预防性维护服务为UPS保驾护航

摘要

伊顿公司是电源质量、电力输配和控制系统及部件领域的全球领先企业。为最大限度提高不间断电源（UPS）的可靠性，我们强烈建议用户采用预防性维护服务计划。由于企业必须使用UPS来保证连续供电，避免业务发生任何中断或干扰，因此非常有必要采用一个维护计划，以确保将UPS的宕机风险降至最低，实现平稳有效的运行。

为证明预防性维护服务计划对于提高UPS总体可靠性的重要性，同时也为了帮助最终用户全面了解宕机的普遍性和危害性，公司对由旗下服务机构所提供的一些数据以及业界专家对于宕机的大量调查结果进行了分析，这些研究和分析进一步证实常规的预防性维护能够显著增强UPS的可靠性。

本白皮书探讨了容易导致UPS故障的各种危险因素，同时阐述了预防性维护服务计划将通过哪些具体方式最大限度缓解这些威胁和风险。

引言

为您的UPS配置预防性维护服务计划本质上类似于对您的汽车进行日常维护和检修。每家汽车制造商都会建议用户对汽车进行定期维护和检查，通过检查可以发现引擎盖下隐藏的各种问题和隐患，从而可以及时处理，防止其进一步恶化。通过定期查看压力和液位，每间隔一定的行驶里程数对汽车定位器和制动踏板进行检查，您可以维持汽车的良好性能，使出厂规格保持不变。同样，对于UPS，预防性维护能够保证UPS始终保持正常运转。毋庸置疑，在第一次发现定位器需要调整时就及时进行矫正远胜过在行车途中汽车突然抛锚，然后震惊地发现四个轮胎都需要更换——而原有的定位器本来可以为轮胎提供良好的保护。

您可以从多种多样的UPS服务方案中选择适合自己的维护计划，包括定期日常维护、紧急部件更换和人工服务以及诸如远程监控服务等的其它增值类服务选项。不管您选择哪种维护方式，一个切实有效的预防性维护计划都能帮助您最大限度减少业务中断和宕机成本，延长关键电力设备的使用寿命，提高总体投资回报率，为您带来巨大的时间和成本效益。预防性维护的另一大优势是能够及时发现和排除潜在隐患，防止其恶化为代价高昂的严重故障，从而将意外宕机风险降至最低，使设备能够保持最佳运作性能。

宕机的危害难以尽述

不管从什么角度衡量，设备宕机都将造成巨额损失。据美国电力研究所（EPRI）的估计，美国全国的用电客户每年因断电而承受的损失高达800亿美元，其中因短暂电力中断而造成的损失占三分之二，达520美元。

EPRI的统计数据显示，美国每年因断电而损失的经济收入在1040亿美元到1640亿美元之间，另外因电力质量问题而导致的损失在150亿美元到240亿美元之间。美国公用事业电网的年均宕机目前是8小时45分钟。但是，如果采用现场发电设备和UPS解决方案，每年的宕机可降至5分15秒。

另外一些调查研究也显示，网络宕机将对企业造成致命性打击，对于小规模的公司，财务方面的损失至少每小时达1万美元，而对于严重依赖电子商务等商业模式的公司，宕机的损失高达每小时100万美元。

造成当机的根本原因是什么？

根据伊顿公司编写的2007年负载损失根源调查报告，三分之二以上的宕机事件起因于完全可以预防的问题，这个结论出人意料。调查还显示，大约25%的UPS故障是由于部件长期老化磨损而导致的，而20%的故障则源自于电池老化变质。对宕机起因的调查揭示出：

