毕业论文-不间断电源应用分析.doc

XXXXXX学院毕业论文（设计）题 目 不间断电源应用分析 学 生 XXXXXX 学 号 XXXXXX 专业班级 机电一体化班 系院名称 XXXXXX学院 工业工程系 指导老师 二九年六月二十日目录任务书开题报告工作进度表工作指导、检查登记表正文评审表XXXXXX学院毕业论文（设计）任务书机电一体化 专业 年级 年 月_ _日批准 专业负责人：_ 发放经手人：_ _1、毕业论文（设计）题目： 不间断电源应用分析 2、学生完成全部任务期限： 年 月 日3、任务要求： 进程要求：（1）提出设想；（2）搜集整理资料； （3）分析计划；（3）向指导老师提出开题报告； （5）构想论文框架，并写初稿； （6）请老师审阅、修订、装订成册。 成果要求：设计应包括任务书、开题报告、正文书写要认真且不少于规定字数，内容完美充实。4、实验（调研）部分内容要求： 有充分的证据可得，具有科学性，真实可靠。5、文献查阅及翻译要求： 要注明文献的详细资料，根据文献能查找到相关内容。 6、发出日期： 年 月 日 指 导 教 师：_（签名）学生： _（签名）毕业设计开题报告姓 名 XXXXXX班 级06普机班学 号XXXXXX课题名称不间断电源应用分析课题综述：我于2008年7月5号来滨阳燃化有限公司实习，从事配电运行工作。在实习过程中，接触不间断电源供电，有机会了解不间断电源供电的相关知识。在工作中积累了一定的的知识，通过日常工作的积累和平时的学习，最终确定不间断电源应用分析这个课题。实施方案：参考资料：不间断电源UPS剖析与应用办公自动化设备UPS供电系统应用手册电力电子变流器电力系统谐波分析UPS实用技术应用于维护化学电源导论等。数据获取：根据参考资料中的相关专业数据，并且通过浏览网页、翻看报纸等查阅了部分数据。实施步骤：前期策划、实验计划、准备工作、安全保障、实地操作、现场记录、实验总结，最后写出论文初稿。进度计划：2月16日2月25日：确定论文题目不间断电源应用分析2月26日3月16日：对论文提出初步设想并收集与该论文有关的材料。3月17日3月22日：完成开题报告并交给指导老师。3月23日4月23日：在整个材料的基础上完成论文初稿并提交指导老师审阅。4月24日30日：进一步修改论文，完成与论文有关的图纸等提交指导老师。6月30日7月2日：毕业论文答辩指导教师意见： 签 名： 日 期：3XXXXXX学院毕业论文（设计）工作进度表姓名： XXXXXX 学号：XXXXXX 专业年级：机电一体化指导教师： 论文题目； 不间断电源应用分析 序号日期工作安排要求109/2/162/25根据任务书初步拟定以不间断电源应用分析为研究课题论文思路来源于工作岗位209/2/263/16搜集相关不间断电源应用方面知识资料，查看专业书籍。内容充实、使用性强、正确可靠309/3/173/22提出开题报告内容、资料准备充分409/3/234/23完成毕业论文初稿，请老师审阅思路清晰、数据准确、内容真实可靠509/4/244/30毕业论文修改完善，提交老师并以A4纸的形式打印格式正确、内容完善609/6/307/2毕业设计（论文）答辩熟知论文内容、明确论文思路和论文核心XXXXXX学院毕业论文（设计）工作指导、检查登记表姓名：XXXXXX学号：XXXXXX专业年级：机电一体化指导教师：楚忠论文（设计）题目： 不间断电源应用分析 序号日期指导、检查内容学生签名12月26日课题要求 开题时间23月17日内容、使用、33月23日开题报告44月24日论文初稿 思路、数据、内容54月31日毕业论文修改 格式67月2日毕业设计（论文）答辩 注：日期及指导检查内容由指导老师填写不间断电源应用分析摘要: 本文主要阐述了不间断电源（UPS）的发展历程、现状、分类、工作原理、应用及蓄电池的运行维护。