浅析高速公路机电工程中UPS电源系统的运用

浅析高速公路机电工程中UPS电源系统的运用

摘 要：文章本文通过简述UPS电源的工作原理，结合笔者的工作经验，提出了UPS电源对于保障系统的稳定运行中起着关键的作用。分析了UPS电源在运用以及维护上需要注意的几个问题，希望能给同行带来一些借鉴的价值。

关键词：高速公路UPS电源运用与维护

前言

在高速公路信息网络技术应用中，UPS电源供电系统的可靠、稳定和不间断越来越重要，UPS主机工作正常，市电停电时UPS会发生供电失败的情况。在事故之后的检查中发现是电池组失效造成的放电失败。这说明UPS电池系统的安全性会直接影响整个系统的可靠性。

1 UPS 的原理及使用

UPS（Uninterruptible Power System），就是不间断电源，是一种储能装备，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。将市电加在UPS上，UPS再把市电压供应给负载使用，同时还向机内电池充电；市电中断时，UPS立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载。UPS的性能参数具有重要意义，是我们考虑重点。市电电压输入范围表明对市电的利用能力强弱（减少电池放电）。波形畸变率用以衡量输出电压波形的稳定性，电压稳定度则说明当UPS突然由零负载加到满负载时，输出电压的稳定性。另外，UPS效率、功率因数、转换时间等都是表征UPS性能的重要参数，决定了对负载的保护能力和对市电的利用率。性能越好，保护能力越强。

2 UPS 配置

2．1 高速公路用电环境复杂多变

应选用输入范围宽、带载能力强、适合国内电网环境的工频在线式UPS。其主要特点为：电网的适应性强，电压范围可达±25%输入、输出均有变压器隔离，负载适应性、油机匹配性好。

2．2 UPS容量的选择

确定UPS容量大小应参考因素主要有；实际负载容量、负载的类型、潜在扩容需求等。

（1）实际负载容量

这是决定UPS容量大小的最根本因素。UPS的输出能力必须达到或超过负载需要才能保证正常供电。实际应用中要考虑UPS是采用集中式供电还分布式供电。采用集中式供电的负载总量应是将所有由UPS供电负载的功率累计。采用分布式供电的则根据每台UPS所带负载不同确定。在高速公路机电系统中，UPS一般采用集中式供电，并根据出、入口车道设备、监控外场设备和收费站机房设备负载进行计算。

（2）负载的类型

不同类型的负载其有功功率和无功功率的比例不同，但UPS需向负载同时提供足够的有功功率和无功功率，则实际输出能力受负载类型所限制。对于计算机类负载，UPS基本上可以输出额定的功率，如果负载是阻性或电感性的，则UPS的输出功率有所下降，需要加大UPS容量。

（3）潜在扩容需求

配置UPS容量应考虑机电设备扩容需要，留有一定余量，将来负载增加了，不至于再次购置UPS。另外，尽量选用具有并机功能的机型，整个系统具有良好的可扩展性，采用无主从n+1并机，可通过增加并机来满足未来容量的增加需求，且所有的并机机器平均负担系统负载，必要时可通过UPS并机成倍扩大输出容量。

3 UPS的使用

3．1 UPS的安装

UPS安装时，应选择一个通风良好、清洁的环境，有条件的应采取空调进行调温。因为当UPS工作环境温度超过25℃时，温度每升高10℃，电池的寿命便缩短一半左右。

3．2 UPS的开、关机

UPS电源开机前，应先使其用电负载处于关机状态，再逐一打开负载，关闭时顺序则相反。这是因为UPS内部的功率元件都有一定的额定工作电流，冲击电流过大，会使功率元件寿命缩短甚至烧毁，开机时，应先开启UPS的市电开关，再逐一打开负载。先开冲击电流大的负载（如显示器、打印机等），再开冲击电流小的负载，最后开启UPS前面板开关，使UPS 处于逆变工作状态。关机时，先逐个关闭负载，再关闭UPS前面板开关，最后关闭UPS市电开关，不能带载关机。

