[摘要]隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，各地區(qū)對電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行都提出了更新更高的要求，這就需要不斷完善和提高電力系統(tǒng)的自動化水平，而為了使該系統(tǒng)中諸如計算機、RTU、VQC和變送器等設(shè)備能夠安全可靠地運行，就需要有UPS做保障。 [關(guān)鍵詞]UPS 發(fā)展趨勢 工作原理 使用與維護 電源從它的發(fā)源地電廠出來，通過電網(wǎng)、變電站、輸電線路、配電，直至各個用電終端，有如人體的血液，發(fā)自心臟，通向人體的各個器官、肢體直至各個角落。數(shù)字電力，無疑為發(fā)電廠的建設(shè)、生產(chǎn)、管理和運行提供了現(xiàn)代化的手段，而數(shù)字電力的基礎(chǔ)仍然是它的動力——電源。 1 UPS發(fā)展趨勢 1.1 工業(yè)UPS發(fā)展趨勢 工業(yè)化生產(chǎn)過程中的用電設(shè)備可分為兩大類型: 線性負載和非線性負載。對于那些對供電要求較嚴格的苛性負載來說，通常是由不間斷電源UPS系統(tǒng)進行供電，這是因為UPS可提供高精度、高穩(wěn)定性的電壓波形與頻率，具有承受電網(wǎng)波動或擾動（浪涌、跌落、諧波）、間斷甚至短時停電的能力，無論是線性負載或是非線性負載，UPS都具有低阻抗輸出的特性。因此UPS電源系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，特別是在智能化儀表方面的應(yīng)用。 隨著電力應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，UPS的負載也發(fā)生了極大的變化： 1.1.1 負載類型的變化 工業(yè)化生產(chǎn)特別是自動化儀器儀表已從早期的“模擬化”儀表發(fā)展到當(dāng)前的“智能化、電子化”儀表，它們的區(qū)別在于： ★ 模擬儀表: 高功耗、復(fù)雜、數(shù)量大、模擬量傳送、線性負載； ★ 智能化電子化儀表: 低功耗、簡單化、數(shù)字化傳輸、非線性負載。 1.1.2 負載容量的變化 趨于中小型化，從早期的中大功率UPS（60～200KVA）為主發(fā)展到現(xiàn)在的中小功率UPS（30～80KVA）為主。 1.1.3 供電需求的變化 趨于高可靠性，從早期的單機型供電發(fā)展到 1＋1冗余并聯(lián)型供電，大大提高供電可靠性，平均故障間隔時間MTBF提高了4倍。 1.1.4 供電質(zhì)量的變化 趨于輸入大范圍、輸出高精度、低失真度。 1.1.5 應(yīng)用環(huán)境的變化 高熱量、高噪音、高污染的使用環(huán)境正在改造為低功耗、低噪音、潔凈的環(huán)境。 總之，“又大又笨”已不再是工業(yè)型UPS的象征，工業(yè)型UPS的發(fā)展趨勢正在向著小型化、中小容量、低功耗、高效率、高可靠性的方向發(fā)展。 1.2 電廠用UPS的發(fā)展趨勢 電廠專用的UPS電源大多數(shù)為三相輸入、單相輸出的中功率UPS，因為電廠的負載大多數(shù)為單相負載，配電線路簡單、維護方便。 1.2.1 什么是真正的三進單出UPS 真正的三進單出UPS內(nèi)部電路為純單相設(shè)計，主要表現(xiàn)在逆變器為單相輸出?！凹俚摹被蚪?jīng)過改造的三進單出的UPS，多為三進三出UPS加上三進單出的變壓器改造而成，它存在如下問題： ★ 在輸出端增加了三進單出的變壓器，降低了整機效率（3%～5%）； ★ 三進單出的變壓器仍然具有三分之一的不平衡電流（33.3%），造成UPS可用容量的下降，因此必須使用更高視在功率的UPS主機，通常為額定輸出容量的2倍，利用率降低； ★ 增大主機的尺寸和占地面積，提高購置成本。 因此在實際應(yīng)用中，在復(fù)雜的市場選型中，盡可能選擇真正的三進單出UPS。 