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　　UPS設(shè)備已經(jīng)在重要用戶和場(chǎng)所越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用，它的突出優(yōu)點(diǎn)首先是在市電中斷后提供了一定時(shí)間的延時(shí)，滿足了用戶保存和應(yīng)急處理重要數(shù)據(jù)的時(shí)間;其次，經(jīng)過(guò)一系列整流、逆變后，輸出電能質(zhì)量大大提高，確保了敏感設(shè)備的高可靠供電需求。隨著UPS設(shè)備功能的不斷增多，現(xiàn)場(chǎng)安裝條件的不同，機(jī)房整體環(huán)境的千差萬(wàn)別，其運(yùn)行情況也變得非常復(fù)雜，各種因素都可能導(dǎo)致UPS系統(tǒng)運(yùn)行不正常，甚至出現(xiàn)斷電故障。下面通過(guò)兩例UPS運(yùn)行中出現(xiàn)故障的處理，分析了其產(chǎn)生的原因和解決的辦法。

　　一、故障處理分析

　　故障1：

　　基本情況

　　某網(wǎng)絡(luò)機(jī)房的一臺(tái)小型UPS，容量5KVA，蓄電池后備時(shí)間：滿載8小時(shí)配置。UPS主機(jī)與蓄電池柜分開放在兩個(gè)房間，電池組到主機(jī)的連線長(zhǎng)約20米，8組100AH蓄電池并聯(lián)，總?cè)萘繛?00AH。

　　故障現(xiàn)象

　　斷開市電后，蓄電池放電不到3分鐘時(shí)間，蓄電池容量就由滿載降至20%余量，實(shí)際最終放電時(shí)間不到4小時(shí)。

　　處理過(guò)程

　　由于這臺(tái)UPS已經(jīng)運(yùn)行了兩年多時(shí)間，蓄電池屬于國(guó)產(chǎn)普通品牌，起初懷疑蓄電池性能弱化，首先對(duì)UPS做了一次放電檢測(cè)試驗(yàn)，以檢驗(yàn)蓄電池的放電特性。

　　現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)及基本情況如表1所示。

　　表1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)

　　放電不到3分鐘時(shí)間，蓄電池容量就由滿電降至20%余量，在放電過(guò)程中測(cè)量蓄電池連接線溫度，有明顯的發(fā)熱現(xiàn)象。

　　根據(jù)上述現(xiàn)象，我們?cè)诰€測(cè)試了蓄電池端電壓和內(nèi)阻均正常，進(jìn)而懷疑蓄電池連線可能存在很大的的線路耗損，蓄電池不一定有問(wèn)題。由于蓄電池并聯(lián)容量較大，充滿電約需要一周時(shí)間，為了證實(shí)蓄電池性能的優(yōu)劣，我們對(duì)蓄電池充電一周后，嘗試將UPS主機(jī)移至蓄電池柜旁邊，縮短主機(jī)與蓄電池連線至2米左右，重新連接好輸入輸出電源線。于當(dāng)日11：30開始對(duì)蓄電池再次進(jìn)行放電測(cè)試，15：30停止放電，放電歷時(shí)4個(gè)小時(shí)。

　　現(xiàn)將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)如表2所示。

　　表2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)

　　對(duì)比兩次放電情況，效果截然不同：上次放電不到3分鐘時(shí)間，蓄電池容量就迅速降至20%余量，本次放電4小時(shí)，蓄電池容量還有70%余量。

　　處理結(jié)論

　　通過(guò)對(duì)比分析可以確定：蓄電池性能良好，其連接線存在很大的線路損耗，造成了蓄電池放電時(shí)間的縮短?？梢缘贸觯?/span>

　　1、機(jī)房主機(jī)、蓄電池、布線布局對(duì)設(shè)備有一定影響;

　　2、連接引線的阻抗不容忽略，要選用質(zhì)量好、載流量合適的;

　　3、蓄電池的放電特性會(huì)受到各種因素的影響。

　　由此引申

　　UPS的電纜截面積選擇不僅僅要考慮安全載流量，與線路損耗壓降的關(guān)系也很密切，應(yīng)加以綜合考慮。

　　1、UPS裝置距負(fù)荷較遠(yuǎn)時(shí)(一般經(jīng)驗(yàn)值是大于100米)，按持續(xù)允許載流量所選電纜截面積，壓降可能偏大，應(yīng)按UPS對(duì)線路允許電壓損失的苛刻要求來(lái)選擇截面積，條件為小于2.5%Ue(額定電壓)=5.5V來(lái)定。比如，據(jù)有關(guān)試驗(yàn)證實(shí)，200A的三相UPS，距離100米之內(nèi)，選用120mm2的銅電纜的線路壓降為3.2V，但距離200米時(shí)，選用120mm2的電纜的線路壓降為6.4V，已經(jīng)不能滿足小于5.5V的要求，須改選150mm2的電纜。小容量UPS連接引線的損耗壓降更是不可忽視，連接線距離要求更苛刻。

