UPS电源供电系统故障原因分析及解决措施

在现代通信系统中，UPS电源的应用较为普遍，主要为计算机网络或者电子通信设备提供不间断的电力供应，确保其可靠运行显得尤为重要。本文结合实例，首先介绍了UPS电源工作原理，分析UPS电源故障产生的原因，并提出将UPS的报警信号接入中控以DCS系统的解决方案，以提高UPS电源供电系统的稳定性。

UPS电源又称为不间断电源，主要由整流器、逆变器和蓄电池等电源装置组成，具有输出电压、频率稳定、电压失真度小和运行稳定等优点，能够为计算机网络、电子设备装置和通信系统等重要用户提供可靠的优质电源，并且保证用户不致因停电而丢失数据影响工作。目前UPS电源供电系统广泛应用于各个领域，在各运营系统中发挥着关键的作用。但目前，应用过程中还发生存在不少故障现象，直接影响了它的可靠性。因此，如何解决UPS电源供电故障成为了技术人员急需解决的难题之一。

1 UPS电源工作原理介绍

某厂供电采用两套UPS设备并联共用一套蓄电池的结构。正常情况下，两套UPS互为备用，其中一套正常工作即可满足使用工况。UPS供电模式分为以下3种。

(1)主电源供电模式。主电源供电模式为UPS正常工作模式，在此模式下，负载由电源l经整流充电器和逆变器供电，整流充电器同时给蓄电池组浮充充电。

(2)静态旁路供电模式。电源2回路称为静态旁路，作为电源1的后备。在UPS1和UPS2的逆变器电压输出故障时，静态开关自动导通，负载不间断切换为电源2回路供电模式。

(3)蓄电池供电模式。此种模式为应急工作模式，当电源1和电源2供电中断时，供电流程转换为蓄电池组经逆变器给负载输出电力;当两套UPS同时为蓄电池组供电模式时，将触发安装在负载开关1上的时间继电器，蓄电池组持续向外供电半小时后，时间继电器发出信号断开负载开关1，以保证负载开关2下的通信系统等设备的电力供应，以此实现负载优先级的设置。

2故障现象及原因分析

该厂发生过2次因UPS系统供电电源中断而导致的停产事件。事件发生时，该厂电网工作正常，两套UPS均为蓄电池供电模式，负载开关1处于分闸位置，负载开关2处于合闸位置。

在主电源正常的情况下，两套UPS同时转换为蓄电池供电模式，表明两套UPS充电器同时发生了故障，但事后检查充电器无异常，重新启动两台充电器，均可正常运行。为了彻底查清原因并解决问题，该厂技术人员和UPS厂家工程师对产品的性能和使用工况进行了一次全面的数据收集和调研，进而确定故障的具体原因。下面介绍排查工作的具体步骤。

2.1参数设置和记录跟踪

运用TLS软件与UPS系统进行在线通信，对机组PLC模块内的基本参数设定值和在线测量数据进行检查，无异常发现。在报警记录的检查中，发现“电源2相位超限”报警频繁出现，出现频率约为每小时10次，报警状态持续时间约4～8s，在此报警产生的时间内UPS自动切换到电源2带载的功能将被禁止。又由于此报警为自动复位式报警，因此UPS系统会在此报警自动复位消失后恢复电源2的正常工作状态。

2.2波形采集及分析

用FLUKE43B电网分析仪对电源1和电源2的输入波形。电源2的输出波形以及逆变器的输出波形进行取样分析，波形分析结果无异常。

2.3局域电网结构分析

UPS电源1和电源2的供电电源均为平台电网，单台发电机工作时的电网最大输出有功功率为4000kw，日常带载量约为1600kw。平台电网具有网小但工况复杂的特点，电网内设备种类(包括变压器、马达、变频器和海缆等)相对较多，设备的突加突卸现象较频繁。对电网进行分析后，结合上面两步的分析结果，初步认定相对大功率设备的频繁启动可能是UPS“电源2相位超限”报警频繁产生的原因。

