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导读：UPS是系统集成项目中常用到的设备，也是机房必备的设备。本文简单介绍了UPS的种类、功能、原理，品质选择与配置选择方式，基础维护等相关的内容。

一文搞懂UPS

本文主要内容：

• UPS种类、功能、原理

• UPS品质选择与配置选择

• UPS基础维护

一、UPS种类、功能、原理

1什么是UPS

　　UPS－Uninterrupted Power System；利用电池化学能作为后备能量，在市电断电等电网故障时，不间断地为用户设备提供(交流)电能的一种能量转换装置。

2为什么用UPS

UPS的四大功能:

1、不停电功能，解决电网停电问题；

2、交流稳压功能，解决网压剧烈波动问题；

3、净化功能，解决电网与电源污染问题；

4、管理功能，解决交流动力维护问题。

UPS的主要用处:

1、实现电网与用电器之间的隔离；

2、实现两路电源的不间断切换；

3、提供高质量电源；

4、压变换和频率变换功能；

5、停电后提供后备时间。

3UPS种类

按工作原理不同，UPS分为：

　　离线式(后备式UPS、互动式UPS)

　　在线式UPS

按供电体系不同，UPS分为：

单进单出UPS

三进单出UPS

三进三出UPS

按输出功率不同，UPS分为：

　　微型<6kVA

　　小型6-20kVA

　　中型20-100kVA

　　大型>100kVA

按电池位置不同，UPS分为：

　　电池内置式UPS(标准机型)

　　电池外置式UPS(长延时机型)

　　按多机运行方式不同，UPS分为：

　　串联热备份UPS(用于中小功率机器)

　　交替串联热备份UPS(中小UPS)

　　直接并联UPS(用于中大功率)

按变压器特点不同，UPS分为：

高频UPS(高频机)

工频UPS(工频机)

按输出波形不同，UPS分为：

方波输出UPS

阶梯波(准正弦波)UPS

正弦波输出UPS

4UPS系统结构及原理

　　UPS的基本原理

　　后备式UPS运行原理

　　有市电时，市电通过开关后直接供给负载，逆变器不工作；另外，市电通过充电器给电池充电。

　　停电后，启动逆变器，把电池储存的能量通过逆变器和开关供给负载。

　　功率等级0.25-2KVA左右

　　互动式UPS运行原理

　　在线互动UPS与后备式比，主要区别在于：逆变器与充电器合二为一；输出通过变压器的抽头跳变，实现分段稳压。

　　功率等级0.7-20kVA左右

　　在线式UPS运行原理

　　不管电网电压是否正常，负载所用的交流电压都要经过逆变电路，即逆变电路始终处于工作状态。

　　功率等级0.7-1500kVA左右

　　Delta变换UPS运行原理

　　Delta变换器和补偿变压器实现稳压功能，主变换器是双向变换器。不能稳定频率。

　　功率等级10-480kVA左右

5UPS供电系统

　　一个完备的UPS供电系统，是由前端配电(市电，发电机，配电柜)，UPS主机、电池、后端配电组成，附加后台监控或网络监控软/硬件等单元。

6UPS监控系统组成

　　UPS网络监控系统＝智能UPS＋网络＋监控软件

　　网络监控软件含以下三部分：

　　SNMP卡

　　监控台软件

　　安全关机程序

　　UPS监控组网

二、UPS品质选择与配置选择

1UPS品质选择

　　UPS－负载：输出/整机指标

　　输出电压标准及精度(220/380VAC±1％)

　　输出频率标准及精度(50HZ±0.01％)

　　输出功率因数(0.7－1)

　　输出过载/抗短路能力(125％额定电流，10min150％额定电流，60s)

　　三相不平衡能力(100%不平衡负载,电压不均衡＜±5%)

　　动态响应(100％负载，瞬态电压波动<5%,恢复时间：≤20ms)

　　效率(90－94%)

　　噪音(50－75db)