　　2、三相UPS負(fù)載不平衡情況下，零線電流較大，零線面積的選擇也應(yīng)與相線的截面積相同?；蛘吡憔€采用多芯小截面電纜并聯(lián)，總截面積近似與相線截面積相當(dāng)也可，這樣也有利于減少集膚效應(yīng)和交流阻抗。

　　3、UPS輸入輸出零線絕不能斷開，也不能經(jīng)過(guò)開關(guān)或保險(xiǎn)絲。若零線中斷，負(fù)載若不平衡會(huì)造成輸出電壓嚴(yán)重不平衡，重載相電壓極度降低，輕載相電壓可能超過(guò)額定值。UPS前端電力變壓器的零線中斷造成的用電事故也屢見不鮮。

　　故障2：

　　基本情況

　　某數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)膳_(tái)UPS并機(jī)，容量80KVA，蓄電池后備時(shí)間30分鐘，運(yùn)行方式為“1+1”并聯(lián)冗余。

　　故障現(xiàn)象

　　1號(hào)機(jī)、2號(hào)機(jī)均能夠單獨(dú)正常開機(jī)，但進(jìn)行系統(tǒng)并機(jī)時(shí)不能實(shí)現(xiàn)并機(jī)。

　　處理過(guò)程

　　測(cè)量系統(tǒng)UPS輸出，1號(hào)UPS：UA1=222V，UBA=221V，UC1=221V;

　　2號(hào)UPS：UA2=221V，UB2=223.5V，UC2=224V;

　　用鉗型電流表測(cè)量本套80KVA“1+1”UPS并機(jī)系統(tǒng)的輸入和輸出參數(shù),可以得到UPS并機(jī)系統(tǒng)的并機(jī)工作特性如下：

　　(a)兩臺(tái)UPS的輸入功率和輸出功率之間存在有明顯的不平衡度;

　　兩臺(tái)UPS的A相輸出電流之間的“均流”不平衡度：±10.7%;

　　兩臺(tái)UPS的B相輸出電流之間的“均流”不平衡度：±13.5%;

　　兩臺(tái)UPS的C相輸出電流之間的“均流”不平衡度：±15.7%;

　　(b)兩臺(tái)UPS之間的”環(huán)流”偏大(“環(huán)流”是指在兩臺(tái)UPS之間相互流動(dòng)的電流);

　　兩臺(tái)UPS的A相輸出電流之間的“環(huán)流”：5.6A;

　　兩臺(tái)UPS的B相輸出電流之間的“環(huán)流”：9.8A;

　　兩臺(tái)UPS的C相輸出電流之間的“環(huán)流”：3.9A;

　　處理方法

　　對(duì)系統(tǒng)并機(jī)參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置,使兩臺(tái)UPS輸出電壓差:△≤2V。局部調(diào)整其他并機(jī)參數(shù)使之與負(fù)荷相對(duì)匹配，使環(huán)流減小至3A以內(nèi)，再次進(jìn)行系統(tǒng)并機(jī)操作,并機(jī)成功,系統(tǒng)運(yùn)行正常。

　　故障分析

　　1、單機(jī)相電壓不平衡，偏差在5%內(nèi)屬于正常范圍，計(jì)算機(jī)負(fù)載要求苛刻一些，三相電壓偏差率可以在3%之內(nèi)。雖然2號(hào)UPS的C相與A相有壓差，但在允許偏差范圍之內(nèi)，不影響開機(jī)。

　　2、兩臺(tái)主機(jī)輸出之間壓差最大值為224-221=3V，不能正常并機(jī)，當(dāng)調(diào)整輸出壓差為2V時(shí)，并機(jī)成功，說(shuō)明此品牌的兩臺(tái)主機(jī)并機(jī)的壓差要求較為苛刻。

　　3、兩臺(tái)UPS的輸入、輸出功率存在明顯的不平衡度，之間環(huán)流偏大，UPS輸入電流的諧波分量增大，也影響該系統(tǒng)的并機(jī)運(yùn)行。

　　4、正常情況下，兩臺(tái)或多臺(tái)UPS并機(jī)要求條件是：

　　(1)相位和幅值相同，保證UPS之間無(wú)破壞性環(huán)流;