可预防性宕机（67%）大多由以下因素造成：

• 人为错误

• 缺乏流程

• 程序和步骤错误

• 设计不良

• 冗余性差

• 维护不足

非可预防性宕机（33%）大多由以下因素造成：

• 设备故障（尽管执行了必须的维护和测试工作）

• 供应链/服务链中断

• 网络恐怖主义活动

UPS负载损失的根本原因举例1

伊顿公司对旗下的伊顿UPS产品服务数据进行了分析，结果表明，67%的负载损失事件起因于可以预防的人为错误和场地设计问题，其中包括：

• 场地运营错误

• 场地设计错误

• 服务技术人员的失误

• 电池问题

• 产品设计问题

• 产品部件缺陷

• 产品生命周期终止/产品老化

• 产品出厂质量

但令人鼓舞的是，采用定期的预防性维护能够极大地降低UPS发生宕机的几率。事实上，上述负载损失报告还指出，没有预订定期上门维护服务的客户与每年接受两次预防性上门维护服务的客户相比，前者遭遇UPS故障的几率几乎是后者的四倍。这些调查结果充分验证了定期UPS维护服务的重要性，它提供了一种减轻宕机致命危害的有效方法。

1 伊顿公司2007年伊顿UPS负载损失调查报告

造成UPS故障的常见原因

造成UPS故障的原因多种多样，其中最常见的包括有：

1. 电池：电池是UPS的核心部件，无论使用年限多长，保修状态如何，均须定期检查和维护。调查显示，20%的UPS故障是由电池问题造成的，其中温度过高和累积放电是主要原因。在预防性上门维护过程中，维护人员将通过执行全面的测试流程收集数据，利用阻抗和传导量测工具跟踪电池性能并找出任何具有潜在内部问题的电池。

2. 风扇：某些风扇发生故障是因为自身的电气或机械限制或者滚珠轴承变干。在正常情况下，风扇可连续使用10年以上并保持良好性能，而有些风扇运行时间不长就会因机械故障而锁定。

3. 直流电容器：关于电容器的详细信息请参见下文的说明。

4. 瞬态尖峰：如果发生电流瞬态尖峰，UPS（滤波器/整流器）的输入端将遭到破坏。在预防性维护上门服务过程中，维护人员将检查这些部件是否损坏。

其它导致UPS故障事件的因素包括：

• 闪电：一个常见的错误观念是UPS始终能够保护设备负载免遭闪电的破坏，但这主要视瞬变电流的能量值而定。预防性维护检查流程可立即查出闪电造成的破坏并采取必须的维修措施。

• UPS内部连接：UPS临近建筑或机器设备的振动可能影响这些连接的稳定性。我们建议每三个月对UPS进行一次扫描，查看是否存在热点，而且每年应对整个UPS和电池柜进行全面的机械检修和翻新改造。

• 电容器：普通的UPS均配备十多个或更多不同类型和尺寸的电解质电容器，用于消除和过滤电压的起伏波动。与电池一样，电解质电容器也将随时间推移而逐渐老化。虽然对于普通的电容器，制造商可能将其使用寿命标示为5年（全天候运行），但如果运行环境和条件良好，则使用期可能达到8至10年。在电容器发生故障之后，可能不会立即对系统造成显著影响，但其它电容器必须承担起额外的工作负荷，从而对其寿命造成负面影响。在许多情况下，电容器故障会使UPS切换到旁路模式，这时将无法保护下游负载。在预防性维护过程中对电容器的检查有助于优化其运行并延长其使用寿命。

• 空气过滤器：灰尘的堆积会阻塞空气过滤器，使UPS因运行过热而关闭，因此必须每月进行例行检修。对于一次出色的UPS维护计划，更换过滤器是其中一项成本低廉的服务。

• 电源：虽然UPS可能带有冗余电源，但电源有可能发生输入电压浪涌，从而导致不可预料的压力和过热现象。我们建议通过定期检查来识别潜在问题。

• 输入滤波器：必须对输入滤波器的电流、参数和物理状况进行评测和检查。输入滤波器有助于降低从UPS到输入线路的总谐波失真（THD）。但是，根据输入线路的电力噪音量的多少，滤波器会尝试为整个系统校正谐波失真，造成线路过热和扼流。