　　环境指标(温度0～40℃)，湿度，海拔<1000米)。

　　UPS整机指标－效率计算

　　UPS各部件效率：

　　SCR整流器99％

IGBT整流器98％

IGBT逆变器效率96％

变压器效率98％

滤波器99％

　　传统UPS的效率：

　　SCR整流(99％)×IGBT逆变(96％)×输出TX(98％)=93％

　　12脉冲传统UPS的效率:

　　输入移相TX(98％)×双SCR整流(98％)×IGBT逆变(96％)×输出TX(98％)=90％

　　新型UPS效率计算：

　　IGBT整流(98％)×IGBT逆变(96％)=94％

　　UPS－电池：电池管理

　　充电保护(过压及过流充电保护，温度补偿)

　　放电保护(关机截止电压设定及调整，自动脱扣)

　　电池智能化管理(检测和报警)

　　后备时间计算和显示：额定负载后备时间T

　　75％额定负载1.6T;50％额定负载2.5T;33％额定负载4T

　　充电能力及充电时间：10％～25％额达容量充电能力

　　充电时间计算：T＝AH/I充电×(充电效率80％)

2UPS配置与选择

UPS分类和选择

　　工作方式：后备式、互动式、在线式；

　　容量：小功率(1～10kVA)；中功率(20～60kVA)；大功率(80～1000kVA)

　　适用环境：商业级、工业级、电厂专用、车载或船用

　　输出变压器：高频机，工频机

配电部分：线缆及开关

　　容量及机型选择

　　用户负载量,冗余度

　　负载性质：IT类、电感性负载、使用环境－谐波、变压器

　　机房配电设计：进线方式

　　机型成本及竞争优势。

　　用户负载量；UPS输出冗余度(70～80％)

　　负载峰值因素(3：1)不能超过逆变器过载能力

　　负载视在功率(KVA)不能超过UPS额定功率*功率因素折算系数

　　三相负载不平衡度<30%。

　　工业级UPS

　　恶劣的电气和物理环境：供电线路电压/频率波动、浪涌冲击、峰值下陷、高频干扰，环境温湿度不稳、粉尘、腐蚀等。

　　结构：输入输出双隔离、钢板机箱、高IP防护等级。

　　适用领域：钢铁、化工、电力、汽车、造纸、煤炭、石油、隧道

　　负载类型：重载机械、生产线设备、DCS系统等。

　　UPS工作损耗、通风量、空调配置

　　满载损耗(KW)＝kVACos×(6～7.5％)空调制冷量

UPS容量	40KVA	80KVA	100KVA	160KVA	200KVA	300KVA	400KVA	600KVA	800KVA
通风量立方米/h	2200	2400	2590	3500	3700	3900	4400	7500	9300

输出功率折算－海拔高度，海拔每升高100米降容1％(典型UPS工作海拔高度：1000米)

海拔高度	1000米	1500米	2000米	2300米	3000米
UPS输出功率折算	100%	85%	79%	75%	69%

电池计算和配置

精确计算：恒功率计算法

1、截止电压确定：

1.67V/cell

1.83V/cell>放电60分钟

2、计算每个Cell电池恒功率数据：

3、根据厂家恒功率放电数据表选择满足计算结果的电池规格。

配电部分：线缆及开关

输入开关容量及线缆规格：

三相电工速算法:输入电流(A)＝1.8XKVA,开关系数X1.2

单相电工速算法:输入电流(A)＝5XKVA,开关系数X1.2

输出开关容量及线缆规格：

三相电工速算法:输出电流(A)＝1.5XKVA,开关系数X1.2

单相电工速算法:输出电流(A)＝4XKVA,开关系数X1.2

电池开关容量及线缆规格：放电电流(A)＝kVACos/U电池电压开关系数(X1.2)

电缆长度与压降：如70mm线阻0.26Ώ/km

零线及地线规格：零线＝1～1.5倍相线，地线＝相线

配电部分：电缆及开关规格

电缆额定电流简单算法

电缆规格	1/1.5/2.5	4/6	10/16	25/35/50	70/95/120	150/185	240	300
额定电流	X8A	X6A	X4A	X3A	X2.5A	X2A	X1.5A	X1.2A

