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                          迪能电气论UPS—不间断电源

                          迪能动态 | 2019-09-26
                          内UPS系统由于线路老化,发生相间短路。故障电流导致UPS电源屏内起火,进一步导致交流串直流,并击穿测控装置中的压敏电阻导致直流系统多点接地,
                          最终导致后台监控系统及远方通信失电。

                          ——一起真实的事故

                          UPS的作用

                          UPS中文为“不间断电源”。是一种含储能装置,以整流器、逆变器为主要组成部分,为变电站内监控系统、自动化仪表、远方通信系统等设备提供恒压恒频的不间断电源。

                          UPS系统的主要作用有两方面:

                          (1)做为重要设备的交流供电电源,防止市电突然断电而影响正常工作,给设备造成损害;

                          (2)消除市电中的电涌、瞬间高/低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”,改善电源质量,为计算机等提供高质量的电源。

                          UPS的分类

                          UPS系统主要有有三种类型:后备式、互动式、在线式。

                          多方面讲解「UPS—不间断电源」,电气人都该懂
                          (1)后备式:具备自动稳压、断电保护等功能,转换时间10ms左右,逆变输出的交流电是方波,结构简单,价格便宜;

                          (2)互动式:具有滤波功能,抗市电干扰能力强,转换时间小于4ms,逆变输出为模拟正弦波,价格远低于在线式;

                          (3)在线式:结构较复杂,性能完善,能够持续不中断输出纯净正弦波交流电,能够解决尖峰、浪涌、频率漂移等全部的电源问题;价格高,通常应用在关键计算机和网络设备等对电力要求苛刻的环境中。

                          UPS的结构

                          变电站内UPS系统一般由电力UPS主机、旁路稳压柜、输出馈线柜等三部分组成(小功率时也可三合一)。

                          结构示意图如图所示,简单说说几个比较重要的部分的用处。

                          多方面讲解「UPS—不间断电源」,电气人都该懂
                          整流器:

                          有两个主要功能:

                          第一,将交流电(AC)变成直流电(DC),经滤波后供给逆变器;

                          第二,给蓄电池提供充电电压,起到一个充电器的作用;

                          逆变器:

                          将直流电(DC)转化为交流电(AC),供给负载使用;

                          蓄电池:

                          UPS用来作为储存电能的装置,使其在市电失电时,可以将直流电逆变后,为负载提供不间断电源。其容量大小决定了其维持放电(供电)的时间 ;

                          静态开关:

                          又称静止开关,是用两个可控硅(SCR)反向并联组成的一种交流开关,其闭合和断开由逻辑控制器控制;

                          隔离变压器、稳压器:

                          在输入或输出部分将交流与直流隔离,稳压器除了隔离之外还有稳定电压的作用;

                          UPS的四种运行模式

                          UPS有4种运行模式,将UPS系统结构简化后示意图如下:


                          在正常交流电源供应下,整流器将交流电转换为直流电,将市电中的“电源污染”消除,并同时对蓄电池充电。再供给逆变器将直流电转换为交流电,
                          提供更稳定的电源给负载。



                          当交流电源发生异常或整流器、电抗器故障时,蓄电池组提供直流电给逆变器,使交流输出不会有中断,进而达到保护负载的作用。



                          当逆变器发生异常状况如逆变器保险丝熔断、短路等故障时,逆变器会自动切断以防止损坏,若此时旁路交流电源正常时,
                          静态开关会将电源供应转为由旁路备用电源输出给负载使用。


                          当 UPS要进行维修或更换电池而且负载供电又不能中断时,可以先切断逆变器开关然后激活维修旁路开关,再将整流器和旁路开关切断。
                          交流电源经由维护旁路开关继续供应交流电给负载,此时,维护人员可以安全地对UPS 进行维护。



                          (1)监控系统和远方通信系统对变电站十分重要,因此作为电源的UPS系统的可靠性也有非常高的要求;

                          (2)综自系统的负载大多数为单相负载,因此电力系统专用的UPS电源大多数要求为三相/单相输入、单相输出的中小型功率 UPS ,容量一般在 60kVA 范围之内;

                          (3)旁路静态切换开关应具有自动、手动两种工作方式,实现无间断切换;

                          (4)由于变电站有 220V或 110V 直流系统,并有直流充电屏给蓄电池充电。所以电力专用UPS自身不带蓄电池,直接使用直流系统作为UPS的直流输入,
                          并且不需要具备充电功能;

                          (5)电力专用 UPS 的直流输入端一般要求装有反灌杂讯抑制器,如逆止二极管等,使 UPS 对直流母线的影响尽量小;



                          二,UPS不间断电源常见解决问题办法

                          ups常见故障及分析



                          1、有市电时UPS输出正常,而无市电时蜂鸣器长鸣,无输出。

                          故障分析:

                          从现象判断为蓄电池和逆变器部分故障,可按以下程序检查:

                          1)检查蓄电池电压,看蓄电池是否充电不足,若蓄电池充电不足,则要检查是蓄电池本身的故障还是充电电路故障。

                          2)若蓄电池工作电压正常,检查逆变器驱动电路工作是否正常,若驱动电路输出正常,说明逆变器损坏。

                          3)若逆变器驱动电路工作不正常,则检查波形产生电路有无PWM控制信号输出,若有控制信号输出,说明故障在逆变器驱动电路。

                          4)若波形产生电路无PWM控制信号输出,则检查其输出是否因保护电路工作而封锁,若有则查明保护原因。

                          5)若保护电路没有工作且工作电压正常,而波形产生电路无PWM波形输出则说明波形产生电路损坏。

                          上述排故顺序也可倒过来进行,有时能更快发现故障。

                          2、蓄电池电压偏低,但开机充电十多小时,蓄电池电压仍充不上去。

                          故障分析:

                          从现象判断为蓄电池或充电电路故障,可按以下步骤检查:

                          1)检查充电电路输入输出电压是否正常。

                          2)若充电电路输入正常,输出不正常,断开蓄电池再测,若仍不正常则为充电电路故障。

                          3)若断开蓄电池后充电电路输入、输出均正常,则说明蓄电池已因长期未充电、过放或已到寿命期等原因而损坏。

                          3、逆变器功率级一对功放晶体管损坏,更换同型号晶体管后,运行一段时间又烧坏。

                          故障分析:

                          从现象判断为引起原因是电流过大,而导致过大电流的原因有:

                          1)过流保护失效。当逆变器输出发生过电流时,过流保护电路不起作用。

                          2)脉宽调制(PWM)组件故障,输出的两路互补波形不对称,一个导通时间长,而另一个导通时间短,使两臂工作不平衡,甚至两臂同时导通,造成两管损坏。

                          3)功率管参数相差较大,此时即使输入对称波形,输出也会不对称,该波形经输出变压器,造成偏磁,即磁通不平衡,积累下去导致变压器饱和而电流骤增,烧坏功率管,而一只烧坏,另一只也随之烧坏。

                          4、UPS开机后,面板上无任何显示,UPS不工作。

                          故障分析:

                          从故障现象判断,其故障在市电输入、蓄电池及市电检测部分及蓄电池电压检测回路:

                          1)检查市电输入保险丝是否烧毁。

                          2)若市电输入保险丝完好,检查蓄电池保险是否烧毁,因为某些UPS当自检不到蓄电池电压时,会将UPS的所有输出及显示关闭。

                          3)若蓄电池保险完好,检查市电检测电路工作是否正常,若市电检测电路工作不正常且UPS不具备无市电启动功能时,UPS同样会关闭所有输出及显示。

                          4)若市检测电路工作正常,再检查蓄电池电压检测电路是否正常。

                          5、在接入市电的情况下,每次打开UPS,便听到继电器反复的动作声,UPS面板电池电压过低指示灯长亮且蜂鸣器长鸣。

                          故障分析:

                          根据上述故障现象可以判断:该故障是由蓄电池电压过低,从而导致UPS启动不成功而造成的。拆下蓄电池,先进行均衡充电(所有蓄电池并联进行充电),若仍不成功,则只有更换蓄电池。

                          6、一台后备UPS有市电时工作正常,无市电时逆变器有输出,但输出电压偏低,同时变压器发出较大的噪音。

                          故障分析:

                          逆变器有输出说明末级驱动电路基本正常,变压器有噪音说明推挽电路的两臂工作不对称,检测步骤如下:

                          1)检查功率是否正常。

                          2)若功率正常,再检查脉宽输出电路输出信号是否正常。

                          3)若脉宽输出电路输出正常,再检查驱动电路的输出是否正常。

                          7、在市电供电正常时开启UPS,逆变器工作指示灯闪烁,蜂鸣器发出间断叫声,UPS只能工作在逆变状态,不能转换到市电工作状态。

                          故障分析:

                          不能进行逆变供电向市电供电转换,说明逆变供电向市电供电转换部分出现了故障,要重点检测:

                          1)市电输入保险丝是否损坏。

                          2)若市电输入保险丝完好,检查市电整流滤波电路输出是否正常。

                          3)若市电整流滤波电路输出正常,检查市电检测电路是否正常。

                          4)若市电检测电路正常,再检查逆变供电向市电供电转换控制输出是否正常。

                          8、后备式UPS当负载接近满载时,市电供电正常,而蓄电池供电时蓄电池保险丝熔断。

                          故障分析:

                          蓄电池保险丝熔断,说明蓄电池供电流过大,检测步骤如下:

                          1)逆变器是否击穿。

                          2)蓄电池电压是否过低。

                          3)若蓄电池电压过低,再检测蓄电池充电电路是否正常。

                          4)若蓄电池充电电路正常,再检测蓄电池电压检测电路工作是否正常。

                          9、UPS只能由市电供电而不能转为逆变供电。

                          故障分析:

                          不能进行市电向逆变供电转换,说明市电向逆变供电转换部分出现故障,要重点检测:

                          1)蓄电池电压是否过低,蓄电池保险丝是否完好。

                          2)若蓄电池部分正常,检查蓄电池电压检测电路是否正常。

                          3)若蓄电池电压检测电路正常,再检查市电向逆变供电转换控制输出是否正常。

                          UPS不间断电源维修二例



                          保护神牌MUS1000L型UPS是广大用户使用较多的一种电源设备,其输出的正弦波与市电同步,失真系数小,性能稳定可靠,是微机较理想的一种长后备电源。下面介绍二例故障排除方法,以供参考。

                          故障现象1:空载通电,不能转市电,也无逆变,机器无任何运作,蜂鸣器也无响声。

                          检查分析与处理结果:

                          首先检查交流保险,蓄电池保险,都正常。再检查蓄电池电压,测得电压值为48V,蓄电池也正常。因此,断定故障在控制部分。

                          根据后备式UPS的工作原理,在无市电输入的情况下,UPS由控制电路及蓄电池逆变输出220V电压,而且蜂鸣器不断报警。该故障现象表明,控制电路没有工作,而且控制电路的工作电压是蓄电池提供。

                          经检查发现,三端稳压块“7812”损坏而造成,更换新的三端稳压块“7812”后,加市电开机正常,断电后逆变也正常。

                          UPS不间断电源常见故障及解决方法
                          故障现象2:市电工作正常,带正常负载后备工作时间严重不足。

                          检测与分析:

                          从故障现象分析,故障可能有:

                          (1)电池电压过低,未充足电。

                          (2)逆变控制回路有故障。

                          (3)部分电池损坏。

                          (4)充电器回路有故障。

                          (5)输出接插受潮灰尘侵入造成漏电现象。

                          首先检查:

                          (1)对输出接插件进行清除,排除漏电可能。

                          (2)对UPS进行长时间充电,充电后开机故障仍存在。

                          (3)用万用表检测电池组电压,为48V正常。

                          (4)检查充电回路,正常。

                          (5)检查逆变控制回路,正常。

                          (6)用万用表和电流表检查电池的电性能,发现电池组电性能下降,具体表现电池内阻增大所造成。不带50Ω电阻时测得电池电压为48V。
                          接电阻后,电流为800mA,电阻两端电压为40V。

                          测试数据表明,电池内阻增大,即内阻上8V压降消耗功率为6.4W,如电池内阻增大同供电时间30分钟联系起来,证明电池电性能下降。

                          处理结果:

                          更换蓄电池,开机后正常,能达到UPS的长后备时间。蓄电池成本很高,约占UPS总成本的30%以上。因此,为节约开支,
                          可对部分性能下降的蓄电池用充电机强行充电,充电成功,仍可使用。此故障有时是由逆变控制回路散热风扇损坏而造成的,请用户维护时注意


                          三,UPS不间断电源工作原理

                          在一些负荷等级要求较高的场合(一类负荷),常用的电源为UPS(不间断电源),即不能停电的设备,比如通讯系统;计算机系统;监控系统;DCS系统;医疗系统的手术室;工业中的重要的电动阀门等,现在医院的病房及宾馆也常见UPS不间断电源的插座,可以说,UPS使用范围越来越广泛,作为电气从业人员,我们应该了解UPS的工作原理,操作方法和简单的故障排除,本文简单介绍UPS的组成及工作原理,后续会介绍UPS的操作和故障处理方法。

                          3分钟了解,什么是UPS不间断电源?工作原理是什么?
                          一.不间断电源UPS的工作原理
                          UPS一般由整流器、蓄电池、逆变器、静态开关和控制系统组成。通常采用的是在线式UPS。它首先将市电输入的交流电源变成稳压直流电源,供给蓄电池和逆变器,再经逆变器重新被变成稳定的、纯洁的、高质量的交流电源。它可完全消除在输入电源中可能出现的任何电源问题(电压波动、频率波动、谐波失真和各种干扰)。其工作原理框图见图

                          3分钟了解,什么是UPS不间断电源?工作原理是什么?
                          二.不间新电源UPS的功能要求
                          1.静态旁路开关的切换时间一般为2~10ms,并应具有如下功能:

                          a.当逆变装置故障或需要检修时,应及时切换到电网(市电备用)电源供电。

                          b.当分支回路突然故障短路,电流超过预定值时,应切换到电网(市备用)电源,以增加短路电流,使保护装置迅速动作,待切除故障后,再起动返回逆变器供电。

                          c.带有频率限踪环节的不间断电源装置,当电网频率被动或电压波动超过额定值时,应自动与电网解列,频率与电压恢复正常时再自动并网。

                          2.用市电旁路时,逆变器的频率和相位应与市电锁相同步。

                          3.对于三相输出的负有不平衡度,最大一相和最小一相负载的基波均方根电流之差,不应超过不间断电源额定电流的25%,而且最大线电流不超过其额定值

                          4.三相输出系统检出电压的不平衡系数(负序分量对正序分量之此)应不超过5%。输出电压的总波形失真度不应超过5%(单相输出允许10%)

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