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UPS


高新机电很多项目使用了UPS
UPS-Uninterrupted Power System;利用电池化学能作为后备能量,在市电断电等电网故障时,不间断地为用户设备提供(交流)电能的一种能量转换装置。

UPS的四大功能
1、不停电功能,解决电网停电问题;
2、交流稳压功能,解决网压剧烈波动问题;
3、净化功能,解决电网与电源污染问题;
4、管理功能,解决交流动力维护问题;



UPS的主要作用:
实现电网与用电器之间的隔离;
实现两路电源的不间断切换;
提供高质量电源;
电压变换和频率变换功能;
停电后提供后备时间。

UPS种类
按工作原理不同,UPS分为:
离线式(后备式UPS、互动式UPS)
在线式UPS
按供电体系不同,UPS分为:单进单出UPS、三进单出UPS、三进三出UPS。
按输出功率不同,UPS分为:
微型 < 6kVA
小型 6-20kVA
中型 20-100KVA
大型 >100kVA
按电池位置不同,UPS分为:
电池内置式UPS(标准机型)
电池外置式UPS(长延时机型)

UPS系统结构及原理
监控平台也是UPS的最重要组成部分之一。

UPS的基本原理
后备式UPS运行原理
有市电时,市电通过开关后直接供给负载,逆变器不工作;另外,市电通过充电器给电池充电。
停电后,启动逆变器,把电池储存的能量通过逆变器和开关供给负载。
功率等级0.25-2KVA左右

互动式UPS运行原理
在线互动UPS与后备式比,主要区别在于:逆变器与充电器合二为一;输出通过变压器的抽头跳变,实现分段稳压。
功率等级0.7-20KVA左右

在线式UPS运行原理
不管电网电压是否正常,负载所用的交流电压都要经过逆变电路,即逆变电路始终处于工作状态。
功率等级0.7-1500KVA左右

UPS品质选择与配置选择
UPS品质选择
UPS-负载:输出/整机指标
输出电压标准及精度(220/380VAC±1%)
输出频率标准及精度(50HZ±0.01%)
输出功率因素(0.7-1)
输出过载/抗短路能力(125%额定电流,10min 150%额定电流,60s )
三相不平衡能力(100%不平衡负载,电压不均衡<±5%)
动态响应(100%负载,瞬态电压波动<5%,恢复时间:≤20ms)
效率(90-94%)
噪音(50-75db)
环境指标(温度0~40℃),湿度,海拔<1000米)。
UPS整机指标-效率计算

UPS -电池:电池管理
充电保护(过压及过流充电保护,温度补偿)
放电保护(关机截止电压设定及调整,自动脱扣)
电池智能化管理(检测和报警)
后备时间计算和显示:额定负载后备时间T

UPS基础维护
UPS维护的一般要求
1、UPS主机现场应放置操作指南,指导现场操作。
2、UPS的各项参数设置信息应全面记录、妥善归档保存并及时更新。
3、检查各种自动、告警和保护功能是否正常。
4、定期进行UPS各项功能测试。
5、定期检查主机、电池及配电部分引线及端子的接触情况,检查馈电母线、电缆及软连接头等各连接部位的连接是否可靠,并测量压降和温升。
6、经常检查设备的工作和故障指示是否正常。
7、定期查看UPS内部的元器件的外观,发现异常及时处理。
8、定期检查UPS各主要模块和风扇电机的运行温度有无异常。
9、保持机器清洁,定期清洁散热风口、风扇及滤网。
10、定期进行UPS电池组带载测试。
11、各地应根据当地市电频率的变化情况,选择合适的跟踪速率。当输入频率波动频繁且速率较高,超出UPS跟踪范围时,严禁进行逆变/旁路切换操作。在油机供电时,尤其应注意避免该情况的发生。
12、UPS应使用开放式电池架,以利于蓄电池的运行及维护。

UPS维护项目及周期表
1 UPS日检项目:
主要内容有:检查控制面板,确认所有指示正常,所有指示参数正常,面板上没有报警;检查有无明显的高温、有无异常噪声;确信通风栅无阻塞;调出测量的参数,观察有无与正常值不符等。
2 UPS周检项目:
周检的主要内容有:测量并记录电池充电电压、电池充电电流、 UPS 三相输出电压、UPS 输出线电流。如果测量值与以前明显不同,应记录下新增负荷的大小、种类和位置等。
UPS月、季、年维护项目:

UPS电源的电池管理
电池是UPS的重要组成部分,在UPS的诸多故障中,有很大比例是由于电池问题引起的,电池性能的好坏直接影响到系统的可靠性。为了保证电池的服务寿命,除了维持正常温度和日常的维护外,电池的自动管理是至关重要的因素。
UPS电源对电池自动管理包括自动均浮充转换控制、电池预告警关机、定期自动维护、手动电池自检等多项可提高电池使用寿命的先进功能,同时还具备电池故障检测、电池放电后备时间预测及电池特征曲线管理。
自动均、浮充转换
电池充电过程能自动根据电池电流实现均充、浮充自动转换,设定的均充转浮充判据为:I≤0.01C。

2 电池浮充电压温度补偿:(以2V电池为例)
电池在浮充状态下,浮充电压可以根据温度进行补偿,温度补偿以20℃为中心点,在10℃-40℃内全补偿,计算公式:
温度T>40 ,T=40 ; 若T<10,T=10
电池平均单体电压应调节为:V=V0+(20-T)×0.003
其中,V0为电池厂家给定的在20℃下的单体浮充电压,可以根据不同电池在初次上电时进行设置,默认为2.23V。对均充电压不补偿,默认的单体均充电压为2.35V。

3 均充限时:
如果连续12小时处于均充状态,控制系统将强制转浮充状态,此设置的条件是均充时间达到设定值时,自动转为转浮充状态。
4 放电管理:
设置电池放电的截止电压为每单体电池1.8V,实际截止电压会随电池老化程度不同而在此值附近向下浮动,截止电压为每单体电池1.8V的选取,已经考虑到了大功率放电情况下电池容量的衰减。

UPS电池自动测试

UPS蓄电池的容量测试可人工测试或利用UPS的电池自动测试功能实现。人工测试的方法可参考直流供电系统中蓄电池的容量测试方法进行。下面对UPS的自动测试功能进行介绍。
该测试只有在以下情况下才能进行:
逆变器在运行;
逆变器不超载;

备用电源(旁路供电)存在并且符合要求;
逆变器与旁路电源同步;
电池必须充足电。
UPS电池自动测试功能根据以下三点设置:
时间间距(测试周期可设定为10天―150天)
电池自动测试的日期和时间
电池有问题时默认的报警方式

启动电池测试时,整流器电压将下降到电池组额定电压以下,而在逆变器关机电压以上,如果电池在规定负载和规定时间内可以按要求放电,UPS就给出一个肯定的信号,表明电池是好的;如果电池在规定负载和规定时间内不能按要求放电,UPS就给出一个否定的信号,表明电池需要更换。但这时由于整流/充电器电压大于逆变器关机电压值,故整流/充电器电压仍然向逆变器供电,使输出电压并不间断。

UPS常见故障处理

1 市电有电时,UPS出现市电断电告警。
可能原因
1)市电输入空开跳闸。
2)输入交流线接触不良。
3)市电输入电压过高、过低或频率异常。
4)UPS输入空开或开关损坏或保险丝熔断。
5)UPS内部市电检测电路故障。

处理方法
1)检查输入空开。
2)检查输入线路。
3)如市电异常可不处理或启动发电机供电。
4)更换损坏的空开、开关或保险丝。
5)检查UPS市电检测回路。
2 市电正常时,UPS输出正常;市电断电后,负载也跟着断电。
可能原因
1)由于市电经常低压,电池处于欠压状态。
2)UPS充电器损坏,电池无法充电。
3)电池老化、损坏。
4)负载过载,UPS旁路输出。
5)负载未接到UPS输出。
6)长延时机型的电池组未连接或接触不良。
7)UPS逆变器未启动(UPS面板控制开关未打开),负载由市电旁路供电。
8)逆变器损坏,UPS旁路输出。
处理方法
1)A、在市电电压正常时对电池充足电。
B、启动发电机对电池充电。
C、在UPS输入端加稳压器。
2)检查充电器。
3)更换电池。
4)减少负载。
5)将负载接到UPS的输出。
6)检查电池组是否接对、接好。
7)启动逆变器对负载供电(打开面板控制开关)。
8)检查逆变器。
3 UPS无法启动。
可能原因
1)电池长期放置不用,电压低。
2)输入交流、直流电源线未连接好。
3)UPS内部开机电路故障。
4)UPS内部电源电路故障或电源短路。
5)UPS内部功率器件损坏。
处理方法
1)将电池充足电。
2)检查输入交流、直流线是否接触良好。
3)检查UPS开机电路。
4)检查UPS电源电路。
5)检查UPS内部整流、升压、逆变等部分的器件是否损坏。
UPS在正常使用时突然出现蜂鸣器长鸣告警。
可能原因
1)用户有大负载或大冲击负载启动。
2)输出端突然短路。
3)UPS内部逆变回路故障。
4)UPS保护、检测电路误动作。
处理方法
1)A、 负载投入时按先大后小的顺序。
B、 增大UPS的功率容量。
2)检查UPS的输出是否短路。
3)检查UPS逆变器。
4)检查UPS内部控制电路。
6 UPS工作正常但负载设备异常。
可能原因
1)UPS输出零地电压过高。
2)UPS地线与负载设备地线没接在同一点上。
3)负载设备受到异常干扰。
处理方法
1)检查UPS接地,必要时可在UPS的输出端零地间并一个1-3KΩ电阻。
2)将UPS地与负载地接到同一个点上。
3)重新启动负载设备。