　　空开规格：R10、R16、R20、R25、R32、R40、R50、R63、R80、R100、R125、R160、R200、R250、R320、R400、R630、R800、R1250。

　　隔离变压器

　　高频机加装380V/380V输出隔离变压器：容量KVA＝UPSKVA

　　选用△/Y0型隔离变压器，输出中性点接地，Y/Y型变压器旁路反灌会造成DC电压过高危险。

　　UPS加装380V/220V输出隔离变压器：输出容量损失20～30％对逆变器有干扰反馈，选用效率高，干扰小变压器。

　　旁路隔离变压器：实现零线电气隔离。

三、UPS基础维护

1UPS维护的一般要求

1、UPS主机现场应放置操作指南，指导现场操作。

2、UPS的各项参数设置信息应全面记录、妥善归档保存并及时更新。

3、检查各种自动、告警和保护功能是否正常。

4、定期进行UPS各项功能测试。

5、定期检查主机、电池及配电部分引线及端子的接触情况，检查馈电母线、电缆及软连接头等各连接部位的连接是否可靠，并测量压降和温升。

6、经常检查设备的工作和故障指示是否正常。

7、定期查看UPS内部的元器件的外观，发现异常及时处理。

8、定期检查UPS各主要模块和风扇电机的运行温度有无异常。

9、保持机器清洁，定期清洁散热风口、风扇及滤网。

10、定期进行UPS电池组带载测试。

11、各地应根据当地市电频率的变化情况，选择合适的跟踪速率。当输入频率波动频繁且速率较高，超出UPS跟踪范围时，严禁进行逆变/旁路切换操作。在油机供电时，尤其应注意避免该情况的发生。

12、UPS应使用开放式电池架，以利于蓄电池的运行及维护。

2UPS维护项目及周期表

1、UPS日检项目：

　　主要内容有：检查控制面板，确认所有指示正常，所有指示参数正常，面板上没有报警；检查有无明显的高温、有无异常噪声；确信通风栅无阻塞；调出测量的参数，观察有无与正常值不符等。

2、UPS周检项目：

　　周检的主要内容有：测量并记录电池充电电压、电池充电电流、UPS三相输出电压、UPS输出线电流。如果测量值与以前明显不同，应记录下新增负荷的大小、种类和位置等。

　　UPS月、季、年维护项目：

　　UPS电源的电池管理

　　电池是UPS的重要组成部分，在UPS的诸多故障中，有很大比例是由于电池问题引起的，电池性能的好坏直接影响到系统的可靠性。为了保证电池的服务寿命，除了维持正常温度和日常的维护外，电池的自动管理是至关重要的因素。

　　UPS电源对电池自动管理包括自动均浮充转换控制、电池预告警关机、定期自动维护、手动电池自检等多项可提高电池使用寿命的先进功能，同时还具备电池故障检测、电池放电后备时间预测及电池特征曲线管理。

　　自动均、浮充转换

　　电池充电过程能自动根据电池电流实现均充、浮充自动转换，设定的均充转浮充判据为：I≤0.01C。

　　电池浮充电压温度补偿：(以2V电池为例)

　　电池在浮充状态下，浮充电压可以根据温度进行补偿，温度补偿以20℃为中心点，在10℃-40℃内全补偿，计算公式：

　　温度T>40，T=40；若T<10，T=10

　　电池平均单体电压应调节为：V=V0+(20-T)×0.003

　　其中，V0为电池厂家给定的在20℃下的单体浮充电压，可以根据不同电池在初次上电时进行设置，默认为2.23V。对均充电压不补偿，默认的单体均充电压为2.35V。

3、均充限时：

　　如果连续12小时处于均充状态，控制系统将强制转浮充状态，此设置的条件是均充时间达到设定值时，自动转为转浮充状态。

4、放电管理：

　　设置电池放电的截止电压为每单体电池1.8V，实际截止电压会随电池老化程度不同而在此值附近向下浮动，截止电压为每单体电池1.8V的选取，已经考虑到了大功率放电情况下电池容量的衰减。