• 电流接触器：由于接触器上容易堆积灰尘和其它堵塞性涂附材料，定期检查和清洁将防止潜在故障的发生。

• 粘接或焊接继电器：这些组件经常被忽略，直到发生紧急破坏性事件才令人警醒。通过定期检查可以及时检测出潜在问题并采取相应措施，防止事态扩大。

• 电机操作器：在与断路器分离时，应检查其操作是否正确，这项任务将由定期预防性维护人员在上门服务时完成。

• 固件升级：由于升级版本采用了最新的运行改进特性，因此在升级时应确保与新增负载设备的兼容性，同时保证UPS始终处于最佳运行状态。技术人员可在定期维护期间执行这些升级流程。

• 瞬态电压浪涌抑制（TVSS）功能的完整性：必须通过检查确保金属氧化物压敏电阻（MOV）设备正常运行，未因过多的瞬态电流而发生异常。

虽然构成UPS的各个组件极易发生故障，但预防性维护服务计划可确保这些部件得到定期检查，从而大大降低了负载损失的风险，同时延长了UPS的整体寿命。

您的UPS面临多大的故障风险？

由于所有厂商的UPS都是具备多种关键电源调节和备用电池功能的复杂设备，因此发生故障的几率较高。但是，通过由训练有素的认证技术工程师提供全方位预防性维护服务计划，您可以大幅度降低负载损失风险，延长UPS的总体寿命。

从图表1中可以看出，定期的预防性维护极大地降低了发生负载损失事件的几率。通过系统性的检查，预防性维护计划可确保UPS的各种电子和机械部件定期获得彻底检测、清洁、测试和校准。如果缺乏适当的维护，由于电池和电容器等关键部件将因为使用中的损耗而老化，许多UPS将过早失效。但是，一个完备的维护计划可以帮助您及时发现问题，大大降低故障风险。

预防性维护上门服务次数

图表 1：去年执行预防性上门维护之后的伊顿UPS负载损失状况。

最大限度减少业务中断

文件丢失或损坏、硬件故障、无法访问关键系统：这些令人沮丧的事件仅仅是系统突然宕机所导致的一小部分后果而已，这些问题将对业务的正常运营构成严重威胁。更有甚者，如果在线订购、电话系统等客户服务机制或其它销售工具中断了与客户之间的连接，您的销售收入和声誉势必遭到重创。在许多情况下，系统宕机之后接踵而至的往往是财务上蒙受的灾难性损失。

但是，令人欣慰的是，借助于一个有效的预防性维护计划，您的企业可以获得更可靠、更优质、更经济有效的电力供应，从而将系统宕机和业务中断的风险降至最低。

根据您选择的维护协议，专业的技术工程师甚至可以远程监控您的UPS的性能并诊断问题，同时还能7/24/365全天候响应紧急事件。事实上，如果发生了宕机事件，而您又拥有恰当的服务协议，问题可能在您获悉故障之前就已迅速解决。

实现UPS性能最大化

预防性维护对于确保设备的最佳运行性能具有举足轻重的作用。由优秀的技术工程师提供的系统性检查、测试和清洁服务能够确保UPS的各个电子和机械组件发挥出最高运行潜力。如果发现问题，他们将及时修复，避免问题恶化，造成严重的经济损失，因此，您的UPS将以您所期望的性能高效运行。

平均故障间隔时间（MTBF）是业界公认的测量系统行为和可靠性的标准，在测量时，MTBF采用了设备在实际应用时的故障相关数据，包括故障的数量和类型，同时在计算结果时假设系统在每次故障之后都“刷新”并立即恢复运行。最近的一次电源质量行业调查指明，如果缺乏定期的预防性维护，关键系统的MTBF将提高27%。

