UPS的供電原理是當市電正常時,系統會將市電的交流電轉為直流并對電池浮充電。一旦市電發生異常時,再將儲存于電池中的直流電能轉換為交流電,使負載繼續得到電能。這里需要強調的是UPS并不是停電時電池才會工作,如遇到電壓過低或過高、瞬間浪涌等足以影響設備正常運轉時均會工作,給設備提供穩定且純凈的電力。由于一般負載在啟動瞬間存在沖擊電流,而UPS內部功率元器件都有一定的安全工作范圍,盡管在選用器件時都會留有余地,但過大的沖擊波還是會縮短元器件的使用壽命,甚至造成元器件的損壞,因此在使用UPS時,應盡量減少沖擊電流帶來的影響。而且,儲能設備雖然可選用免維護蓄電池,但在日常運行當中,還是需要進行適當維護的。
1.UPS的系統組成
UPS由四個部分組成:整流、儲能、逆變和開關控制。
(1).整流器實現穩壓功能
整流器件采用晶閘管或IGBT,其本身具有可根據外電的變化控制輸出幅度的功能,從而當外電發生變化時(該變化應滿足系統要求),輸出幅度基本不變的直流電壓。
(2).儲能電池實現凈化功能
由于整流器不能消除瞬間脈沖干擾,整流后的電壓仍存在干擾脈沖,而蓄電池除可存儲直流電能外,其對整流器來說就像接了一只大電容,其等效電容量的大小與蓄電池的容量大小成正比。因為電容兩端的電壓是不能突變的,即利用了電容器對脈沖的平滑性消除了脈沖干擾,起到了凈化功能,也稱對干擾的屏蔽。
(3).逆變器實現頻率的穩定頻率的穩定度僅取決于逆變器振蕩頻率的穩定度。
(4).轉換開關為方便UPS的日常操作和維護,設計了系統的開關控制,如自動旁路開關、檢修旁路開關等。
2.UPS使用的注意要點
UPS雖然智能化程度較高,儲能設備也可選用免維護蓄電池,這給我們使用帶來了許多便利,但在其使用過程中還應注意許多方面,才能保證使用過程中的安全,以滿足UPS不間斷供電的需要。
(1).環境溫度
UPS主機對環境溫度要求不高，+5℃～40℃都能正常工作，但要求室內清潔少塵，否則灰塵加上潮濕會引起主機工作紊亂。蓄電池組對溫度的要求較高，標準使用溫度為25℃，室內溫度應在+(15～30)℃。溫度過低，會使蓄電池容量下降,溫度每下降1℃，其容量下降1%。如果長期在高溫下使用，溫度每升高10℃，電池的壽命約降低一半。
(2).參數設置
主機中設置的參數在使用中不能隨意更改,特別是電池組的參數,會直接影響其使用壽命。但隨環境溫度的改變,對浮充電壓要做相應調整,通常以25℃為標準,環境溫度每變化1℃時,浮充電壓也相應變化18mV(相對于12V蓄電池)。
(3).系統冷啟動
在無外電而僅靠UPS自行供電時,應避免帶負載啟動UPS。負載啟動瞬間,啟動電流會沖擊電池,大負載的沖擊會造成UPS瞬時過載,嚴重時將損壞逆變器,故需先斷開各負載,等UPS系統啟動后再開啟負載。
(4).增加負載
在設計過程中,UPS的功率余量一般不大,故在使用中不要隨意增加大功率的額外負載,也不允許在滿負載情況下長期運行。UPS的工作性質決定了其是在不間斷的狀態下運行,增加大功率負載,即使是在基本滿載的狀態下工作,都會造成主機的故障,嚴重時將損壞逆變器。
(5).電池相關問題
蓄電池組的電壓很高,存在電擊危險,因此在裝卸導電連接條、輸出線時應采取安全保護措施,如使用絕緣工具,帶絕緣手套,操作時站在絕緣板上等,特別是輸出接線端子,應有防觸摸措施。無論電池是在浮充狀態還是在充、放電檢修測試狀態,都要保證電壓和電流符合規定要求。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,這些都會影響電池的使用壽命,前者影響更大。在任何情況下,都應防止電池短路或者深度放電,因為電池的循環壽命和放電深度有關。放電深度越深,循環壽命越短。通常在核對性容量實驗中或是放電檢修中,放電達到容量的30%～50%就可以了。
對電池應避免大電流充放電。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,使得極板活性物質脫落,電池內阻增大,溫升提高,嚴重時將造成容量下降,電池壽命提前終止。
3.日常維護與檢修
UPS分為主機和蓄電池組,所以維護與檢修也是對這兩者而言的,而電池的維護又是工作中的重點。