介绍分析了UPS的供电特点和供电质量，并结合实际应用提出了提高UPS 供电可靠的有效措施 ，未来UPS的发展趋势和保护环境的有效措施。关键词 UPS 市电 整流 逆变器 稳压 浮充 前言随着时代的发展，计算机的应用越来越广泛，人们对计算机的依赖程度越来越高。计算机不仅担负着日常事务的处理，而且可以实际控制各种信息、数据，有些甚至涉及到国计民生的重要任务，这就要求计算机每时每刻都要正常的工作。如果由于某种原因造成停电，整个系统将进入瘫痪状态。为此要为计算机配备不能间断的电源，这就是不间断电源（Uninterruptible Power Supply简称UPS）。使用UPS不仅能够提供连续的电源，而且还能够稳定交流电压、滤除杂波（电源污染）等。UPS 正越来越广泛的应用到国民经济的各个领域，如银行、证券交易所，等金融管理系统，通信、航空、航天、工业制动化、气象、电视、广播等要求高度稳定的领域，商业领域、办公制动化以及家庭也已较多地使用。近十年间，UPS发展速度很快，应用领域也在迅速扩展，已经成为“计算机的生命线”，是“电脑及其他先进仪器不可缺少的电源保护神”。一 UPS的发展不间断电源供电（Uninterruptible Power System简称UPS）从20世纪60年代动态UPS发展到今天的静态UPS，已走过了30多年的历程。60年代的UPS采用柴油机发电机发电机组来实现电能的转换，平时由市电驱动电动机，再由电动机带动发电机向负载供电。当市电停电时，控制电路切断市电线路和电动机。利用飞轮的惯性，使发电机组继续供电，同时立即启动柴油机，当柴油机转速与发电机转速相同时，柴油机离合器与发电机连上，完成由市电到柴油发电机的切换，这种不间断电源称为旋转型不间断电源，也叫动态不间断电源或动态UPS。随着半导体技术的发展，1960年以后，采用了大功率逆变技术和强电流电子开关来实现大功率的电能转换。这种电能转换电路不论主电路还是其他控制电路，均采用半导体固体器件，故称为固态不停电电源或静止不停电电源简称静态UPS。静态UPS历史虽然不长，但发展速度很快，近两年的UPS比20世纪80年代初期的UPS有了很大的发展，在功率结构方面，进入90年代IGBT技术已成为近几年UPS的发展趋势。在控制技术方面，80年代的UPS主要采用模拟控制，是利用有限的微处理器技术，辅助于模拟量的反馈回路，以其采样值与设定的参数值比较而生成一个误差信号，并去周期性的修正驱动回路，以求得稳定输出，这就是最初的PWM技术。进入90年代，数字控制驱动技术取代模拟控制技术，即采用软件编程方式。这种控制方式使元器件更少，硬件线路更简化，可靠性更高，瞬间反应能力更强。而IGBI应用于大容量UPS后，使整体系统的效率更高（逆变器效率可达9899）开关速度更快，输出波形更好，谐波更小（小于12）噪音降低控制回路更简单。静态UPS基本框图如图1所示。变压整流滤波逆变器变压充电器蓄电池S1S2 S3输出市电图1 静态在线式UPS结构框图随着开关器件水平的提高和计算机技术的发展，UPS正在向智能化的方向发展，也就是借助于计算机技术，充分利用硬件和软件的各自特点，使UPS智能化。智能化UPS不仅能够完成普通UPS所能完成的全部工作，还能对运行中的UPS进行监测。随时将采样的状态信息送入计算机进行处理，一方面获取UPS运行的有关参数，另一方面监视电路中各部分的状态，从中分析电路中的工作是否正常。当UPS发生故障时，根据监视结果，进行故障诊断，指出故障的部位，给出处理方法，自动显示监测参数，自动记录有关异常或故障的信息。智能化的UPS除完成正常的控制工作外，还能在UPS发生故障时，采取必要的应急控制动作。智能化的UPS除按照产品指标自动定期地进行自检并形成自检记录外，还能用程序控制UPS的启动或停止。可以随时向计算机输入或从计算机获取信息。