1.2.2 公用220V直流母排 為了提高供電的可靠性，電廠中通常是采用兩臺UPS組成1+1冗余系統(tǒng)為負載供電，并配之以隔離變壓器、交流電壓調(diào)節(jié)器作為旁路電源輸入。但是UPS的電池組往往被省略，直接將UPS的直流端接入220V的公共直流母排 這是因為電廠的自動化儀表DCS等往往需要直流220V輸入，而每一個電廠都具有大容量的電池組，恰逢其用。但殊不知這是以降低供電可靠性為代價的省略，事實上從可靠性MTBF指標上細算起來并不劃算。 假設(shè): 單機UPS的可靠性MTBF＝400,000小時 則: 兩臺1+1冗余并聯(lián)各帶一組電池的UPS，其MTBF=4×400,000=1,600,000小時; 兩臺1+1冗余并聯(lián)共用一組電池的UPS，其MTBF=1.1×400,000=440,000小時; 而三臺2+1冗余并聯(lián)共用一組電池時，其MTBF=0.9×400,000=360,000小時。 由此可見，只為節(jié)省兩組電池而犧牲掉近三倍的MTBF并不劃算。 另一方面就是UPS的效率問題。UPS的逆變器是將直流功率轉(zhuǎn)換成交流功率輸出的。一般UPS的直流電壓在400V～460V左右，而電廠的直流電壓為220V，由此帶來的問題是：直流電壓越低，則逆變器的開關(guān)電流就越大，而損耗是與電流的平方成正比的，因此損耗明顯增加；同時大電流需要大容量的功率開關(guān)器件、大容量的一次側(cè)繞組，較低的直流電壓也需要較高變比的變壓器，這些無疑是一種潛在的開支，直接影響到設(shè)備的投資成本、運行成本、設(shè)備的折舊等等。在電力系統(tǒng)走向市場經(jīng)濟的今天乃至以后，這種情況是不容忽視的。 1.3 “數(shù)字電力”中UPS的發(fā)展趨勢 “數(shù)字電力”立足于電力系統(tǒng)的信息化建設(shè)，無論是電網(wǎng)的信息化建設(shè)還是電廠的信息化建設(shè)，最終還是會歸結(jié)到信息技術(shù)IT領(lǐng)域中來。 在IT領(lǐng)域中，UPS電源作為所有信息數(shù)據(jù)和設(shè)備的電源保護產(chǎn)品，已經(jīng)發(fā)展成為成熟的技術(shù)，這不僅是指UPS電源本身，還包括了以UPS電源為核心的整個電源保護解決方案。UPS電源保護方案中的 幾個要素如下: ★ 高可靠性：是指UPS及其配套的產(chǎn)品應(yīng)具有經(jīng)過多年市場驗證的質(zhì)量和品質(zhì)，產(chǎn)品質(zhì)量可靠； ★ 高可用性：是指UPS系統(tǒng)包括供電、配電等，作為一個整體具有故障容錯的能力，采用冗余的配置，含有內(nèi)置的手動維修旁路，采用熱備份或直接并聯(lián)的冗余形式； ★ 高性能：產(chǎn)品應(yīng)具有優(yōu)異的技術(shù)指標，面向非線性負載設(shè)計，輸出失真度小，過載能力強，抗短路、抗沖擊； ★ 高效率：節(jié)能不僅關(guān)系到初期的投資環(huán)境投資，還與后期的運行費用有關(guān)，是一個長期的經(jīng)濟技術(shù)指標； ★ 可管理性強: 用戶的操作界面具有模擬圖、中文顯示、直觀的功能鍵，易于理解和掌握，還具有深度充放電保護、自動放電檢測、實時后備時間顯示、溫度補償充電等等。 ★ 可維護性強：維修時對負載的供電無任何影響，同時維修又是一種安全的無電操作； ★ 良好的專業(yè)服務(wù)：專業(yè)化的電源保護產(chǎn)品的供應(yīng)商，應(yīng)具有訓(xùn)練有素的售后服務(wù)隊伍、能夠及時地排除系統(tǒng)故障、網(wǎng)絡(luò)式的快速服務(wù)網(wǎng)點、充足的備品備件儲存等。 2 UPS的工作原理 2.1.1 AC-DC變換：將電網(wǎng)來的交流電經(jīng)自耦變壓器降壓、全波整流、濾波變?yōu)橹绷麟妷?，供給逆變電路。AC-DC輸入有軟啟動電路，可避免開機時對電網(wǎng)的沖擊。 2.2.2 DC-AC逆變電路：采用大功率IGBT模塊全橋逆變電路，具有很大的功率富余量，在輸出動態(tài)范圍內(nèi)輸出阻抗特別小，具有快速響應(yīng)特性。