(1).主機的維護與檢修
UPS在正常使用的情況下,主機的維護工作較少,主要是防塵和定期除塵。特別是氣候干燥的地區,空氣中的灰粒較多,機內的風機會將灰塵帶入機內沉淀,當遇空氣潮濕時會引起主機控制紊亂而造成主機工作失常,并且發出誤報警,大量的灰塵還會造成散熱不好,導致機內溫度升高。其次是在除塵時,檢查各連接件和插件有無松動和接觸不牢的情況。一般,每四年對UPS設備進行一次檢修,首先是更換UPS所有風扇,再根據運行情況,由專業人員帶電檢查直流回路紋波情況,從外表查看直流電容和交流電容有無異常,用專用表測試電容容量情況,確定是否更換電容。在清掃、檢修完成后,開始回裝插件,注意插件要插緊,二次插頭要插好。檢查通電后風扇和蓋板是否有共振。若以上情況都正常,UPS繼續手動旁通供電負載,在不帶載情況下，由專業技術人員單獨給UPS供電調試自動旁通、整流器和逆變器。若調試正常，UPS開始切換，由手動旁通切換到自動旁通再到逆變器供電。
(2).電池的維護與檢修
儲能電池組目前基本采用免維護電池,但這只是免除以往普通鉛酸電池的測比、配比、定時添加蒸餾水的工作。而外因和不正常工作狀態對電池的影響沒有改變,這部分的維護檢修仍是非常重要的。UPS的安裝環境、環境溫度、充放電電流、充電電壓、放電深度。日常的維護項目有:清潔并檢查電池端電壓、溫度;連接處有無松動腐蝕現象,連接條壓降;電池外觀是否完好,有無變形和滲漏;極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出;主機設備運行是否正常。
儲能電池長期處于浮充狀態,這種情況下每年應進行一次放電試驗。對新電池而言,放電前應對電池組進行均衡充電,以達全組電池的電壓均衡。待放電時,先對電池做一個測試記錄,在放電過程中,定時檢查并記錄電池電壓,若有一只達到放電終止電壓時,應停止放電,若要繼續放電需先更換落后電池。免維護電池進行放電,建議離線進行。選擇放電電流時,要根據電池容量及電池備用時間,放電過程中用電流表監視,盡量保持電流恒定。通過調整電極在水中的深度和電解質的濃度,來調節放電電流的大小。值得注意的是,在放電過程中,水箱中會有大量熱量散發,溫度很高,要適當換水,降低水溫。對于鎳鎘電池,其電解液是氫氧化鉀溶液,放電時不但會產生熱量,還會釋放有害氣體,所以放電時需要保證良好的通風。深度放電會造成蓄電池內部極板表面硫酸鹽化,導致蓄電池內阻增大,嚴重時會使個別電池出現“反極化”現象和電池的永久性損壞。蓄電池對環境溫度要求較高,工作環境一般要求在20～25℃之間,低于15℃時,其放電容量下降,而溫度過高(大于30℃)其壽命就會縮短。目前常用的M型密封式鉛酸蓄電池的使用壽命大約在10年以內。
免維護電池需要維護并不是無稽之談,應從廣義的維護立場出發,做到運行、管理的周到、細致和規范,保證設備良好的運行狀況,從而延長使用年限;保證直流母線經常處在合格的電壓和電池的放電容量;保證電池運行可靠和人員的安全。這就是電池維護的目的,也是電池運行規程中包括的內容和規定。
(3).故障排查
當UPS電池出現故障時,應先查明原因,分清是負載問題還是UPS問題,是主機故障還是電池組故障。雖說UPS主機有故障自檢功能,但它對面不對點,更換配件很方便,但要維修故障點,還需要大量分析、檢測工作。另外,如自檢部分發生故障,顯示的故障內容則可能有誤。
對主機出現擊穿、斷路器或器件燒毀故障,一定要查明原因并排除故障后才能重新啟動,否則可能發生相同的故障。
當電池組中發現電壓反極、壓降大、壓差大和酸霧泄露現象的電池時,應及時采用相應的措施進行修復,對不能修復的就要更換,但不能把不同容量、不同性能、不同廠家的電池混在一起使用,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,以免影響主機。
(4).做好防雷措施
在UPS市電輸入端必須安裝防雷設備,并確認UPS可靠接地。接地電阻應小于2Ω。
4.結束語
再好的設備也有壽命,也會出現各類故障,但維護工作做的好可以減少設備故障,延長設備壽命。不能因為高智能、免維護而忽略了本應進行的維護工作,在任何時候都可能發生故障,而預防工作則是安全運行的重要保障。
