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            UPS 不間斷電源工作原理及應用
            2023-11-18
            UPS 不間斷電源工作原理及應用

            一、引言

                   保證任何情況下的正常供電,是水電行業的重要基礎。為此工業電網正常供電外,還需配備UPS供電系統。UPS電源是保障供電穩定和連續性的重要設備,因其主要機智能化程度高,儲能器材采用免維護蓄電池,使得在運行中往往忽略了對該系統的維護與檢修。實維護的好壞,對電源的壽命和故障率有很大影響,雖說各企業配臵UPS供電系統設備型號及系統量有所不同,但其原理和主要功能基本相同。UPS電源類型選擇上各站都選擇了在線式,這時因為在線式UPS電源系統具有對各類供電的零時間切換,自身供電時間的長短可選,并具有穩壓、穩頻、凈化的特點。當UPS電源系統本身出現故障時有自動旁路功能,當需要檢修時可采用手動旁路,使檢修、供電互不影響。

            二、UPS電源系統

                   UPS電源系統由4部分組成:整流、儲能、變換和開關控制。其系統的穩壓功能通常是由整流器完成的,整流器件采用可控硅或高頻開關整流器,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整流電壓。儲能電池除可存儲直流直能的功能外,對整流器來說就象接了一只大容器電容器,其等效電容量的大小,與儲能電池容量大小成正比頻率的穩定則由變換器來完成,頻率穩定度取決于變換器的振蕩頻率的穩定程度。為方便UPS電源系統的日常操作與維護,設計系統工作開關,主機自檢故障后的自動旁路開關,檢修旁路開關等開關控制。
                  
            UPS電源系統主要分兩大部分,主機和儲能電池。額定輸出功率的大小取決于主機部分,并與負載屬那種性質有關,因為UPS電源對不同性能的負載驅動能力不同,通常負載功率應滿足UPS電源70的額定功率。儲能電池容量的選取當負載功率確定后主要取決其后備時間的長短,這個時間因各企業情況不同而不同,主要由備用電源的接入時間來定,通常在幾分鐘或幾個小時不等。UPS電源系統在檢測到電網電壓中斷后,可自行啟動供電,且隨著儲能電池慢慢放電,儲能電池的容量隨著時間會逐漸降低,考慮到壽命終止時儲能電池容量下降到50%并留有一定的余量。

            2.1電源工作原理

            2.1.1 AC-DC變換:將電網來的交流電經自耦變壓器降壓、全波整流、濾波變為直流電壓,供給逆變電路。AC-DC輸入有軟啟動電路,可避免開機時對電網的沖擊。
            2.1.2 DC-AC逆變電路:采用大功率IGBT模塊全橋逆變電路,具有很大的功率富余量,在輸出動態范圍內輸出阻抗特別小,具有快速響應特性。由于采用高頻調制限流技術,及快速短路保護技術,使逆變器無論是供電電壓瞬變還是負載沖擊或短路,均可安全可靠地工作。
            2.1.3控制驅動:控制驅動是完成整機功能控制的核心,它除了提供檢測、保護、同步以及各種開關和顯示驅動信號外,還完成SPWM正弦脈寬調制的控制,由于采用靜態和動態雙重電壓反饋。極大地改善了逆變器的動態特性和穩定性。

            2.1.4當市電正常380V時,直流主回路有直流電壓,供給DC-AC交流逆變器,輸出穩定的220V交流電壓,同時市電對電流電。當任何時候市電欠壓或突然掉電,則由電池組通過隔離二極管開關向直流回路饋送電能。從電網供電到電池供電沒有切換時間。當電池能量即將耗盡時,不間斷電源發出聲光報警,并在電池放電下限點停止逆變器工作,長鳴告警。不間斷電源還有過載保護功能,當發生超載(150%負載)時,跳到旁路狀態,并在負載正常時自動返回。當發生嚴重超載(超過200%額定負載)時,不間斷電源立即停止逆變器輸出并跳到旁路狀態,此時前面空氣開關也可能跳閘。消除故障后,只要合上開關,重新開機即開始恢復工作。

            三、UPS電源系統的維護

            (1)UPS電源在正常使用情況下,主機的維護工作很少,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積、當遇空氣潮濕時會引起主機控制紊亂造成主機工作失常,并發生不準確告警,大量灰塵也會造成器件散熱不好。一般每季度應徹底清潔一次。其次就是在除塵時,檢查各連接件和插接件有無松動和接觸不牢的情況。
            (2)雖說儲能電池組目前都采用了免維護電池,但這只是免除了以往的測比、配比、定時添加蒸餾水的工作。但外因工作狀態對電池的影響并沒有改變,不正常工作狀態對電池造成的影響沒有變,這部分的維護檢修工作仍是非常重要的,UPS電源系統的大量維修檢修工作主要在電池部分。
            a.儲能電池的工作全部是在浮充狀態,在這種情況下至少應每年進行一次放電。放電前應先對電池組進行均衡充電,以達全組電池的均衡。要清楚放電前電池組已存在的落后電池。放電過程中如有一只達到放電終止電壓時,應停止放電,繼續放電先消除落后電池后再放。
            b.核對性放電,不是首先追求放出容量的百分之多少,而是要關注發現和處理落后電池,經對落后電池處理后再作核對性放電實驗。這樣可防止事故,以免放電中落后電池惡化為反極電池。
            c.日常維護中需經常檢查的項目有:清潔并檢測電池兩端電壓、溫度;連接處有無松動,腐蝕現象、檢測連接條壓降;電池外觀是否完好,有無殼變形和滲漏;極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出;主機設備是否正常。
            d.免維護電池要維護,不是什么無稽之談,應從廣義的維護立場出發,做到運行、日常管理的周到、細致和規范性,保證設備(包括主機設備)保持良好的運行狀況,從而延長使用年限;保證直流母線經常保持合格的電壓和電池的放電容量;保證電池運行和人員的安全可靠。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進行規則。

            (3)UPS電池系統出現故障時,應先查明原因,分清是負載還UPS電源系統;是主機還是電池組。雖說UPS主機有故障自檢功能,但它對面而不對點,對更換配件很方便,但要維修故障點,仍需做大量的分析、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。

            (4)對主機出現擊穿,斷保險或燒毀器件的故障,一定要查明原因并排除故障后才能重新啟動,否則會接連發生相同的故障。

            (5)當電池組中發現電壓反極、壓降大、壓差大和酸霧泄漏現象的電池時,應及時采用相應的方法恢復和修復,對不能恢復和修復的要更換,但不能把不同容量、不同性能、不同廠家的電池聯在一起,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,以免影響到主機。 

             
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