UPS供电系统的改造以及维护

1　前端机房UPS 供电系统的现状

由于广播电视台是事业单位的性质,而电视中心是24 h供电不间断,因此,本台特向供电局申请了双路供电(不同变电站供电) ,即动力中心配电房采用两路10 kV高压进线,并配备两台变压器,这样,两台变压器(额定输出电压380 V)分双路进前端机房配电箱,分别向两台40 kW UPS供电,两台UPS都是三进三出,一台UPS负责向数字电视平台的所有设备供电,另一台负责向机房其他设备供电(照明、空调除外) ,UPS负载都不超过60%。

2　UPS 的工作原理以及潜在的风险

2. 1　UPS的工作原理

如图1所示,当市电正常时,整流器和逆变器都工作,同时给负载和电池浮充供电。当市电中断时,整流器停止工作,由蓄电池经逆变器向负载供电,实现不间断供电,如蓄电池故障或电池储能耗尽,UPS转为旁路电源供电。

图1　UPS的工作原理图。

2. 2　潜在的风险

第一,珠海前端机房两台三进三出UPS分别属于单机工作,无论哪台出现故障,将直接影响输出供电,可靠性低。

第二,由于早期未能充分理解UPS的工作原理与市电输入方式的关系,没有对UPS主路输入和旁路输入作隔离,因而两个输入都是由同一个交流配电屏空开引入,机器内部均作连接处理,如图1的供电方式,此接法存在严重隐患,旁路与主路为同一路输入电源,当主路输入电源异常且蓄电池故障或电池储能耗尽时,输出供电就会中断。

第三,两台UPS的现状导致无法安全可靠地对UPS实施检修和更换。当UPS需要维修或更换时,一般是转至UPS内部维修旁路,实际上进出电源均从UPS经过,维修人员还是带电检修,稍有不慎就有可能造成人员和设备的事故。

3　UPS 的改造方案

为了规范UPS的配电系统,消除上述安全隐患,提高供电系统的安全性,应对机房UPS实施输入配电改造。考虑珠海广电前端机房空间、承重受到限制,无法采用双机并机的方法提高UPS供电系统的可靠性,故提出以下简单的改造方案:

3. 1　去掉内部短接线

改造后的接线原理如图2所示,需多加一路三相输入电缆,作为主路输入,多加一个输入开关,作为主路输入开关,原三相输入电缆作为旁路输入。可以看出,改造后的接线方式切断了主、旁路输入的短接,从而大大提高系统的可靠性。

图2　去掉内部短接线。

3. 2　增加UPS旁路电源柜

为了消除维修和更换UPS时工作人员带电工作的安全隐患,简单可靠的办法就是给UPS增加旁路电源柜,如图3所示。

图3　增加UPS旁路电源柜。

旁路电源柜的正常工作方式是, K3断开, K1、K2、K4合闸,负载由UPS供电。当UPS因故检修或更换时,先使UPS转入维护旁路,合上Q3,断开Q4、Q1和电池组开关,并断开Q1上一级主路电源开关K1,再将K3合闸,负载由旁路柜供电,UPS已经彻底断电,即可安全地进行检修或更换等工作。工作完毕后,按上述的相反方向操作,即可恢复UPS的正常工作方式。

珠海前端机房的UPS供电系统按照上述方案改造实施后,变得更加规范、合理,不仅解决了主路电源掉电时因蓄电池故障而引发的输出中断,同时提高了工作人员检修和更换UPS时的安全性。

4　UPS 的使用与维护

目前,绝大多数UPS采用无需维护的密封式铅酸蓄电池,表面上看这种电池不需要维护,但事实并非如此,据统计,因电池故障而导致UPS不能正常工作的比例约为30% ,因此,正确使用及维护好蓄电池至关重要。

4. 1　UPS不宜满载或过度轻载

每台UPS标有额定功率, 一般情况下, 在线式UPS不宜超过额定功率80%的负载量,因此,最好不要按照UPS标称的额定功率使用它,长期处于满载状态,会造成UPS逆变器及整流器的过热,影响UPS的使用寿命。同样,UPS在过度轻载状态下运行也不可取,因为UPS带载过轻有可能造成停电时电池的深度放电,也会明显降低电池的使用寿命。

4. 2　UPS蓄电池要远离热源

环境温度对UPS的影响很重要。有研究发现,UPS内的蓄电池在10℃～25℃环境下工作为宜。当环境温度升高时,电池本身固有的“存储寿命”会逐渐缩短,例如蓄电池的预期寿命在环境温度为20℃～25℃时为5年,当温度升至35℃时其寿命就只有2. 5年,而温度升高为45℃时其寿命只有1～1. 5年。所以UPS应避免靠近暖气等热源,同时也要避免阳光直射。环境温度也不能过低,如果温度过低(比如低于5℃时) ,会导致电池释放的电量大幅度减少。

此外,保持UPS工作环境的清洁也很重要。当UPS在浑浊的环境下工作时,空气中漂浮的有害灰尘一旦进入UPS,会对其内部器件造成腐蚀或短路,从而影响UPS的正常工作,严重时可能会损坏UPS。

4. 3　UPS需定期保养

通常情况下,每4～6个月需要对UPS进行一次检查,测量其电池的端电压和内阻。如果单个电池的端电压低于其最低临界电压或电池内阻大于80 mΩ时,应进行均衡充电或更换电池。如果市电长期不停电,需要定期人为断电一次,让UPS带负载放电,最好的放电幅度在30% ～50%之间,这样就可以使UPS电源在逆变状态下工作一段时间,以激活蓄电池的充放电能力,延长其使用寿命。