　　(2)電流不平衡度：并機(jī)后每臺(tái)UPS輸出電流為總負(fù)載電流的一半;“1+1”、“N+1”并機(jī)系統(tǒng)的電流不平衡度小于5%。

　　(3)并機(jī)系統(tǒng)的過(guò)載及其恢復(fù)：若并機(jī)系統(tǒng)過(guò)載(在保護(hù)范圍內(nèi))，系統(tǒng)內(nèi)所有機(jī)器統(tǒng)一跳旁路;當(dāng)并機(jī)系統(tǒng)過(guò)載消失，系統(tǒng)內(nèi)所有機(jī)器自動(dòng)恢復(fù)逆變供電狀態(tài)。

　　(4)并機(jī)系統(tǒng)的故障關(guān)機(jī)及故障恢復(fù)：當(dāng)并聯(lián)的UPS系統(tǒng)中任何一臺(tái)故障(主要為逆變器故障，包括過(guò)載、短路、蓄電池過(guò)放電等)，該機(jī)自動(dòng)關(guān)閉輸出，自動(dòng)退出并機(jī)系統(tǒng)，均不能將本身負(fù)載單獨(dú)轉(zhuǎn)到旁路，而是將負(fù)載均分到與其并聯(lián)的其他UPS上，待最后一臺(tái)UPS故障后，才集體轉(zhuǎn)到旁路上。當(dāng)故障排除后，則需按照操作步驟將該UPS并入并機(jī)系統(tǒng)。

　　(5)空載環(huán)流：指并機(jī)系統(tǒng)中任意兩臺(tái)UPS對(duì)應(yīng)輸出相之間產(chǎn)生的無(wú)功電流分量?！?+1”并機(jī)系統(tǒng)和“N+1”并機(jī)系統(tǒng)的空載環(huán)流要求均小于3A。

　　5、處理結(jié)論

　　UPS并機(jī)系統(tǒng)以其擴(kuò)容方便、節(jié)約投資、可靠性高而逐漸被廣泛采用，并深受用戶歡迎。所謂UPS并機(jī)系統(tǒng)是指需并聯(lián)的多臺(tái)UPS的輸出直接并聯(lián)短接在一起，同時(shí)分擔(dān)負(fù)載電流，不需外加任何設(shè)備，提高整個(gè)供電系統(tǒng)的供電容量和可靠性。按照目前UPS業(yè)界的慣例，多臺(tái)UPS實(shí)現(xiàn)并機(jī)的條件是輸入電壓相位和幅值相同(這一點(diǎn)電網(wǎng)基本能滿足);UPS并機(jī)系統(tǒng)的“均流”不平衡度應(yīng)小于±5%,“環(huán)流”小于3-4A的水平。但從上述檢測(cè)數(shù)據(jù)表明：其并機(jī)性能明顯地低于UPS業(yè)界的并機(jī)性能;由“環(huán)流”所造成的“額外功耗”約占UPS并機(jī)系統(tǒng)的總輸出功率的11%左右。所有這一切，都說(shuō)明不同品牌的UPS并機(jī)條件有差異，這套UPS并機(jī)系統(tǒng)的并機(jī)性能較差。

　　6、并聯(lián)UPS一般會(huì)有如下主要問(wèn)題

　　1)各臺(tái)UPS輸出的電壓、相位、頻率很難嚴(yán)格一致，即使有1度的相位誤差也可能引起50%的功率差別，當(dāng)空載時(shí)，某些UPS可能會(huì)運(yùn)行在整流狀態(tài)。

　　2)由于各臺(tái)UPS的輸出電壓、電流均為正弦量，而且有相位誤差和頻率誤差，所以，很難實(shí)現(xiàn)負(fù)載分配和均流。

　　3)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，若各臺(tái)UPS的頻率和相位相同，而幅度不同，則系統(tǒng)中各臺(tái)UPS之間會(huì)存在無(wú)功的環(huán)流分量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使UPS保護(hù)，甚至使逆變器停止工作。

　　7、解決辦法

　　1)鑒于以上存在的問(wèn)題，在并聯(lián)系統(tǒng)中，把每一臺(tái)UPS輸出的電壓、電流、頻率和相位信號(hào)進(jìn)行采樣綜合，然后，再與其它UPS的相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行綜合，從而得出各自電壓及頻率的補(bǔ)償信號(hào)，然后送至系統(tǒng)中的其它UPS，最終保證各臺(tái)UPS輸出電壓的幅值、電流、相位和頻率嚴(yán)格一致。當(dāng)其中某臺(tái)UPS因故障而退出時(shí)，并不影響整個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)行，因而可實(shí)現(xiàn)真正的“N+1”臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行。

