UPS電源供電系統(tǒng)故障的原因分析及解決措施

美克電源在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，UPS電源的應用較為普遍，主要為計算機網絡或者電子通信設備提供不間斷的電力供應，確保其可靠運行顯得尤為重要。本文結合實例，首先介紹了UPS電源工作原理，分析UPS電源故障產生的原因，并提出將UPS的報警信號接入中控以DCS系統(tǒng)的解決方案，以提高UPS電源供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

UPS電源又稱為不間斷電源，主要由整流器、逆變器和蓄電池等電源裝置組成，具有輸出電壓、頻率穩(wěn)定、電壓失真度小和運行穩(wěn)定等優(yōu)點，能夠為計算機網絡、電子設備裝置和通信系統(tǒng)等重要用戶提供可靠的優(yōu)質電源，并且保證用戶不致因停電而丟失數據影響工作。目前UPS電源供電系統(tǒng)廣泛應用于各個領域，在各運營系統(tǒng)中發(fā)揮著關鍵的作用。但目前，應用過程中還發(fā)生存在不少故障現(xiàn)象，直接影響了它的可靠性。因此，如何解決UPS電源供電故障成為了技術人員急需解決的難題之一。

1 UPS電源工作原理介紹

某廠供電采用兩套UPS設備并聯(lián)共用一套蓄電池的結構。正常情況下，兩套UPS互為備用，其中一套正常工作即可滿足使用工況。UPS供電模式分為以下3種。

（1）主電源供電模式。主電源供電模式為UPS正常工作模式，在此模式下，負載由電源l經整流充電器和逆變器供電，整流充電器同時給蓄電池組浮充充電。

（2）靜態(tài)旁路供電模式。電源2回路稱為靜態(tài)旁路，作為電源1的后備。在UPS1和UPS2的逆變器電壓輸出故障時，靜態(tài)開關自動導通，負載不間斷切換為電源2回路供電模式。

（3）蓄電池供電模式。此種模式為應急工作模式，當電源1和電源2供電中斷時，供電流程轉換為蓄電池組經逆變器給負載輸出電力；當兩套UPS同時為蓄電池組供電模式時，將觸發(fā)安裝在負載開關1上的時間繼電器，蓄電池組持續(xù)向外供電半小時后，時間繼電器發(fā)出信號斷開負載開關1，以保證負載開關2下的通信系統(tǒng)等設備的電力供應，以此實現(xiàn)負載優(yōu)先級的設置。

2故障現(xiàn)象及原因分析

該廠發(fā)生過2次因UPS系統(tǒng)供電電源中斷而導致的停產事件。事件發(fā)生時，該廠電網工作正常，兩套UPS均為蓄電池供電模式，負載開關1處于分閘位置，負載開關2處于合閘位置。

在主電源正常的情況下，兩套UPS同時轉換為蓄電池供電模式，表明兩套UPS充電器同時發(fā)生了故障，但事后檢查充電器無異常，重新啟動兩臺充電器，均可正常運行。為了徹底查清原因并解決問題，該廠技術人員和UPS廠家工程師對產品的性能和使用工況進行了一次全面的數據收集和調研，進而確定故障的具體原因。下面介紹排查工作的具體步驟。

2．1參數設置和記錄跟蹤

運用TLS軟件與UPS系統(tǒng)進行在線通信，對機組PLC模塊內的基本參數設定值和在線測量數據進行檢查，無異常發(fā)現(xiàn)。在報警記錄的檢查中，發(fā)現(xiàn)“電源2相位超限”報警頻繁出現(xiàn)，出現(xiàn)頻率約為每小時10次，報警狀態(tài)持續(xù)時間約4～8s，在此報警產生的時間內UPS自動切換到電源2帶載的功能將被禁止。又由于此報警為自動復位式報警，因此UPS系統(tǒng)會在此報警自動復位消失后恢復電源2的正常工作狀態(tài)。

2．2波形采集及分析

用FLUKE43B電網分析儀對電源1和電源2的輸入波形。電源2的輸出波形以及逆變器的輸出波形進行取樣分析，波形分析結果無異常。

2．3局域電網結構分析

UPS電源1和電源2的供電電源均為平臺電網，單臺發(fā)電機工作時的電網最大輸出有功功率為4000kw，日常帶載量約為1600kw。平臺電網具有網小但工況復雜的特點，電網內設備種類（包括變壓器、馬達、變頻器和海纜等）相對較多，設備的突加突卸現(xiàn)象較頻繁。對電網進行分析后，結合上面兩步的分析結果，初步認定相對大功率設備的頻繁啟動可能是UPS“電源2相位超限”報警頻繁產生的原因。