近年来，微处理器、高度存储和高速锁存等数字信号处理技术快速发展，高速数据采样、A/D交换技术、UPS专用的网络通信技术、远程监管和调制/解调调控技术、高频脉宽调制（）和内置完整的自我保护功能、输入功率因数校正技术、防雷击/抗瞬态高能浪涌仰制器、人机对话功能等使新型的UPS电源具有一定的智能化。UPS的品种越来越多，性能越来越完善，UPS的自诊断能力越来越强，可靠性很高，维护简单、能够提供从几百瓦的小型单向UPS电源到6000KW的大型UPS三相交流电源，可靠性达几万小时到上百万小时。实践证明，只有UPS电源才能向用户提供全天候、高质量的稳压、稳频、无干扰的高质量的正弦波电源。二 UPS电源的种类与技术指标1 UPS的分类UPS的分类方法很多，主要有以下分类方法。按工作原理分：可分为动态和静态式两种。静态式又分为后备式和在线式，在线式有三端口式和串联在线式。按输出波形分：可分方波、梯形波、和正弦波按输出功率分：可分小功率，中功率和大功率。按照输出容量大小划分为小容量3KVA以下，中小容量3KVA10KVA，中大容量10KVA以上。按输入/输出方式可分为三类：单相输入/单相输出、三相输入/单相输出、三相输入/三相输出。单相电是指由一根火线、一根零线和一根地线组成的供电系统；三相电是由三根火线、一根零线和一根地线组成的供电系统，其中两根火线之间的电压（即线电压）为380V，而火线与零线之间的电压（即相电压）为220V。对于用户来说，三相供电其市电配电和负载配电容易，每一相都承当一部分负载电流，因而中、大功率UPS多采用三相输入/单相输出或三相输入/三相输出的供电方式。下面将根据UPS的工作原理，对不同的UPS进行介绍。（1）动态式UPS动态式UPS主要有整流器电池直流电动机惯性飞轮和交流发动机组成。系统中的飞轮是储能装置，当市电停电时控制电路切断市电线路和电动机。利用飞轮的惯性，使发电机组继续供电，同时立即启动柴油机，当柴油机转速与发电机转速相同时，柴油机离合器与发电机连山，完成由市电到柴油发电机的切换，这种不间断电源称为旋转型不间断电源，也叫动态不间断电源或动态UPS。（2）静态式UPS静态式UPS中的后备电源是蓄电池。当市电正常时，市电经高频滤波和抗涌浪无源滤波电路后直接输送给负载，同时充电器给蓄电池充电，这时逆变器不工作；市电断电后，逆变器启动市电断电后，逆变器启动，将电池的直流能量转变为正弦交流交流电，并输送给负载。在此期间有一个转换时间，转换时间主要由继电器的机械跳动时间和逆变器的启动时间决定，一般要求在10ms内完成。这种电源的特点是电路简单，价格便宜，供电质量不高。（3）串联型在线式（Online）UPS供电系统这种系统在市电正常时，输入的交流电先经滤波器将电网中的污染去掉，再经整流滤波，一路送给电池组进行充电，另一路送给逆变器提供工作电压。逆变器在调制信号的控制下，其输出波形经变压器和交流滤波后，输出一个稳压稳频的交流电为负载供电。在市电不正常时或断电时，蓄电池将直流能量经逆变器转化为交流电，实现不间断供电。当输出过载或短路时，逆变器能自动关闭，不间断地转至交流旁路由市电提供给负载。在对UPS进行维修时，可将旁路开关闭合，不间断的对负载供电。这类UPS的线路复杂，保护功能扩展功能自动功能网络管理功能都很强，价格也很高，能够向用户提供最高质量的正弦交流电源，单击输出功率范围为0.71500kW。图2 在线式（4）在线互动式（Interactive）UPS电源当市电电压在150264V的范围内，这种电源向用户提供经铁磁谐振稳压器或经变压器抽头调压处理的一般市电。当市电电压超出上述范围时，UPS才向用户提供真正经变的“高质量的正弦波”电源。根据上述工作特点，也称它为“准在线式UPS”或“三端口UPS”电源。这种电源系统单机可以输出0.720kW的功率。图3 在线互动式（5）后备式（Off Line）正弦波输出UPS电源当市电电压在170V264V的范围内，这种电源向用户提供经变压器抽头输出的一般市电。