2.4故障原因确定与验证

在假定了报警原因为大功率设备频繁启动的前提下，决定在大功率设备旁进行蹲点测试，选取1台l07kw的空调制冷压缩机(星三角启动)进行实测。实测发现在压缩机每次启动时，UPS便产生“电源2相位超限”报警，报警持续4～8s，与电机启动时间相符。从而确定。电源2相位超限。报警产生原因：当平台大功率设备启动时，电源2的输入输出电压产生畸变，导致相位超限并报警。由此进一步推论，如果在短时间内有多台大功率设备先后启动，那么电源1的输入波形和电源2的输入输出波形将产生畸变，且畸变率逐渐增高，畸变持续时间增长;电源2的畸变导致“电源2相位超限”报警的自动复位时间加长;电源1的高畸变率会使整流充电器误判为输入电压异常，而使整流充电器保护性停止工作;电源1和电源2的同时故障，使负载只能切换到蓄电池带载模式，电池放电结束，DCS系统失电。这样就出现了UPS故障导致供电中断时电网工作正常的工况，且一年约一次的出现频率也与推论中的极端工况相符。

3系统故障分析及解决办法

实际工况决定了故障不大可能从根本上杜绝，因此决定将UPS报警信号接入中控DCS系统，以便设备产生故障报警后，在状态可控前提下，通过中断报警工况来阻止事态进一步扩大。具体处理思路如图1所示。

4技术改造方案选择及实施

4.1方案选择

要实现上面所描述的预防控制功能，需将UPS的报警信号接入中控DCS系统，UPS机组能提供的接入方案有两种。

(1)方案一：通过UPS通信模块端口接入中控。UPS系统，并在DCS电脑上安装UPS厂家工程师软件以实现远程在线监控。该方案具有能读取UPS设备的所有信息及数据的优点;其缺点是：中控DCS系统和UPS分属不同厂家，不能认证加装在DCS电脑上的UPS厂家工程师软件，这对DCS系统的稳定性有影响，DCS系统配合难度较大，风险不可控。 　　(2)方案二：串联UPS机组报警输出模块上的开关触点，将各类报警综合为一对公共故障报警信号接入DCS系统。该方案接入DCS系统的为无源开关信号，DCS系统在工程设计中预留有开关信号接入功能的模块，因此硬件接入条件满足;软件方面需在DCS系统内添加报警记录和报警输出界面，对此仅利用DCS系统自身的软件就可实现。这种施工方案简单且接入的信号不影响DCS系统的稳定性，缺点在于不能读取UPS系统详细的信息和数据。

从实际需求和改造难度综合考虑后，认为方案二改动工作操作难度小、风险可控、功能满足既定目标，更具可行性。

4.2方案实施

方案的确定，使检修工作进入了最后的图纸设计和现场施工阶段，软硬件的配置是决定改造方案的基本条件，主要涉及以下几方面。

(1)UPS报警输出模块上均为无源常开和常闭触点，触点电气参数为AC 220V /5A;DCS系统控制模块电压为DC 24V，触点电气参数满足接入条件。

(2)串入的公共报警信号包括低电量关机警告、电池负载、维护配置、通用报警、逆变器负载等，功能上最大限度地涵盖了各类输出报警状态。

(3)“电池负载”报警输出点已被占用，故需加装中间继电器进行扩展。

根据以上实际条件和需要实现的功能，在原图纸中进行了改动设计，接线如图2所示。虚线为本次改动的接线，除U11～U14，U21～U24外，其余均为添加的新线，R1和R2为新添加的中间继电器。

在改动设计中，将5类报警信号串联为一对开关信号接入DCS系统。在UPS正常工作时，DCS接收到的为常闭开关信号;一旦有故障报警信号产生，串联回路就断开，DCS接收到的常闭开关信号消失，触发DCS系统产生报警信号。为保证接线改动不影响UPS系统的稳定性和功能，利用UPS自身的输出电源作为中间继电器的驱动电源，整个报警回路则遵循失电安全型规则。改动中，新增中间继电器2个，涉及到接线18根，其中新增接线10根，原有接线改动8根。

改造完成后，对各种报警信号进行现场实际模拟测试，每次均能将报警信号及时传入中控DCS系统，动作及时可靠。

结语

UPS电源供电系统对于保证现代通信系统安全平稳运行是至关重要的。实践证明，采用将UPS的报警信号接入中控以DCS系统的解决方案，有效减少了UPS供电不正常而导致的供电中断事件，提高了UPS电源供电系统的安全可靠性，对UPS电源的推广具有重要意义。