2．4故障原因確定與驗證

在假定了報警原因為大功率設備頻繁啟動的前提下，決定在大功率設備旁進行蹲點測試，選取1臺l07kw的空調制冷壓縮機（星三角啟動）進行實測。實測發(fā)現(xiàn)在壓縮機每次啟動時，UPS便產生“電源2相位超限”報警，報警持續(xù)4～8s，與電機啟動時間相符。從而確定。電源2相位超限。報警產生原因：當平臺大功率設備啟動時，電源2的輸入輸出電壓產生畸變，導致相位超限并報警。由此進一步推論，如果在短時間內有多臺大功率設備先后啟動，那么電源1的輸入波形和電源2的輸入輸出波形將產生畸變，且畸變率逐漸增高，畸變持續(xù)時間增長；電源2的畸變導致“電源2相位超限”報警的自動復位時間加長；電源1的高畸變率會使整流充電器誤判為輸入電壓異常，而使整流充電器保護性停止工作；電源1和電源2的同時故障，使負載只能切換到蓄電池帶載模式，電池放電結束，DCS系統(tǒng)失電。這樣就出現(xiàn)了UPS故障導致供電中斷時電網工作正常的工況，且一年約一次的出現(xiàn)頻率也與推論中的極端工況相符。

3系統(tǒng)故障分析及解決辦法

實際工況決定了故障不大可能從根本上杜絕，因此決定將UPS報警信號接入中控DCS系統(tǒng)，以便設備產生故障報警后，在狀態(tài)可控前提下，通過中斷報警工況來阻止事態(tài)進一步擴大。具體處理思路如圖1所示。

4技術改造方案選擇及實施

4．1方案選擇

要實現(xiàn)上面所描述的預防控制功能，需將UPS的報警信號接入中控DCS系統(tǒng)，UPS機組能提供的接入方案有兩種。

（1）方案一：通過UPS通信模塊端口接入中控。UPS系統(tǒng)，并在DCS電腦上安裝UPS廠家工程師軟件以實現(xiàn)遠程在線監(jiān)控。該方案具有能讀取UPS設備的所有信息及數據的優(yōu)點；其缺點是：中控DCS系統(tǒng)和UPS分屬不同廠家，不能認證加裝在DCS電腦上的UPS廠家工程師軟件，這對DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定性有影響，DCS系統(tǒng)配合難度較大，風險不可控。

（2）方案二：串聯(lián)UPS機組報警輸出模塊上的開關觸點，將各類報警綜合為一對公共故障報警信號接入DCS系統(tǒng)。該方案接入DCS系統(tǒng)的為無源開關信號，DCS系統(tǒng)在工程設計中預留有開關信號接入功能的模塊，因此硬件接入條件滿足；軟件方面需在DCS系統(tǒng)內添加報警記錄和報警輸出界面，對此僅利用DCS系統(tǒng)自身的軟件就可實現(xiàn)。這種施工方案簡單且接入的信號不影響DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定性，缺點在于不能讀取UPS系統(tǒng)詳細的信息和數據。

從實際需求和改造難度綜合考慮后，認為方案二改動工作操作難度小、風險可控、功能滿足既定目標，更具可行性。

4．2方案實施

方案的確定，使檢修工作進入了最后的圖紙設計和現(xiàn)場施工階段，軟硬件的配置是決定改造方案的基本條件，主要涉及以下幾方面。

（1）UPS報警輸出模塊上均為無源常開和常閉觸點，觸點電氣參數為AC 220V ／5A；DCS系統(tǒng)控制模塊電壓為DC 24V，觸點電氣參數滿足接入條件。

（2）串入的公共報警信號包括低電量關機警告、電池負載、維護配置、通用報警、逆變器負載等，功能上最大限度地涵蓋了各類輸出報警狀態(tài)。

（3）“電池負載”報警輸出點已被占用，故需加裝中間繼電器進行擴展。

根據以上實際條件和需要實現(xiàn)的功能，在原圖紙中進行了改動設計，接線如圖2所示。虛線為本次改動的接線，除U11～U14，U21～U24外，其余均為添加的新線，R1和R2為新添加的中間繼電器。

在改動設計中，將5類報警信號串聯(lián)為一對開關信號接入DCS系統(tǒng)。在UPS正常工作時，DCS接收到的為常閉開關信號；一旦有故障報警信號產生，串聯(lián)回路就斷開，DCS接收到的常閉開關信號消失，觸發(fā)DCS系統(tǒng)產生報警信號。為保證接線改動不影響UPS系統(tǒng)的穩(wěn)定性和功能，利用UPS自身的輸出電源作為中間繼電器的驅動電源，整個報警回路則遵循失電安全型規(guī)則。改動中，新增中間繼電器2個，涉及到接線18根，其中新增接線10根，原有接線改動8根。

改造完成后，對各種報警信號進行現(xiàn)場實際模擬測試，每次均能將報警信號及時傳入中控DCS系統(tǒng)，動作及時可靠。

結語

UPS電源供電系統(tǒng)對于保證現(xiàn)代通信系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行是至關重要的。實踐證明，采用將UPS的報警信號接入中控以DCS系統(tǒng)的解決方案，有效減少了UPS供電不正常而導致的供電中斷事件，提高了UPS電源供電系統(tǒng)的安全可靠性，對UPS電源的推廣具有重要意義。

審核編輯 黃昊宇