　　2)現(xiàn)在UPS并機(jī)系統(tǒng)不設(shè)主從關(guān)系，一般采用以數(shù)字信號(hào)處理器為核心，輔以必要的外圍功能單元電路構(gòu)成。它主要由DSP、波形控制接口電路、相位控制電路、邏輯切換控制電路、直流母線檢測(cè)電路、輸出電流及輸出電壓檢測(cè)電路、市電檢測(cè)電路和UPS并聯(lián)控制系統(tǒng)的通訊接口電路組成。采用全數(shù)字處理器DSP技術(shù)，簡(jiǎn)化了電路，使UPS具有快速反應(yīng)能力，增強(qiáng)負(fù)載不平衡條件下的相位控制能力。如圖1所示。

　　圖1 　DSP數(shù)字信號(hào)處理器框圖

　　數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)通過(guò)對(duì)各種信號(hào)的檢測(cè)并加以分析處理，送到逆變器控制電路和狀態(tài)顯示電路;同時(shí)，通過(guò)通信接口電路與并機(jī)系統(tǒng)中的其他UPS進(jìn)行信息交換。波形控制接口電路的功能是將DSP發(fā)出的控制后級(jí)UPS的逆變輸出信號(hào)進(jìn)行電平匹配，使其符合一定的精度和幅值要求。相位控制電路的作用是將DSP發(fā)出的同步信號(hào)經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換及阻抗匹配后送到后級(jí)UPS控制電路中作為UPS鎖相的給定信號(hào)。邏輯切換控制電路的功能是將DSP發(fā)出的控制信號(hào)經(jīng)過(guò)電平變換后去驅(qū)動(dòng)靜態(tài)開關(guān)動(dòng)作，完成相應(yīng)的邏輯關(guān)系控制。直流母線電壓檢測(cè)電路的作用是將UPS整流輸出的直流母線電壓變換后送到DSP的AD接口。輸出電流及輸出電壓檢測(cè)電路的作用是將UPS的輸出電壓及輸出電流經(jīng)過(guò)交流電壓及交流電流互感器檢測(cè)后，再經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換，送到DSP的AD接口，作為DSP的控制程序?qū)PS的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的反饋量。市電檢測(cè)電路的作用是將交流市電經(jīng)變換后送到DSP中，作為控制UPS電源與市電同步的給定值。所有的檢測(cè)量經(jīng)AD接口送到DSP，DSP完成對(duì)各模擬參數(shù)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換及數(shù)字優(yōu)化濾波，濾除噪聲干擾，分離出有用的信號(hào)，保證檢測(cè)信號(hào)的真實(shí)性及有效性。UPS并聯(lián)控制系統(tǒng)的通訊接口電路將本UPS的工作狀態(tài)(輸出電壓幅值、輸出電壓頻率、輸出電壓的相位、切換邏輯要求等)送到通訊總線上，并通過(guò)通訊總線接收并聯(lián)控制系統(tǒng)向其它UPS發(fā)出的工作狀態(tài)信號(hào)，作為并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行均流控制、邏輯切換的重要依據(jù)。通過(guò)這一系列的控制處理，再利用DSP軟件系統(tǒng)的調(diào)整管理，增強(qiáng)了UPS的并聯(lián)冗余和精確控制能力。

　　3)降低UPS輸入電流諧波含量：對(duì)于中、大型UPS而言，可選用6脈沖整流+5次諧波濾波器型UPS、12脈沖整流器型UPS、6脈沖整流+有源濾波器型UPS和12脈沖整流+11次諧波濾波器型UPS(控制諧波效果最為理想)。對(duì)于中、小型UPS而言，可選用IGBT脈寬調(diào)制整流器型UPS,以滿足“綠色”電源的要求。

　　二 結(jié)束語(yǔ)

　　從以上兩例UPS的故障處理可以看出，UPS的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，不同品牌的UPS在性能上也有很大的差別。因此，不能單從經(jīng)驗(yàn)上或理論上來(lái)判斷一些現(xiàn)場(chǎng)故障。可喜的是，UPS的設(shè)計(jì)制造技術(shù)越來(lái)越成熟，相關(guān)技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，調(diào)整判斷也越來(lái)越趨于智能化，我們期待有更多更好的高性能UPS不斷推出，為用戶關(guān)鍵負(fù)載的可靠用電保駕護(hù)航。