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UPS与STS

 
以上为机房UPS电源操作面板

 
 
以下介绍一下UPS操作步骤和注意事项。
 

一、安装注意事项:
1、UPS放置于通风,远离水得地方(现放置得位置较合理,不靠近窗边,不放置于空调底部,避开可能有水得地方);

2、负载与UPS连接时。须先关闭负载,再接线,然后再逐个打开负载(注:负载是指连接到UPS上的设备);

3、无论输入电源线是否插入市电插座,UPS输出都可能带电。关闭UPS并不能保证机内部件不带电。如果要使UPS无输出,须先关机,再切断市电供应。如下步骤:

4、UPS使用前先将电池充电8小时以上(也就是打开总电源开关)。


二、操作
1、开机(接市电)
a、确定电源配接正确后,先将总开关置“ON”,此时风扇会转动,UPS经由旁路对负载供电,此时UPS处于旁路供电模式下(如图所示为旁路模式,注意橙色灯);

b、持续按开机键1秒以上,UPS开机,即开启逆变器;
c、 开机时UPS会先自检,此时面板上负载/电池指示灯会全亮,从下至上逐一熄灭,几秒后逆变指示灯亮,UPS处于市电模式下运作。(若市电异常,如断电等,UPS则处于电池模式下运作)

 
(上图为自检,下图为正常市电模式下运作)

2、关机(有市电)
a、持续按关机键1秒以上,进行关机;
b、关机时UPS进行自检,此时负载/电池指示灯会全亮,并逐一熄灭,逆变指示灯熄灭,此时UPS处于旁路模式下;
c、执行以上操作后,UPS处于旁路供电,此时只要将总电源开关断开即可,断开后UPS先自检,最后前面板无显示,UPS顺利关机。
注意:关机之前先将所有负载关掉或断开。



三、工作模式
1、市电模式
市电模式下运行的面板如下,此时市电指示灯和逆变指示灯都会亮。

 
2、电池模式
电池模式下运行的面板如下所示,此时电池指示灯和逆变指示灯亮。

 
此时应注意,电池模式下,UPS每隔4秒鸣叫一次(此时可持续按开机键1秒以上消音,再持续按一次开机键恢复鸣叫),电池电量越少,UPS鸣叫时间间隔越短,当电量不足时,UPS自动关机,此时应抓紧时间将所有负载关闭(对于服务器来说,抓紧时间正常关机,降低服务器的非正常关机几率)
 
3、旁路模式
旁路模式下运行的面板如下所示,此时市电指示灯和旁路指示灯亮。(此时UPS有间隔的鸣叫)
 
此时UPS上连接的所有负载均可看作是与市电直接相接,而不经过UPS,UPS既不起稳压作用,也不起供电作用。
 

四、故障排除
若进入机房后发现UPS长鸣,先观察前面板指示灯情况:
1、若UPS处于旁路模式且无其他问题时,此时应注意联系各核心网管,将机柜内服务器正常关机,撤去UPS,并及时与厂家联系送修;

2、若此时处于电池模式下,则迅速将服务器依次正常关机,避免电量耗完服务器被迫关机,此时注意查看是否市电已断,市电恢复后请依正常启动服务器;

3、未明情况时,请参照一撤去UPS并送修。
注:UPS关机时须严格按照上述操作,切勿直接断开总开关,可能影响到UPS的负载容量。