前端UPS电源设计与维护

近几年，有线电视事业在我国得到了飞速发展，为观众提供丰富多彩的电视节目，丰富了我们的文化生活，特别是有线 电视网新近开发的多功能增值业务、数据业务，更为我国信息化建设注入了新的活力，因此，要确保有线电视网的安全运营 和优质播出是至关重要的。有线电视前端是该系统的心脏，为了保证系统心脏工作稳定，前端必需使用UPS不间断电源。UPS 电源可以解决电源断电、电压下陷、电源浪涌、减幅振荡、电源干扰、电源突波、电源波动、交换瞬变及谐波失真等由市电 电源质量差对前端设备造成的危害。本文就如何设计和维护UPS电源谈一下自己的经验与体会。
一、如何设计UPS电源系统
1、UPS不间端电源的工作原理
UPS（uninterrupted power supply）电源包括两部分主机和蓄电池，按工作方式可分为后备式和在线式两种。后备式 UPS电源在市电正常供电时，市电通过交流旁路通道直接向负载供电，此时主机上的逆变器不工作，只是在市电停电时，才 由蓄电池供电，经逆变器驱动负载。因此它对市电品质基本没有改变。
而在线式UPS电源却有所不同，在市电正常时，它首先将交流变成直流电，然后进行脉宽调制、滤波，再将直流电重新 变成交流电源向负载供电；一旦市电中断，立即改为蓄电池 逆变器对负载供电；因此,在线式UPS电源输出的是与市电 网完全隔离的纯净的正弦波电源，大大改善了供电的品质，保护了负载安全、有效的工作.
2、UPS额定输出容量的选择
首先计算前端的负载功率，为确保UPS的系统高效率和尽可能地延长UPS的使用寿命，一般负载功率应满足UPS额定功 率的60-70%。例如我们前端，需要不间断供电的设备有卫星接收机、调制器、混合器、光发光收电脑及网络交换等，统计 总功率为4500VA，因此我们选择4500÷75%≈6428VA，所以就选择了6500W的在线式主机。
3、计算蓄电池的工作时间
蓄电池的基本参数：电压（2V、6V、12V等）、容量（65AH、100AH等） 在实践过程中，我们总结出下面的公式，可以计算出蓄电池的工作时间： 蓄电池组容量×电压/主机额定功率×0.75（功率因数）= 满载时蓄电池工作时间 例如我们的UPS系统，主机额定工作功率6500W，3个电池柜共30块铅酸蓄电池，每块电压12V，容量100AH。 所以 电池组电压=12V×10=120V 电池组容量=100AH×3=300AH 该系统满载时蓄电池工作时间为： 300AH×120V/6500W×0.75= 7.4小时 说明该系统在断电时蓄电池至少可以工作7.4小时。 以实际负载功率计算： 300AH×120V/4500W = 8小时.
我们的前端UPS系统在断电时，最多坚持8个小时，此结果经过我们多次放电实验，证明是正确的.上述公式如果反推， 根据当地实际情况，确定蓄电池所需要的工作时间，就可以决定所需的蓄电池容量和电压。
4、配线选择
合理选择配线是很重要的，线径太细，电流太大，容易发热而引起火灾；线径太粗，则造成浪费。根据金属导线的电 气特性，一般多股铜芯线容量为6A/mm ,铝线容量为4A/mm ，确定主机功率后，可以参考下表选择配线和空气开关。
表一 配线选择

表二 空气开关选择

5、选择品牌
在购买UPS电源时，应主要考虑下列因素：输入电压范围、输出电压范围、输出频率范围、旁路逆变零切换以及抗突波、干 扰、谐波失真的能力，另外，售后服务也很重要。大量实践证明，如果UPS输出端的零线对地线的"干扰"电位过高，会导致计 算网络的数据通讯的误码率增高，如果使用高频机型，由于高频辐射，它会对计算机网络造成影响，因此选型时应考虑这些问 题。
二、UPS系统维护
1、主机的维护及注意事项
UPS主机一般是智能型的，它对环境温度要求不高，但要求室内清洁卫生，否则灰尘遇潮湿会引起主机工作紊乱；主机中的 参数在使用中不能随意改变；在断电时，应避免带负载启动UPS电源，应先关掉负载，等UPS启动后再开启负载，否则会有多负 载的冲击电流和供电电流造成UPS电源瞬间过载，严重时会损坏变换器；不能让UPS电源经常处于满载或过载。
2、蓄电池的维护及注意事项
尽管使用的是免维护蓄电池，但从广义来说一定的维护还是必要的。首先它对环境温度要求较高，工作环境一般要求在20 ℃-25℃之间，低于15℃时，其放电容量下降，温度每降低1℃，其容量下降1%，而温度过高（大于30℃）其寿命就会缩短；其 次，要防止电池短路或深度放电，深度放电会造成电池内阻增大或充电电压过低从而导致降低甚至失去充电能力，放电程度越 深，循环寿命越短；第三，要避免大电流充放电，否则会造成电池极板膨胀变形，使得极板活性物质脱落，内阻增大，容量下 降，寿命缩短；第四，由于组合电池电压很高，存在电击危险，因此装卸导电联接条、输出线时应有安全保障；第五，对于不 经常停电的地区，建议用户每隔一个月对UPS进行一次人为的断电，让UPS电源在逆变状态下工作一段时间，防止电解液沉淀， 以便让蓄电池维持良好的充放电特性，延长使用寿命；第六，搬运电池时不要触动极柱和安全排气阀；第七，不能用二氧化碳 灭火器，一旦发生火灾，可用四氧化碳之类的灭火器；第八，不能把不同容量、不同厂家、不同性能的电池联在一起，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，经验作法是在测量时，万用表两端并联一个1-3欧母的电 阻丝；检查电池是否损坏，壳、盖间有无泄漏，表面是否有灰尘等杂物，电池架、连接线、端子是否有松动或锈蚀等。单体电 池电压不能低于标称值的70%，判断是漏液还是酸雾的标志是观察极柱是否有晶体淅出，有晶体淅出证明是漏液现象，否则是 酸雾，漏液主要集中在蓄电池正、负极接线端子处，酸雾溢出主要是排气阀附近。一旦当发现电池电压异常、物理损伤、电解 液泄漏、温度异常等现象，应找出原因并及时更换有故障的蓄电池。