用了免维护电池,但这只是免除了以往的测比、配比、定时添加蒸馏水的工作。但外因工作状态对电池的影响并没有改变,不正常工作状态对电池造成的影响没有变,这部分的维护检修工作仍是非常重要的,UPS电源系统的大量维修检修工作主要在电池部分。储能电池日常维护中需经常检查的项目有:清洁并检测电池两端电压、温度;连接处有无松动,腐蚀现象、检测连接条压降;电池外观是否完好,有无壳变形和渗漏;极柱、安全阀周围是否有酸雾逸出;主机设备是否正常。

(3)UPS电池系统出现故障时,应先查明原因,分清是负载还是UPS电源系统;是主机还是电池组。虽说UPS主机有故障自检功能,但它对面而不对点,对更换配件很方便,但要维修故障点,仍需做大量的分析、检测工作。当自检部分发生故障,显示的故障内容则可能有误。  

(4)对主机出现击穿,断保险或烧毁器件的故障,一定要查明原因并排除故障后才能重新启动,否则会接连发生相同的故障。

(5)当电池组中发现电压反极、压降大、压差大和酸雾泄漏现象的电池时,应及时采用相应的方法恢复和修复,对不能恢复和修复的要更换,但不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起,否则可能会对整组电池带来不利影响。对寿命已过期的电池组要及时更换,以免影响到主机。

四、结束语  

再好的设备也有寿命,也会出现各类故障,但维护工作做的好可以延长寿命,减少故障的发生,这和人的寿命长短、生老病死是一样的道理。不要因为高智能、免维护而忽略了本应进行的维护工作,预防在任何时候都是安全运行的重要保障。

来源:网络

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