张久明 吕栋栋 杨峰
中远天然气技术服务有限责任公司
摘要：不间断电源（UPS）作为组成供电系统的重要设备，一是当正常交流供电出现中断时，从蓄电池中输出的直流通过逆变器转变成交流持续供电重要设备；二是通过过整流滤波电路输出高品质电能供电重要设备，该系统运行的安全与稳定在一定程度上可以确保整个输气站场一级负荷的安全运行。因此，强化对不间断电源的工作原理及其维护的研究非常有必要。本文主要介绍不间断电源UPS的基本结构组成、基本工作原理与维护途径。
关键词：UPS；工作原理；维护
1 UPS的基本结构组成及应用类型
1.1 UPS的基本结构组成
不间断电源 UPS 主要由整流器、逆变器、旁路开关、蓄电池 4 大部分共同组成。首先是整流器，它能够提供交流转直流电源功能服务，可应用于后续的蓄电池与逆变器功能过程中。整流器的性能指标能够直接影响到UPS的电源输入指标，就这一点来讲它起到两点作用：第一，在将交流电整流转变为直流电并进行滤波处理后还会为负载设备或逆变器供给电能；第二可为蓄电池提供充电电压，作用类似于充电器。在整流器中一般会用到高频开关配合可控硅，它伴随外接电源的变化合理控制电源电能输出幅值，可为设备后端输出幅值相对稳定的直流电源电能。
其次是逆变器，逆变器中包含上级直流电源部分，即蓄电池与整流器，二者均可转变成为交流电源。另外，逆变器中还包含逆变桥、滤波电路以及控制逻辑电路。逆变器的最大作用就是将市电经过整流转变为更加稳定的直流电或蓄电池储存直流电能源，或是转变形成波形更加稳定的交流电。
旁路开关，它能提升UPS的工作安全可靠性，且能承载一定的负载、过载和短路。在 UPS 中，旁路开关通过逆变器自动切换旁路，可产生超过IGBT 管 1.25 倍的过载电流。实际上，它加大了电气设备的保护上限，能够避免由于电流过载所导致的设备短路损坏问题。所以，旁路开关是能够通过自动切换有逆变器进行持续供电的。
最后是蓄电池，蓄电池中可储存UPS 电能，它的容量大小决定了应急供电的具体时间。在市电电压稳定供应期间，UPS 通过整流器将电能转换为化学能再储存到蓄电池中。当市电断电或出现异常波动时，蓄电池中的所有化学能会转化为后端负载设备电能为电气设备提供充足电源。
1.2 UPS的常见应用类型
UPS的常见应用类型包括后备式UPS、在线式UPS两大类。其中，在线式UPS中还包括三端口UPS、串联型在线式UPS两类。本文以串联型在线式 UPS 为例进行介绍，它主要以交流电作为主要输入形式，它的滤波设备会对外电部分造成一定干扰，所以必须对外电部分加以优化处理。在经过整流滤波处理后，要保证电池组与逆变器始终处于正常充电状态，换言之，逆变器主要通过交流电将相对稳定的电压与电频输入到负载项。如果外电部分出现故障无法正常运行，则串联型在线式UPS中的逆变器就会对蓄电池的电压类型进行处理，通过负载获取交流电，如此可避免断电现象出现。
2 UPS基本工作原理
2.1 市电工作模式（正常模式）
在市电模式下，市电输入经过整流模块变成直流并滤波后，一方面经过逆变器输出交流电给负载供电，另一方面给电池进行充电。此时旁路输入处于备用状态。
.png)
2.2 电池工作模式（放电模式）
当市电输入出现异常，系统自动无间断切换到电池工作模式，由电池通过逆变器模块输出交流电给负载供电，此时旁路处于备用状态。如果市电恢复正常自动切换到市电工作模式。
.png)
2.3 静态旁路工作模式
当市电停电，电池放完电，自动切静态旁路工作，市电来电后自动切到市电模式；或者当逆变器故障，也会自动切到静态旁路供电。
.png)
2.4 手动旁路工作模式
当对UPS进行维护或者维修的时候，不希望对负载进行停电的一种操作模式，在手动旁路工作状态下把UPS的手动旁路开关闭合后，将输出开关、输入开关、旁路输入开关和电池开关断开，UPS内部不带电，只有输入输出端子带电，此步骤请慎重操作。
