美克電源在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，UPS電源的應(yīng)用較為普遍，主要為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或者電子通信設(shè)備提供不間斷的電力供應(yīng)，確保其可靠運(yùn)行顯得尤為重要。本文結(jié)合實(shí)例，首先介紹了UPS電源工作原理，分析UPS電源故障產(chǎn)生的原因，并提出將UPS的報(bào)警信號(hào)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(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，能夠?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電子設(shè)備裝置和通信系統(tǒng)等重要用戶提供可靠的優(yōu)質(zhì)電源，并且保證用戶不致因停電而丟失數(shù)據(jù)影響工作。目前UPS電源供電系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在各運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。但目前，應(yīng)用過(guò)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(shù)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(shè)備并聯(lián)共用一套蓄電池的結(jié)構(gòu)。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(fù)載由電源l經(jīng)整流充電器和逆變器供電，整流充電器同時(shí)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(shí)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)自動(dòng)導(dǎo)通，負(fù)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(yīng)急工作模式，當(dāng)電源1和電源2供電中斷時(shí)，供電流程轉(zhuǎn)換為蓄電池組經(jīng)逆變器給負(fù)載輸出電力；當(dāng)兩套UPS同時(shí)為蓄電池組供電模式時(shí)，將觸發(fā)安裝在負(fù)載開(kāi)關(guān)1上的時(shí)間繼電器，蓄電池組持續(xù)向外供電半小時(shí)后，時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào)斷開(kāi)負(fù)載開(kāi)關(guān)1，以保證負(fù)載開(kāi)關(guān)2下的通信系統(tǒng)等設(shè)備的電力供應(yīng)，以此實(shí)現(xiàn)負(fù)載優(yōu)先級(jí)的設(shè)置。

2故障現(xiàn)象及原因分析

該廠發(fā)生過(guò)2次因UPS系統(tǒng)供電電源中斷而導(dǎo)致的停產(chǎn)事件。事件發(fā)生時(shí)，該廠電網(wǎng)工作正常，兩套UPS均為蓄電池供電模式，負(fù)載開(kāi)關(guān)1處于分閘位置，負(fù)載開(kāi)關(guān)2處于合閘位置。

在主電源正常的情況下，兩套UPS同時(shí)轉(zhuǎn)換為蓄電池供電模式，表明兩套UPS充電器同時(shí)發(fā)生了故障，但事后檢查充電器無(wú)異常，重新啟動(dòng)兩臺(tái)充電器，均可正常運(yùn)行。為了徹底查清原因并解決問(wèn)題，該廠技術(shù)人員和UPS廠家工程師對(duì)產(chǎn)品的性能和使用工況進(jìn)行了一次全面的數(shù)據(jù)收集和調(diào)研，進(jìn)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(shù)設(shè)置和記錄跟蹤

運(yùn)用TLS軟件與UPS系統(tǒng)進(jìn)行在線通信，對(duì)機(jī)組PLC模塊內(nèi)的基本參數(shù)設(shè)定值和在線測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，無(wú)異常發(fā)現(xiàn)。在報(bào)警記錄的檢查中，發(fā)現(xiàn)“電源2相位超限”報(bào)警頻繁出現(xiàn)，出現(xiàn)頻率約為每小時(shí)10次，報(bào)警狀態(tài)持續(xù)時(shí)間約4～8s，在此報(bào)警產(chǎn)生的時(shí)間內(nèi)UPS自動(dòng)切換到電源2帶載的功能將被禁止。又由于此報(bào)警為自動(dòng)復(fù)位式報(bào)警，因此UPS系統(tǒng)會(huì)在此報(bào)警自動(dòng)復(fù)位消失后恢復(fù)電源2的正常工作狀態(tài)。

2．2波形采集及分析

用FLUKE43B電網(wǎng)分析儀對(duì)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(jìn)行取樣分析，波形分析結(jié)果無(wú)異常。

2．3局域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

UPS電源1和電源2的供電電源均為平臺(tái)電網(wǎng)，單臺(tái)發(fā)電機(jī)工作時(shí)的電網(wǎng)最大輸出有功功率為4000kw，日常帶載量約為1600kw。平臺(tái)電網(wǎng)具有網(wǎng)小但工況復(fù)雜的特點(diǎn)，電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備種類（包括變壓器、馬達(dá)、變頻器和海纜等）相對(duì)較多，設(shè)備的突加突卸現(xiàn)象較頻繁。對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行分析后，結(jié)合上面兩步的分析結(jié)果，初步認(rèn)定相對(duì)大功率設(shè)備的頻繁啟動(dòng)可能是UPS“電源2相位超限”報(bào)警頻繁產(chǎn)生的原因。