仅当市电超出这个范围，它才向用户提供由逆变器逆变的较高质量的正弦交流电。单机输出功率为0.252kW。（6）后备式方波输出UPS电源当时市电电压在165264V的范围内，这种电源向用户提供经变压器抽头调压的一般市电。当市电超出这个范围时，他向用户提供具有稳压输出特性的50Hz方波电源。当这种电源工作时，不允许用户使用感性负载（电风扇，日光灯等），否则就会造成UPS损坏或用户负载损坏。这种电源输出功率为0.252kW。图4 后备式当前较常用的是后面四种。从上面的简介中，我们可以看出，性能最好的是串联型在线的UPS电源，接下来的是在线式互动式电源，后备式正弦波式电源，然后是后备方波式电源，但价格也是从高到低变化。 UPS电源的主要性能指标硬件性能指标主要有：工作方式：在线、在线交互、后备 输入电压范围：即保证UPS不转入电池逆变供电的市电电压范围。在此电压范围内，逆变器（负载）电流由市电提供，而不是电池提供。输入电压范围越宽，UPS电池放电的可能性越小，故电池的寿命就相对延长。科士达具有较大的输入电压范围，最高可达165-275V。 输入频率范围：即UPS能自动跟踪市电、保持同步的频率范围。当切换旁路时，UPS能自动跟踪市电、保持同步可避免因输入输出相位差开甚至反相，引起逆变器模块电源和交流旁路电源间出现大的环流电源而损害UPS。科士达允许输入频率范围45-65Hz。 输入功率因数：指UPS输入端的功率因数。输入功率因数越高，UPS所吸收的无功功率越小，因而对市电电网的干扰就越小。一般UPS只能达到0.9左右。 输出功率因数：指UPS输出端的功率因数。如果有非计算机负载，越大则带载能力越强。一般UPS为0.8左右。 过载能力：越大，表示逆变器能力越好。 切换时间：由于计算机开关电源，在10ms的间隔时间能保证计算机的输出，因此一般要求UPS切换时间小于10ms，对于在线UPS切换时间为0。 输出电压稳定度：指UPS输出电压的稳定程度。输出电压稳定程度越高，UPS输出电压的波动范围越小，也就是电压精度越高。大部分UPS的电压稳定度大于5%，科士达 为13% 。 输出电压失真度：即UPS输出波形中所含的谐波分量所占的比率。常见的波形失真有：削顶、毛刺、畸变等。失真度越小，对负载可能造成的干扰或破坏就越小。科士达GP600，500，800及MASTER系列输出波型为非常纯正的正波。 负载峰值因数：指UPS输出所能达到的峰值电流与平均电流之比。一般峰值因数越高，UPS所能承受的负载冲击电流越大。科士达产品的峰值因数为有3:1。 三相不平衡能力：对于三进三出的UPS来说，若出现三相的每一相电流不一致，就会造成输出电压的不平衡。具有100%负载不平衡能力的UPS，表示该UPS允许一相输出带满载，而其他两相空载。科士达目前暂时无该系列产品。 冷启动功能：在无市电或不接市电的情况下，直接用电池组所提供的直流电压启动UPS的功能。科士达产品具有冷启动功能。旁路功能：指UPS超载或逆变器发生故障时，通过控制开关转换至市电供电，也就是旁路供电。科士达UPS各系列都具有旁路功能。 接发电机功能：发电机的输出波形一般失真度较高，且频率波动范围很大。因此，UPS必须具有良好的跟踪发电机频率的性能，保持与发电机同步工作，并且保持质量较高的输出波形和稳定的输出电压。科士达具有良好的接发电机性能。 电池管理水平：由于电池在UPS整机成本所占比重较大，特别长延时UPS中更占1/3以上，而且电池故障在UPS故障率中也占70%以上。所以电池管理水平的高低直接关系到UPS的使用。三 UPS电源的工作原理我们以近年使用比较广泛的，采用微处理器调控的小型在线式uPS电源为例，介绍UPS电源的工作原理。