由于采用高頻調(diào)制限流技術(shù)，及快速短路保護技術(shù)，使逆變器無論是供電電壓瞬變還是負載沖擊或短路，均可安全可靠地工作。 2.3.3 控制驅(qū)動：控制驅(qū)動是完成整機功能控制的核心，它除了提供檢測、保護、同步以及各種開關(guān)和顯示驅(qū)動信號外，還完成SPWM正弦脈寬調(diào)制的控制，由于采用靜態(tài)和動態(tài)雙重電壓反饋。極大地改善了逆變器的動態(tài)特性和穩(wěn)定性 3 UPS的使用與維護 3.1 UPS電源系統(tǒng)開、關(guān)機 3.1.1 第一次開機 ★ 按以下順序合閘：儲能電池開關(guān)→自動旁路開關(guān)→輸出開關(guān)依次置于“ON"。 ★ 按UPS啟動面板“開”鍵，UPS電源系統(tǒng)將徐徐啟動，“逆變”指示燈亮，延時1分鐘后，“旁路”燈熄滅，UPS轉(zhuǎn)為逆變供電，完成開機。 經(jīng)空載運行約10分鐘后，按照負載功率由小到大的開機順序啟動負載。 3.1.2 日常開機 只需按UPS面板“開”鍵，約20分鐘后，即可開啟電腦或其它儀器使用。通常等UPS啟動進入穩(wěn)定工作后，方可打開負載設(shè)備電源開關(guān)（注：手動維護開關(guān)在UPS正常運行時，呈“OFF"狀態(tài)）。 3.1.3 關(guān)機 先將電腦或其它儀器關(guān)閉，讓UPS空載運行10分鐘，待機內(nèi)熱量排出后，再按面板“關(guān)”鍵。 3.2 UPS電源系統(tǒng)使用注意事項 UPS電源系統(tǒng)因其智能化程度高，儲能電池采用了免維護蓄電池，這雖給使用帶來了許多便利，但在使用過程中還應(yīng)在多方面引起注意，才能保證使用安全。 ★ UPS電源主機對環(huán)境溫度要求不高，+5℃～40℃都能正常工作，但要求室內(nèi)清潔，少塵，否則灰塵加上潮濕會引起主機工作紊亂。儲能蓄電池則對溫度要求較高，標準使用溫度為25℃，平時不能超過+15℃～+30℃。溫度太低，會使儲電池容量下降，溫度每下降1℃，其容量下降1％。其放電容量會隨溫度升高而增加，但壽命降低。如果在高溫下長期使用，溫度每高10℃，電池壽命約降低一半。 ★ 主機中設(shè)置的參數(shù)在使用中不能隨意改變。特別是對電池組的參數(shù)，會直接影響其使用壽命，但隨著環(huán)境溫度的改變，對浮充電壓要做相應(yīng)調(diào)整。通常以25℃為標準，環(huán)境溫度每升高或降低1℃時，浮充電壓應(yīng)增加18mV（相對于12V蓄電池）。 ★ 在無外電靠UPS電源系統(tǒng)自行供電時，應(yīng)避免帶負載啟動UPS電源，應(yīng)先關(guān)斷各負載，等UPS電源系統(tǒng)起動后再開啟負載。因負載瞬間供電時會有沖擊電池，多負載的沖擊電流和加上所需的供電電流會造成UPS電源瞬間過載，嚴重時將損壞變換器。 ★ UPS電源系統(tǒng)按使用要求功率余量不大，在使用中要避免隨意增加大功率的額外設(shè)備，也不允許在滿負載狀態(tài)下長期運行。但工作性質(zhì)決定了UPS電源系統(tǒng)幾乎是在不間斷狀態(tài)下運行的，增加大功率負載，即使是在基本滿載狀態(tài)下工作，都會造成主機出故障，嚴重時將損壞變換器。 ★ 自備發(fā)電機的輸出電壓，波形、頻率、幅度應(yīng)滿UPS電源對輸入電壓的要求，另久發(fā)電機的功率要遠大于UPS電源的額定功率，否則任一條件不滿，將會造成UPS電源工作異常或損壞。 ★ 由于組合電池組電壓很高，存在電擊危險，因此裝卸導(dǎo)電聯(lián)接條、輸出線時應(yīng)用安全保障，工具應(yīng)采用絕緣措施，特別是輸出接點應(yīng)有防觸摸措施。 　　 ★ 不論是在浮充工作狀態(tài)還是在充電、放電檢修測試狀態(tài)，都要保證電壓、電流符合規(guī)定要求。過高的電壓或電流可能會造成電池的熱失控或失水、電壓、電流過小會造成 電池虧電，這都會影響電池的使用壽命，前者的影響更大。 ★ 在任何情況下，都應(yīng)防止電池短路或深度放電，因為電池的循環(huán)壽命和放電深度有關(guān)。放電深度越深、循環(huán)壽命越短。