前端UPS電源設計與維護

2019-11-03 10:02:03

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供稿：網友

　　河南省濮陽市有線電視臺高級工程師李軍

　　河南省濮陽市有線電視臺工程師劉道甫

　　近幾年，有線電視事業在我國得到了飛速發展，為觀眾提供豐富多彩的電視節目，豐富了我們的文化生活，特別是有線電視網新近開發的多功能增值業務、數據業務，更為我國信息化建設注入了新的活力，因此，要確保有線電視網的安全運營和優質播出是至關重要的。有線電視前端是該系統的心臟，為了保證系統心臟工作穩定，前端必需使用UPS不間斷電源。UPS電源可以解決電源斷電、電壓下陷、電源浪涌、減幅振蕩、電源干擾、電源突波、電源波動、交換瞬變及諧波失真等由市電電源質量差對前端設備造成的危害。本文就如何設計和維護UPS電源談一下自己的經驗與體會。

　　一、如何設計UPS電源系統

　　1、UPS不間端電源的工作原理

　　UPS（uninterrupted power supply）電源包括兩部分主機和蓄電池，按工作方式可分為后備式和在線式兩種。后備式UPS電源在市電正常供電時，市電通過交流旁路通道直接向負載供電，此時主機上的逆變器不工作，只是在市電停電時，才由蓄電池供電，經逆變器驅動負載。因此它對市電品質基本沒有改變。

　　而在線式UPS電源卻有所不同，在市電正常時，它首先將交流變成直流電，然后進行脈寬調制、濾波，再將直流電重新變成交流電源向負載供電；一旦市電中斷，立即改為蓄電池逆變器對負載供電；因此,在線式UPS電源輸出的是與市電網完全隔離的純凈的正弦波電源，大大改善了供電的品質，保護了負載安全、有效的工作。在線式UPS電源工作原理如圖：

　　2、UPS額定輸出容量的選擇

　　首先計算前端的負載功率，為確保UPS的系統高效率和盡可能地延長UPS的使用壽命，一般負載功率應滿足UPS額定功率的60-70%。例如我們前端，需要不間斷供電的設備有衛星接收機、調制器、混合器、光發光收電腦及網絡交換等，統計總功率為4500VA，因此我們選擇4500÷75%≈6428VA，所以就選擇了6500W的在線式主機。

　　3、計算蓄電池的工作時間

　　蓄電池的基本參數：電壓（2V、6V、12V等）、容量（65AH、100AH等）

　　在實踐過程中，我們總結出下面的公式，可以計算出蓄電池的工作時間：

　　蓄電池組容量×電壓/主機額定功率×0.75（功率因數）= 滿載時蓄電池工作時間

　　例如我們的UPS系統，主機額定工作功率6500W，3個電池柜共30塊鉛酸蓄電池，每塊電壓12V，容量100AH。

　　所以電池組電壓=12V×10=120V

　　電池組容量=100AH×3=300AH

　　該系統滿載時蓄電池工作時間為：300AH×120V/6500W×0.75= 7.4小時

　　說明該系統在斷電時蓄電池至少可以工作7.4小時。

　　以實際負載功率計算：

　　300AH×120V/4500W = 8小時

　　我們的前端UPS系統在斷電時，最多堅持8個小時，此結果經過我們多次放電實驗，證明是正確的.上述公式如果反推，根據當地實際情況，確定蓄電池所需要的工作時間，就可以決定所需的蓄電池容量和電壓。

　　4、配線選擇

　　合理選擇配線是很重要的，線徑太細，電流太大，容易發熱而引起火災；線徑太粗，則造成浪費。根據金屬導線的電氣特性，一般多股銅芯線容量為6A/mm ,鋁線容量為4A/mm ，確定主機功率后，可以參考下表選擇配線和空氣開關。

表一配線選擇

表二空氣開關選擇

　　5、選擇品牌

　　在購買UPS電源時，應主要考慮下列因素：輸入電壓范圍、輸出電壓范圍、輸出頻率范圍、旁路逆變零切換以及抗突波、干擾、諧波失真的能力，另外，售后服務也很重要。大量實踐證明，如果UPS輸出端的零線對地線的"干擾"電位過高，會導致計算網絡的數據通訊的誤碼率增高，如果使用高頻機型，由于高頻輻射，它會對計算機網絡造成影響，因此選型時應考慮這些問題。

　　二、UPS系統維護

　　1、主機的維護及注意事項

　　UPS主機一般是智能型的，它對環境溫度要求不高，但要求室內清潔衛生，否則灰塵遇潮濕會引起主機工作紊亂；主機中的參數在使用中不能隨意改變；在斷電時，應避免帶負載啟動UPS電源，應先關掉負載，等UPS啟動后再開啟負載，否則會有多負載的沖擊電流和供電電流造成UPS電源瞬間過載，嚴重時會損壞變換器；不能讓UPS電源經常處于滿載或過載。

　　2、蓄電池的維護及注意事項

　　盡管使用的是免維護蓄電池，但從廣義來說一定的維護還是必要的。首先它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，溫度每降低1℃，其容量下降1%，而溫度過高（大于30℃）其壽命就會縮短；其次，要防止電池短路或深度放電，深度放電會造成電池內阻增大或充電電壓過低從而導致降低甚至失去充電能力，放電程度越深，循環壽命越短；第三，要避免大電流充放電，否則會造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質脫落，內阻增大，容量下降，壽命縮短；第四，由于組合電池電壓很高，存在電擊危險，因此裝卸導電聯接條、輸出線時應有安全保障；第五，對于不經常停電的地區，建議用戶每隔一個月對UPS進行一次人為的斷電，讓UPS電源在逆變狀態下工作一段時間，防止電解液沉淀，以便讓蓄電池維持良好的充放電特性，延長使用壽命；第六，搬運電池時不要觸動極柱和安全排氣閥；第七，不能用二氧化碳滅火器，一旦發生火災，可用四氧化碳之類的滅火器；第八，不能把不同容量、不同廠家、不同性能的電池聯在一起，否則會影響整組蓄電池的性能。

　　同時，要定期對電池進行檢查、測量，并做好記錄。檢查項目包括：整組電池的浮充電壓，單體電池浮充電壓，測單體電池電壓時，應在電池放電狀態下進行，否則測得的結果會是假電壓，經驗作法是在測量時，萬用表兩端并聯一個1-3歐母的電阻絲；檢查電池是否損壞，殼、蓋間有無泄漏，表面是否有灰塵等雜物，電池架、連接線、端子是否有松動或銹蝕等。單體電池電壓不能低于標稱值的70%，判斷是漏液還是酸霧的標志是觀察極柱是否有晶體淅出，有晶體淅出證明是漏液現象，否則是酸霧，漏液主要集中在蓄電池正、負極接線端子處，酸霧溢出主要是排氣閥附近。一旦當發現電池電壓異常、物理損傷、電解液泄漏、溫度異常等現象，應找出原因并及時更換有故障的蓄電池。

摘自濮陽廣電信息網絡中心

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