通过采用由训练有素的认证技术人员提供的综合预防性维护服务计划，您不但能减少替换部件的数量，还能大大延长UPS的使用寿命。

提高投资回报率

对许多企业来说，计算UPS的投资回报率（ROI）非常简单，因为仅一次宕机事件造成的损失就超过了网络保护方案的所有成本。优秀的预防性维护计划不仅能降低宕机风险，还能通过延长设备寿命和节省部件更换成本来降低总体拥有成本。

UPS维护计划可为您的设备提供额外的一重保险。如您所知，即使最短暂的宕机也会造成几千美元的损失，而有效的预防性维护计划成本低廉，您在极短的时间内即可收回投资（ROI），而且更令人安慰的是，您的隐忧将一扫而光，从此安枕无忧。

我们几十年的经验表明，定期预防性维护可同时延长UPS和电池的使用寿命。在许多情况下，如果缺乏定期维护，电池的寿命将减半。

要衡量预防性维护计划的成本节约潜力，最常用的方法是计算组织机构的宕机成本。在计算时应同时考虑直接成本和间接成本，比如商业机会的丧失、服务器恢复成本、人员停工和声誉受损等。在某些情况下，还应考虑对安全的潜在影响。多数关键任务客户都能计算出他们的宕机成本和因业务中断而导致机会丧失的成本。随着保险公司和风险管理企业逐渐认识到这些破坏的严重性，采取措施防范这些风险就成为当务之急。

基本宕机情景假设

1. 断电持续时间（小时）

2. 断电波及的范围（人员数量）

3. 平均员工成本（每年）

4. 生产效率损失（断电期间的损失百分比）

5. 平均正常运营收入（每天）

6. 收入损失百分比（断电期间不可恢复的成本）

生产效率损失总额

7. 每小时工作时间的平均成本（以每周工作40个小时计）

8. 每个员工每天的平均成本（以每天工作8个小时计）

9. 每个员工的生产效率损失（每天）

收入损失总额

10. 每天的收入损失（美元）

无形损失

11. 企业名声/商誉（美元）

12. 业务机会永久丧失（美元）

13. 违反法规/规则遭受的处罚（美元）

14. 服务合同违约（美元）

15. 机会丧失（美元）

16. 其它

断电的总成本（美元）

在计算ROI时必须将收益最大化，同时将成本降至最低，而采用有效的预防性维护计划将帮助您实现这两个目标。

预防性维护计划概要

为确保UPS始终保持良好的运行，我们提供了一系列服务方案建议，包括：

• 每年定期对电子元件和电池进行预防性维护和检修

• 由专业技术工程师针对特定的UPS型号提供紧急响应服务

• 使用现场部件库存或由本地现场技术人员用货车运送所需部件

• 通过升级服务请求获取高级技术支持和设计工程资源

• 远程监控服务，包括月度趋势报告、7x24警报通知和立即联系现场技术人员获取快速响应

• 遵守我们建议的部件更换周期，特别是电池和电容器等容易老化的部件

• 了解UPS的生命周期、扩展特性和总体拥有成本

• 联系7x24在线的呼叫中心专家和本地技术人员

• 建立准确的事件记录

此外，由于多数电池使用三到五年就老化失效，因此定期检查非常关键。而且，由于单个电池槽发生故障就会引起整个UPS停机，因此按需对电池进行测试和更换就成为合格的UPS维护计划中不可或缺的组成部分。多数客户选择每半年一次的VRLA或每季度一次的湿电池预防性维护服务。

目前，一种最新的电池和UPS维护计划是部署一个电池监控系统，提供持续监测，并在任何一个电池不符合出厂规格时及时发出报告。通过让持有专业资质的服务供应商远程监控电池系统，企业终于可以远离隐忧，因为他们知道，经验丰富的专家正在时时刻刻观察并解读着系统数据。有些客户选择自己来负责监控，但他们发来的负载损失报告经常显示，他们的监控结果要么被忽略，要么被错误解读。另外，报告还指出，在很多情况下，客户缺乏有效的流程来针对电池问题警报实施及时的部件更换。