其控制框图如图2-8所示图5 AP200型UPS工作原理框图1 市电输入电路在图中我们看到，市电经滤波器对于来自电网的电磁干扰和射频干扰首先进行衰减和抑制处理后，分成两路去控制后级电路的正常工作；直接经交流旁路供电通道送到转换开关（即转换继电器，高速的转换时间约为24ms,计算机要求的最大间断时间约为78ms）的输入端，即转换继电器的常闭触点上；当UPS的逆变器正常工作时，转换开关是将交流旁路供电通道与负载之间的供电通道予以切换的。市电电源送到谐振式变换器的输入端上。然后一路经充电器对于UPS机内的电池组进行充电，当市电供电中断时，蓄电池有足够的能量来支持UPS的正常运行；一路到控制电路，一路到逆变器。2 微处理控制电路这种UPS的控制中心是由微处理器芯片完成的。微处理器通过变换器控制器去驱动具有输入功率因数校正功能的谐振变换器。电路中的谐振变换器具有的调控功能主要有：可以使UPS的输入功率因数从普通UPS的0.8左右提高到0.97以上，并可基本消除由普通UPS产生的影响市电的谐波干扰。将市电输入的50Hz、220V低频正弦交流电，变成20kHz、410V左右的高频电压正弦电源。电路中采用脉宽调制的串联谐振功放电路，能够允许市电电压波动范围很宽的情况下，均能保持输出的稳定。其允许的范围可达120264V。3 电路的工作过程当用户将UPS市电输入端接入市电后，再按UPS的“开机启动”，即可进入开机启动。在UPS刚开机的一段时间内（1020s），市电首先经交流旁路到转换继电器的常闭触点，直接向负载供电。与此同时，在微处理器的控制下，位于UPS内部的充电器向蓄电池充电；整流器、逆变器也开始工作，由于此时逆变器输出接的是继电器的常开触点，因此逆变器是处于“空载”运行状态。在逆变器获得20s的空载运行后，在微处理器的控制下，转换继电器将要从刚开机时释放状态进入吸合状态。这样转换继电器在切断市电电源对负载供电的同时，将逆变器的输出接入负载供电电路。当电路中的UPS输出端出现过载或短路、环境温度过高或其他原因导致功率放大管温度过高（90以上）、逆变器本身出现故障时，为了保护设备的安全，UPS会自动地执行从逆变器电源供电转为交流旁路电源供电的切换操作。用户使用的电源就是一般市电了。为了保证在输出继电器的切换时，计算机不出现任何问题，应要求旁路送来的市电与经逆变器输出的电源尽可能的同频率、同相位和同幅度。这一切都是由微处理器控制的逆变控制器来控制，但要做到同幅度会非常困难，有时还会导致UPS出现故障，因此应尽量减少继电器的切换 次数。4 UPS的自动保护功能为了确保UPS中的逆变器、电池组等关键部件不被损坏，UPS中设置了多种自动保护电路。通过这些保护电路可以保证UPS中的关键部件不被损坏。即使某些元件被损坏，也可以自动关闭，防止故障的进一步扩大。（1）逆变器输出过载或短路的自动保护对于小型的UPS电源，若负载端严重过载，甚至短路，保护电路应立即将逆变器电源置于关闭状态。进而防止逆变器中的功率管（MOS管或IGBT）被烧毁。另外为保证负载的供电，控制电路还应将输出继电器由逆变输出转到旁路输出。这样由驱动能力很强的市电来维持正常的工作，或烧毁保险丝。（2）电池电压过低自动保护、当市电故障时，蓄电池将向逆变器提供直流电源。当工作时间较长时，电池组的电压将要下降当端电压下降到一定值时，为防止电池组过度放电而遭受损坏，UPS会自动地将逆变器关闭。5 UPS的智能化由于技术的发展和客观需求，当今的UPS已普遍使用微处理器进行了智能化管理。这种管理方式能在UPS电源和微机（甚至是计算机网络）之间建立起双向通信调控管理功能。常见的通信接口有RS232、DB9、RS485等，网络管理时还应配置网络管理协议。1）能够向微机（网络）发出报警信号在UPS运行中，当出现市电故障或停电时，UPS会利用与微机的通信联络，向微机发出提示报警，如“电池组供电”、“电池电压偏低”等。当电池组的端电压下降到接近临界关闭电压时，UPS会向微机(网络)发出自动关闭系统命令，同时使微机自动完成程序、数据等信息的保存工作。