在容量試驗中或是放電檢修中，通常 放電達到容量的30％～50％就可以了。 ★ 對電池應(yīng)避免大電流充放電，雖說在充電時可以接受大電流，但在實際操作中應(yīng)盡量避免，否則會造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質(zhì)脫落，電池內(nèi)阻增大，溫升越高，嚴重時將造成容量下降，壽命提前終止。 3.3 日常維護與檢修 1）UPS電源在正常使用情況下，主機的維護工作很少，主要是防塵和定期除塵。特別是氣候干燥的地區(qū)，空氣中的灰粒較多，機內(nèi)的風(fēng)機會將灰塵帶入機內(nèi)沉積、當(dāng)遇空氣潮濕時會引起主機控制紊亂造成主機工作失常，并發(fā)生不準確告警，大量灰塵也會造成器件散熱不好。一般每季度應(yīng)徹底清潔一次。其次就是在除塵時，檢查各連接件和插接件有無松動和接觸不牢的情況。 　　 2）雖說儲能電池組目前都采用了免維護電池，但這只是免除了以往的測比、配比、定時添加蒸餾水的工作。但外因工作狀態(tài)對電池的影響并沒有改變，不正常工作狀態(tài)對電池造成的影響沒有變，這部分的維護檢修工作仍是非常重要的，UPS電源系統(tǒng)的大量維修檢修工作主要在電池部分。 ★ 儲能電池的工作全部是在浮充狀態(tài)，在這種情況下至少應(yīng)每年進行一次放電。放電前應(yīng)先對電池組進行均衡充電，以達全組電池的均衡。要清楚放電前電池組已存在的落后電池。放電過程中如有一只達到放電終止電壓時，應(yīng)停止放電，繼續(xù)放電先消除落后電池后再放。 ★ 核對性放電，不是首先追求放出容量的百分之多少，而是要關(guān)注發(fā)現(xiàn)和處理落后電池，經(jīng)對落后電池處理后再作核對性放電實驗。這樣可防止事故，以免放電中落后電池惡化為反極電池。 ★ 平時每組電池至少應(yīng)有8只電池作標示電池，作為了解全電池組工作情況的參考，對標示電池應(yīng)定期測量并做好記錄。 ★ 日常維護中需經(jīng)常檢查的項目有：清潔并檢測電池兩端電壓、溫度；連接處有無松動，腐蝕現(xiàn)象、檢測連接條壓降；電池外觀是否完好，有無殼變形和滲漏；極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出；主機設(shè)備是否正常。 ★ 免維護電池要維護，不是什么無稽之談，應(yīng)從廣義的維護立場出發(fā)，做到運行、日常管理的周到、細致和規(guī)范性，保證設(shè)備（包括主機設(shè)備）保持良好的運行狀況，從而延長使用年限；保證直流母線經(jīng)常保持合格的電壓和電池的放電容量；保證電池運行和人員的安全可靠。這就是電池維護的目的，也是電池運行規(guī)程中包括的內(nèi)容和進行規(guī)則。 3）當(dāng)UPS電池系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，應(yīng)先查明原因，分清是負載還是UPS電源系統(tǒng)；是主機還是電池組。雖說UPS主機有故障自檢功能，但它對面而不對點，對更換配件很方便，但要維修故障點，仍需做大量的分析、檢測工作。另外如自檢部分發(fā)生故障，顯示的故障內(nèi)容則可能有誤。 　　 4）對主機出現(xiàn)擊穿，斷保險或燒毀器件的故障，一定要查明原因并排除故障后才能重新啟動，否則會接連發(fā)生相同的故障。 5）當(dāng)電池組中發(fā)現(xiàn)電壓反極、壓降大、壓差大和酸霧泄漏現(xiàn)象的電池時，應(yīng)及時采用相應(yīng)的方法恢復(fù)和修復(fù)，對不能恢復(fù)和修復(fù)的要更換，但不能把不同容量、不同性能、不同廠家的電池聯(lián)在一起，否則可能會對整組電池帶來不利影響。對壽命已過期的電池組要及時更換，以免影響到主機。 4 結(jié)束語　　 在UPS的使用過程中注意，再好的設(shè)備也有壽命，也會出現(xiàn)各類故障，不要因為高智能、免維護而忽略了本應(yīng)進行的維護工作，預(yù)防在任何時候都是安全運行的重要保障。