5、UPS电池自动测试

　　UPS蓄电池的容量测试可人工测试或利用UPS的电池自动测试功能实现。人工测试的方法可参考直流供电系统中蓄电池的容量测试方法进行。下面对UPS的自动测试功能进行介绍。

　　该测试只有在以下情况下才能进行：

　　逆变器在运行；

　　逆变器不超载；

　　备用电源(旁路供电)存在并且符合要求；

　　逆变器与旁路电源同步；

　　电池必须充足电。

　　UPS电池自动测试功能根据以下三点设置：

　　时间间距(测试周期可设定为10天―150天)

　　电池自动测试的日期和时间

　　电池有问题时默认的报警方式

　　启动电池测试时，整流器电压将下降到电池组额定电压以下，而在逆变器关机电压以上，如果电池在规定负载和规定时间内可以按要求放电，UPS就给出一个肯定的信号，表明电池是好的；如果电池在规定负载和规定时间内不能按要求放电，UPS就给出一个否定的信号，表明电池需要更换。但这时由于整流/充电器电压大于逆变器关机电压值，故整流/充电器电压仍然向逆变器供电，使输出电压并不间断。

3UPS常见故障处理

1、市电有电时，UPS出现市电断电告警

可能原因:

1)、市电输入空开跳闸。

2)、输入交流线接触不良。

3)、市电输入电压过高、过低或频率异常。

4)、UPS输入空开或开关损坏或保险丝熔断。

5)、UPS内部市电检测电路故障。

处理方法：

1)、检查输入空开。

2)、检查输入线路。

3)、如市电异常可不处理或启动发电机供电。

4)、更换损坏的空开、开关或保险丝。

5)、检查UPS市电检测回路。

2、市电正常时，UPS输出正常；市电断电后，负载也跟着断电

可能原因：

1)、由于市电经常低压，电池处于欠压状态。

2)、UPS充电器损坏，电池无法充电。

3)、电池老化、损坏。

4)、负载过载，UPS旁路输出。

5)、负载未接到UPS输出。

6)、长延时机型的电池组未连接或接触不良。

7)、UPS逆变器未启动(UPS面板控制开关未打开)，负载由市电旁路供电。

8)、逆变器损坏，UPS旁路输出。

处理方法：

1)A、在市电电压正常时对电池充足电。

　　B、启动发电机对电池充电。

　　C、在UPS输入端加稳压器。

2)、检查充电器。

3)、更换电池。

4)、减少负载。

5)、将负载接到UPS的输出。

6)、检查电池组是否接对、接好。

7)、启动逆变器对负载供电(打开面板控制开关)。

8)、检查逆变器。

3、UPS无法启动

可能原因：

1)、电池长期放置不用，电压低。

2)、输入交流、直流电源线未连接好。

3)、UPS内部开机电路故障。

4)、UPS内部电源电路故障或电源短路。

5)、UPS内部功率器件损坏。

处理方法：

1)、将电池充足电。

2)、检查输入交流、直流线是否接触良好。

3)、检查UPS开机电路。

4)、检查UPS电源电路。

5)、检查UPS内部整流、升压、逆变等部分的器件是否损坏。

4、UPS在正常使用时突然出现蜂鸣器长鸣告警

可能原因：

1)、用户有大负载或大冲击负载启动。

2)、输出端突然短路。

3)、UPS内部逆变回路故障。

4)、UPS保护、检测电路误动作。

处理方法：

1)、A、负载投入时按先大后小的顺序。

　　B、增大UPS的功率容量。

2)、检查UPS的输出是否短路。

3)、检查UPS逆变器。

4)、检查UPS内部控制电路。

5、UPS工作正常但负载设备异常

可能原因：

1)、UPS输出零地电压过高。

2)、UPS地线与负载设备地线没接在同一点上。

3)、负载设备受到异常干扰。

处理方法：

1)、检查UPS接地，必要时可在UPS的输出端零地间并一个1-3kΩ电阻。

2)、将UPS地与负载地接到同一个点上。

3)、重新启动负载设备。