2．4故障原因確定與驗(yàn)證

在假定了報(bào)警原因?yàn)榇蠊β试O(shè)備頻繁啟動(dòng)的前提下，決定在大功率設(shè)備旁進(jìn)行蹲點(diǎn)測(cè)試，選取1臺(tái)l07kw的空調(diào)制冷壓縮機(jī)（星三角啟動(dòng)）進(jìn)行實(shí)測(cè)。實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)在壓縮機(jī)每次啟動(dòng)時(shí)，UPS便產(chǎn)生“電源2相位超限”報(bào)警，報(bào)警持續(xù)4～8s，與電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間相符。從而確定。電源2相位超限。報(bào)警產(chǎn)生原因：當(dāng)平臺(tái)大功率設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，電源2的輸入輸出電壓產(chǎn)生畸變，導(dǎo)致相位超限并報(bào)警。由此進(jìn)一步推論，如果在短時(shí)間內(nèi)有多臺(tái)大功率設(shè)備先后啟動(dòng)，那么電源1的輸入波形和電源2的輸入輸出波形將產(chǎn)生畸變，且畸變率逐漸增高，畸變持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)；電源2的畸變導(dǎo)致“電源2相位超限”報(bào)警的自動(dòng)復(fù)位時(shí)間加長(zhǎng)；電源1的高畸變率會(huì)使整流充電器誤判為輸入電壓異常，而使整流充電器保護(hù)性停止工作；電源1和電源2的同時(shí)故障，使負(fù)載只能切換到蓄電池帶載模式，電池放電結(jié)束，DCS系統(tǒng)失電。這樣就出現(xiàn)了UPS故障導(dǎo)致供電中斷時(shí)電網(wǎng)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(shí)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(bào)警信號(hào)接入中控DCS系統(tǒng)，以便設(shè)備產(chǎn)生故障報(bào)警后，在狀態(tài)可控前提下，通過(guò)中斷報(bào)警工況來(lái)阻止事態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大。具體處理思路如圖1所示。

4技術(shù)改造方案選擇及實(shí)施

4．1方案選擇

要實(shí)現(xiàn)上面所描述的預(yù)防控制功能，需將UPS的報(bào)警信號(hào)接入中控DCS系統(tǒng)，UPS機(jī)組能提供的接入方案有兩種。

（1）方案一：通過(guò)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控。該方案具有能讀取UPS設(shè)備的所有信息及數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是：中控DCS系統(tǒng)和UPS分屬不同廠家，不能認(rèn)證加裝在DCS電腦上的UPS廠家工程師軟件，這對(duì)DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定性有影響，DCS系統(tǒng)配合難度較大，風(fēng)險(xiǎn)不可控。

（2）方案二：串聯(lián)UPS機(jī)組報(bào)警輸出模塊上的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，將各類報(bào)警綜合為一對(duì)公共故障報(bào)警信號(hào)接入DCS系統(tǒng)。該方案接入DCS系統(tǒng)的為無(wú)源開(kāi)關(guān)信號(hào)，DCS系統(tǒng)在工程設(shè)計(jì)中預(yù)留有開(kāi)關(guān)信號(hào)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(nèi)添加報(bào)警記錄和報(bào)警輸出界面，對(duì)此僅利用DCS系統(tǒng)自身的軟件就可實(shí)現(xiàn)。這種施工方案簡(jiǎn)單且接入的信號(hào)不影響DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定性，缺點(diǎn)在于不能讀取UPS系統(tǒng)詳細(xì)的信息和數(shù)據(jù)。

從實(shí)際需求和改造難度綜合考慮后，認(rèn)為方案二改動(dòng)工作操作難度小、風(fēng)險(xiǎn)可控、功能滿足既定目標(biāo)，更具可行性。

4．2方案實(shí)施

方案的確定，使檢修工作進(jìn)入了最后的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)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(bào)警輸出模塊上均為無(wú)源常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)，觸點(diǎn)電氣參數(shù)為AC 220V ／5A；DCS系統(tǒng)控制模塊電壓為DC 24V，觸點(diǎn)電氣參數(shù)滿足接入條件。

（2）串入的公共報(bào)警信號(hào)包括低電量關(guān)機(jī)警告、電池負(fù)載、維護(hù)配置、通用報(bào)警、逆變器負(fù)載等，功能上最大限度地涵蓋了各類輸出報(bào)警狀態(tài)。

（3）“電池負(fù)載”報(bào)警輸出點(diǎn)已被占用，故需加裝中間繼電器進(jìn)行擴(kuò)展。

根據(jù)以上實(shí)際條件和需要實(shí)現(xiàn)的功能，在原圖紙中進(jìn)行了改動(dòng)設(shè)計(jì)，接線如圖2所示。虛線為本次改動(dòng)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(dòng)設(shè)計(jì)中，將5類報(bào)警信號(hào)串聯(lián)為一對(duì)開(kāi)關(guān)信號(hào)接入DCS系統(tǒng)。在UPS正常工作時(shí)，DCS接收到的為常閉開(kāi)關(guān)信號(hào)；一旦有故障報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生，串聯(lián)回路就斷開(kāi)，DCS接收到的常閉開(kāi)關(guān)信號(hào)消失，觸發(fā)DCS系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。為保證接線改動(dòng)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(qū)動(dòng)電源，整個(gè)報(bào)警回路則遵循失電安全型規(guī)則。改動(dòng)中，新增中間繼電器2個(gè)，涉及到接線18根，其中新增接線10根，原有接線改動(dòng)8根。

改造完成后，對(duì)各種報(bào)警信號(hào)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際模擬測(cè)試，每次均能將報(bào)警信號(hào)及時(shí)傳入中控DCS系統(tǒng)，動(dòng)作及時(shí)可靠。

結(jié)語(yǔ)

UPS電源供電系統(tǒng)對(duì)于保證現(xiàn)代通信系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行是至關(guān)重要的。實(shí)踐證明，采用將UPS的報(bào)警信號(hào)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(dǎo)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(duì)UPS電源的推廣具有重要意義。

審核編輯 黃昊宇