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UPS 不间断电源工作原理及应用
2019-03-21
UPS 不间断电源工作原理及应用

一、引言

       保证任何情况下的正常供电,是水电行业的重要基础。为此工业电网正常供电外,还需配备UPS供电系统。UPS电源是保障供电稳定和连续性的重要设备,因其主要机智能化程度高,储能器材采用免维护蓄电池,使得在运行中往往忽略了对该系统的维护与检修。实维护的好坏,对电源的寿命和故障率有很大影响,虽说各企业配臵UPS供电系统设备型号及系统量有所不同,但其原理和主要功能基本相同。UPS电源类型选择上各站都选择了在线式,这时因为在线式UPS电源系统具有对各类供电的零时间切换,自身供电时间的长短可选,并具有稳压、稳频、净化的特点。当UPS电源系统本身出现故障时有自动旁路功能,当需要检修时可采用手动旁路,使检修、供电互不影响。

二、UPS电源系统

       UPS电源系统由4部分组成:整流、储能、变换和开关控制。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的,整流器件采用可控硅或高频开关整流器,本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能,从而当外电发生变化时(该变化应满足系统要求),输出幅度基本不变的整流电压。储能电池除可存储直流直能的功能外,对整流器来说就象接了一只大容器电容器,其等效电容量的大小,与储能电池容量大小成正比频率的稳定则由变换器来完成,频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护,设计系统工作开关,主机自检故障后的自动旁路开关,检修旁路开关等开关控制。
      
UPS电源系统主要分两大部分,主机和储能电池。额定输出功率的大小取决于主机部分,并与负载属那种性质有关,因为UPS电源对不同性能的负载驱动能力不同,通常负载功率应满足UPS电源70的额定功率。储能电池容量的选取当负载功率确定后主要取决其后备时间的长短,这个时间因各企业情况不同而不同,主要由备用电源的接入时间来定,通常在几分钟或几个小时不等。UPS电源系统在检测到电网电压中断后,可自行启动供电,且随着储能电池慢慢放电,储能电池的容量随着时间会逐渐降低,考虑到寿命终止时储能电池容量下降到50%并留有一定的余量。

2.1电源工作原理

2.1.1 AC-DC变换:将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压,供给逆变电路。AC-DC输入有软启动电路,可避免开机时对电网的冲击。
2.1.2 DC-AC逆变电路:采用大功率IGBT?槿拍姹涞缏,具有很大的功率富余量,在输出动态范围内输出阻抗特别小,具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术,及快速短路保护技术,使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路,均可安全可靠地工作。
2.1.3控制驱动:控制驱动是完成整机功能控制的核心,它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外,还完成SPWM正弦脉宽调制的控制,由于采用静态和动态双重电压反馈。极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。

2.1.4当市电正常380V时,直流主回路有直流电压,供给DC-AC交流逆变器,输出稳定的220V交流电压,同时市电对电流电。当任何时候市电欠压或突然掉电,则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。从电网供电到电池供电没有切换时间。当电池能量即将耗尽时,不间断电源发出声光报警,并在电池放电下限点停止逆变器工作,长鸣告警。不间断电源还有过载保护功能,当发生超载(150%负载)时,跳到旁路状态,并在负载正常时自动返回。当发生严重超载(超过200%额定负载)时,不间断电源立即停止逆变器输出并跳到旁路状态,此时前面空气开关也可能跳闸。消除故障后,只要合上开关,重新开机即开始恢复工作。

三、UPS电源系统的维护

(1)UPS电源在正常使用情况下,主机的维护工作很少,主要是防尘和定期除尘。特别是气候干燥的地区,空气中的灰粒较多,机内的风机会将灰尘带入机内沉积、当遇空气潮湿时会引起主机控制紊乱造成主机工作失常,并发生不准确告警,大量灰尘也会造成器件散热不好。一般每季度应彻底清洁一次。其次就是在除尘时,检查各连接件和插接件有无松动和接触不牢的情况。
(2)虽说储能电池组目前都采用了免维护电池,但这只是免除了以往的测比、配比、定时添加蒸馏水的工作。但外因工作状态对电池的影响并没有改变,不正常工作状态对电池造成的影响没有变,这部分的维护检修工作仍是非常重要的,UPS电源系统的大量维修检修工作主要在电池部分。
a.储能电池的工作全部是在浮充状态,在这种情况下至少应每年进行一次放电。放电前应先对电池组进行均衡充电,以达全组电池的均衡。要清楚放电前电池组已存在的落后电池。放电过程中如有一只达到放电终止电压时,应停止放电,继续放电先消除落后电池后再放。
b.核对性放电,不是首先追求放出容量的百分之多少,而是要关注发现和处理落后电池,经对落后电池处理后再作核对性放电实验。这样可防止事故,以免放电中落后电池恶化为反极电池。
c.日常维护中需经常检查的项目有:清洁并检测电池两端电压、温度;连接处有无松动,腐蚀现象、检测连接条压降;电池外观是否完好,有无壳变形和渗漏;极柱、安全阀周围是否有酸雾逸出;主机设备是否正常。
d.免维护电池要维护,不是什么无稽之谈,应从广义的维护立场出发,做到运行、日常管理的周到、细致和规范性,保证设备(包括主机设备)保持良好的运行状况,从而延长使用年限;保证直流母线经常保持合格的电压和电池的放电容量;保证电池运行和人员的安全可靠。这就是电池维护的目的,也是电池运行规程中包括的内容和进行规则。

(3)UPS电池系统出现故障时,应先查明原因,分清是负载还UPS电源系统;是主机还是电池组。虽说UPS主机有故障自检功能,但它对面而不对点,对更换配件很方便,但要维修故障点,仍需做大量的分析、检测工作。另外如自检部分发生故障,显示的故障内容则可能有误。

(4)对主机出现击穿,断保险或烧毁器件的故障,一定要查明原因并排除故障后才能重新启动,否则会接连发生相同的故障。

(5)当电池组中发现电压反极、压降大、压差大和酸雾泄漏现象的电池时,应及时采用相应的方法恢复和修复,对不能恢复和修复的要更换,但不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起,否则可能会对整组电池带来不利影响。对寿命已过期的电池组要及时更换,以免影响到主机。 

 
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