3．3 UPS的输出负载

UPS的输出负载控制在60％左右为最佳，可靠性最高。应尽量避免UPS 电源经常处于满载或轻载状态下运行。前者会造成UPS 逆变器及整流滤波器的

损坏，后者易损坏UPS蓄电池。

3．4 UPS的接地保护

UPS必须接地，且接地电阻不大于4Ω。一方面UPS内部有较高的电压，如不接地一旦发生故障可能使其金属外壳带电危害人身安全；另一方面某些设备对零地间电压有较高的要求，如不接地或接地不良会使零、地电压过高使用户设备无法正常工作甚至发生故障。

3．5 UPS的定期放电

对于UPS 长期处于市电正常供电的情况，应每当2～3个月有意断掉市电输入，让UPS工作在由蓄电池向负载供电的状态一段时间，直到UPS因储能不足开始报警，此时便可接通市电，恢复正常供电。适当的放电，有助于电池的激活，也有利于保持UPS中蓄电池的活性和储电功能。如长期不停市电，每隔三个月应人为断掉市电用UPS带负载放电一次，这样可以延长电池的使用寿命。如果检测出有电池无法满足供电要求，应立即更换电池。

3．6 UPS电池组

不能把不同容量、不同厂家、不同性能的电池组串联在一起，否则会影响整组蓄电池的性能。同时，要定期对电池组进行检查、测量、并做好记录。检查项目包括：整组电池的浮充电压，单体电池浮充电压。测单体电池电压时，应在电池放电状态下进行，否则测得的结果会是假电压。

4UPS电源常见故障

4.1 蓄电池故障

UPS的正常稳定运行在很大程度上取决于蓄电池组的稳定运行。UPS 蓄电池对充电电压有严格的要求：一方面过高的充电电压会导致蓄电池内部发生电解反应，产生大量热量，损坏整个密封蓄电池组。同时电解反应产生的大量气体可能导致蓄电池报废。另一方面充电电压过低，会使蓄电池内部活性物质无法发挥作用，导致UPS无法达到原定的工作时间。

UPS的蓄电池因外部供电系统的波动特别是短时间内多次停电而放电，如果不及时补充，且持续发生，会造成电池容量缩减。另外，在使用一段时间后要对UPS 进行电池放电处理。否则，会导致蓄电池活性减弱，储存电量不足。

4.2 电瓶过放电

如果逆变器工作时间过长，会使机内电瓶过放电。正常工作的UPS只要进入市电稳压状态，电瓶就进入充电状态。但过放电后的UPS即使接通电源也无法自动进入充电状态，这种故障容易和电瓶老化所表现出的特征相混淆。由于

电瓶本身是UPS内控制电路的电源，它无电或损坏都会导致UPS无法运行。

4.3 电源保险管和压敏电阻损坏

电源保险管损坏也是常见故障之一，因为电源保险管位于市电的接入处，电压原因损坏的UPS，一般压敏电阻均会烧坏。压敏电阻是一种电压敏感器件，当其两端的电压超过了其额定电压后，压敏电阻被迅速击穿，从而烧坏电源保险管。

5 UPS的使用维护

UPS内部既有电压高达几百伏的高电压电路，又有CPU等弱电控制电

路。因此它对环境有较高的要求。因此在恒温、恒湿、洁净的环境中使用，UPS的使用寿命可达5～10年。使用中应注意尽可能的减少开关机的次数。在开机时先开UPS，在逐个开负载；关机时应先关负载，再关UPS。以尽量减少对UPS的冲击。UPS应定期打开机壳检查测试，但因其内部有高压，故应由专业人员完成这一工作。检查内容一般包括清洁灰尘、元器件有无松动、过热、电容有无漏电变形、电池有无漏液变形、电池电压容量是否合格等项目，以及时发现故障点，避免故障扩大，造成损失。UPS一般所带负载都较为重要，因此它的安全运行非常关键。在资金允许的情况下，应实行UPS定期维护制度。及时清除隐患，以确保所带载安全运行，避免因UPS损坏造成不良后果和更大损失。

结论

总的来说，我们作为高速公路电气工程的技术人员，必须不断提高对UPS电源的运用技术，对UPS的维护应制定并严格遵循一套科学有效的方法，尽可能避免各种故障，使UPS的故障率降低到最小程度，真正做到不间断地为设备提供安全、可靠的洁净电源。

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