3 UPS的维护要点分析
针对UPS的日常运行维护要点要基于多点展开，例如：针对它的主机部分与蓄电池部分展开维护，同时要关注UPS日常维护中的某些注意要点。
3.1 UPS日常使用环境条件的营造
电源是电气设备生产的命脉，所以，某些大型工厂或企业在使用UPS电源时一定要首先为其营造安全可靠的日常使用环境条件，具体来讲就包括以下几点。首先，要保证UPS被安装在相对干燥、凉爽、清洁的环境中。例如：在某些阀控式密封蓄电池机房中就要相应配置通风换气装置，确保UPS蓄电池拥有良好的工作环境。具体来讲，要保证机房环境温度被始终控制保持在10～25℃范围内，且适度要控制在20%～70%。其次，要定期检查、记录UPS控制面板中的各项运行参数，争取在第一时间发现UPS异常状态，有效消除故障隐患问题。再次,对并联冗余系统中所存在负载均分并机运行方式进行系统性分析，主要通过它来测试并机系统运行的安全可靠性与稳定性。如果UPS以热备份方式在系统中运行，则需要提前进行备机带载试验。
3.2 对UPS主机系统的维护
UPS电源主机系统运行存在较为繁琐的技术需求，对环境条件要求也相对较高，例如：在恒温恒湿且绝对清洁的机房条件下才能保持其运行稳定。另外，对UPS主机系统的储能电池温度也会提出较高要求，一般最佳温度范围应该控制在 20～25 ℃。
一方面，考虑到UPS正常运行工作过程中，其主机中的内置参数无法进行随意更改，尤其是电池组参数无法更改（更改会导致UPS主机使用周期缩短），所以一旦出现温湿度环境变化情况时需要对设备主机系统参数进行微调，将其运行最佳温度调整到25℃为最佳。如果电气设备呈现断电状态，则要保证UPS不能带载工作，更不能在该情况下带载开机启动，正确方法是通过后再副段进行线下处理， 直到UPS正常启动才能实施逐步加载运行。另一方面，考虑到在线式UPS是存在负载端启动后出现冲击电流这一特征的，所以应该在负载未下线的情况下就启动UPS，避免UPS电源发生过载状况，也能保护逆变器不受损坏。
3.3 对蓄电池的维护
针对蓄电池的维护需要更加细致深入，因为保证蓄电池安全稳定才能为整个UPS 系统提供稳压稳频。如果发生市电异常情况，则需要快速将蓄电池中的化学能全部转化为电能，再输出到后端负载设备中，确保设备长期稳定运行。再者，结合对UPS设备系统的实际维护状况分析，一般UPS中的电源故障都与蓄电池存在直接关系，说明蓄电池是影响UPS系统运行质量的关键。如蓄电池容量不足、前后端电压不足、瞬间放电电流无法有效控制都可能导致蓄电池出现问题，无法实现对负载的有效启动。结合上述问题，对UPS蓄电池的维护一定要做好每个季度一次的核对性放电试验，具体放电时间主要根据蓄电池的容量与负载大小来确定，一般可将放出的额定容量控制在30%～40%。举个例子，针对单体容量为12 V的蓄电池，需要保证做到3年一次的容量试验；而对于单体容量为6V和12V的蓄电池则需要保证做到1年一次的容量试验，即在一次全负荷放电后，再按照规定充电8小时以上。针对蓄电池的自检参数记录一般为每季度一次，这些数据可被视为是蓄电池的核对性放电试验参数，可用它来定性分析电池状态。
4 结语
不间断电源UPS系统运行理念特殊，作为电气设备的基础性电能保障系统，它具有复杂的组成部分与不尽相同的运行机制。因此，针对UPS系统的理论分析与日常维护工作必不可少，要从其工作原理与工作状态上分析理解其优缺点，做好对其系统与蓄电池的维护保养工作。
参考文献：
[1]邵长暖.不间断电源UPS故障剖析[J].机电信息,2020(30):26-27.
[2]赵迪,冯勇,郭永涛.工业站场UPS供电系统的优化设计[J].电子技术,2020,49(06):144-145.
[3]农俏梅.UPS不间断电源的维护及维修实例[J].视听,2020(03):211-212.