有效的维护计划将同时考虑UPS的当前使用年限和实际损耗情况，以此来确定采用哪个具体设备能达到期望的寿命。另外，此计划还能帮助客户规划更换主要组件的预算，如电池或电容器，另外，客户也可能希望将这些组件添加到某个合适的维护协议中。出色的维护战略和计划还应掌握机构的目标和方向及其在保证不间断运行方面的优先目标。例如，系统是否负载较轻？企业是否在飞速增长？您的运营流程必须具备怎样的永续性？您认为多快的响应可以称之为快速响应？是次日、当天还是两个小时之后？一旦您确定了自己的基本需求，您就可以判断哪些设备需要优先配备维护协议，需要哪种级别的服务。

一般部件更换周期

以下规范将帮助您确定各个UPS组件的最佳更换周期：

电池寿命

待机模式下： VRLA电池为3至5年

湿电池的寿命长短不一

周期性使用： 放电量为30%的情况下可使用1200个周期

放电量为50%的情况下可使用550个周期

放电量为100%的情况下可使用250个周期

电容器： 需要年检。每隔7年更换一次或根据需求及时更换。

热插拔功能

风扇： 在冗余或旁路模式下可在UPS单元运行过程中更换风扇。需要年检，每隔7年更换一次。

接线端子： 压接机械电源接线头，每年进行目视和热检查。

空气过滤器： 每年更换或根据需求及时更换。

以优化可用性为目标的常规UPS测试

性能优异的UPS可提供无与伦比的系统可用性或正常运行时间，这些UPS通常采用了规范性的维护计划而且这些计划得到严格执行。有效的维护计划包含各种各样的功能测试和组件检查，而且这些操作均定期执行。特别需要指出的是，在监控电压、频率、电流和温度等关键运行参数的同时，还应在UPS的各个模式转换期间进行运行测试或大范围预防性维护活动。以下是一些最常见的运行测试：

1) 切至旁路并切回UPS：这项测试的目的是查看静态开关和旁路断路器电机操作器或接触器。这项测试应至少每年执行一次，可以在负载位于维护旁路时进行测试。

2) 电池运行并返回正常供电模式：这项测试有时与切换到发电机（transfer-to-generator）支持服务并返回正常供电状态服务相结合。这项测试通常每月执行一次，主要目的是测试UPS、发电机和自动转换开关（ATS）功能。

3) 负载均衡评估：这项测试的目的是查看任何接近100%的相位上的负载。为防止发生负载超载，可以在必要时重新分配负载。需要引起重视的是，任何一个相位都有可能超载并引发意外警报或转换，即使另外两个相位的负载较低。

4) 相位旋转/现场接线检查：这项测试的目的是检查正常的线路更改或维护活动是否造成超限旁路警报或地点接线错误。这些问题往往直到发生旁路转换时才被发现。

5) 噪音测试：经验丰富的技术人员会辨识异常的系统运行噪音，尤其是异常放电和风扇噪音或同步问题，包括振荡或击打噪音。不熟悉这些异常声音的用户往往注意不到这些细微的警示信号。

6) 操作人员培训：由于多数断电现象起因于人为错误，因此企业应经常进行人员培训，确保所有使用UPS和相关开关装置的人员都精通系统运行方面的知识并了解错误操作将导致的后果。

图片1：由于插入外来传导性材料而导致的UPS故障

图片2：偶发的组件故障

结论

每个UPS都含有各种使用寿命有限的组件，用户必须按照制造商的指示和说明定期更换这些组件。为确保这些组件得到良好的维护并在必要时及时更换，实施定期维护极为重要。

要保证您的关键设备和整个企业的持续平稳运行，采用卓有成效的预防性维护计划是最经济有效的举措之一。由于定期维护能够在极大程度上提高UPS的可靠性和性能，同时显著降低宕机，因此预防性维护将构成企业运营保护端到端解决方案的关键组成部分，可有效抑制各种风险，使关键网络保持最高运行性能。