从而确保用户的信息安全可靠。2）微机（网络）能够监控UPS的运行用户可以通过微机（网络上的任一台微机）实时监控UPS电源的运行。利用这种控制功能，用户可在微机上监视UPS的输入/输出电压、电流、频率、电池组的充电、放电、电压值、输出功率等运行参数。还可以通过微机对UPS进行自动开机、关机的操作。四 UPS在炼油厂的应用滨化集团应用UPS是从三机、重整等装置的三端口UPS开始的。1989年安装的意大利Siel公司的三端口UPS，其主要核心部分是有一个双向交换器（即逆变又整流）。这种UPS主要由市电、整流/逆变器、蓄电池组、三端口变压器构成，其原理图如图2所示滤 波调 压双向交换器市电蓄电池输出图6 三端口UPS结构框图三端口UPS具有市电输入端口、整流/逆变器输入端口输出端口，俗称三端口。三端口UPS与在线式UPS的工作方式有很大不同。首先是它的整流/逆变器处于同一电路，整流/逆变器既有市电输入，又有逆变输出，同时又给电池充电。从图1可以看出，在线式UPS要经过二次变换，即交流直流交流负载。而三端口UPS经过一次变换就供给了负载。其次，三端口UPS所使用的变压器，不是一般的稳压变压器，而是一个铁磁谐振变压器，这样，当初级电压变化时，次级电压基本维持不变；逆变器在市电正常情况下也工作，没有切换时间，并在控制电路的作用下，调整逆变器输出电压的振幅与相位，保证逆变器输出电压的稳定；在市电不正常或发生故障时，系统由蓄电池作为输入电源继续向负载供电，保证负载不间断的稳定工作。三端口UPS逆变器的输出电压频率不够稳定，带非线性负载的能力比较差，但成本低。从1996年开始，炼油厂采用了具有先进电子技术的UPS如：法国梅兰日兰、德国Siemens、意大利Best等共30套。在线式UPS的含义是：即使在电网电压正常时，市电也是经过变压器整流滤波逆变器开关S3（S3闭合，S2断开）输出。这种UPS将市电隔离。在市电正常时，过滤市电，供给负载纯净的电源。在市电不正常或发生故障时，UPS以蓄电池组为输入电源继续向负载供电，保证负载连续不断的稳定工作。所以，负载即使是事实控制信号，也不会因市电而丢失或差错。它之所以具有这样的性能，其根本原因是：它有一个或多个储能环节和能量的变换装置，将市电隔离过滤后再供给负载纯净的电源。一旦市电异常，依靠这些储能和能量变换装置，可继续向负载提供高质量的电源，以实现不间断供电的要求。1 UPS应用新思路在UPS设备更新换代，电子技术突飞猛进的同时，对UPS的应用目的也在发生变化，这是随着供电质量的提高悄悄进行的。由于当时的电网技术不成熟，停电事故经常发生，最初的UPS主要作为后备电源，通过增大蓄电池容量的方法，延长UPS后备时间达1-2h。从1994年开始，供电质量有了明显提高，大面积的全停电事故基本杜绝。这时，UPS主要任务是克服电源电压波动及净化仪表电源，其后备时间规定为15min（满负载状态下维持后备时间15min，一般地，UPS负荷率在30%左右，后备时间还要延长些）。这样，对UPS的要求更高，不仅要具有后备电源的基本作用，还要在稳压、稳频、去除谐波、抗干扰等方面发挥积极作用。2 提高UPS供电可靠性的措施目前，UPS设备质量已达到了令人满意的程度，因UPS本身质量原因导致的停电事故越来越少。现在的主要课题就是提高UPS的外围配置和及时发现设备异常。在这方面，滨化集团滨阳燃化炼油厂做了一些有益的尝试，取得了比较理想的结果。滨化集团滨阳燃化的装置都是双回路供电，单独某一回路的异常不会引起装置大的波动。由于UPS是有后备时间的，特别是在UPS后备时间减少的情况下，必须保证UPS有比较可靠的输入电源。因此，我们将UPS的输入电源改为双电源互投方式，电源的切换是自动完成的，保证把正常一路电源送给UPS。充分利用UPS先进的自检、报警及通讯功能，把报警信号输入操作室DCS，任何异常情况都可以及时发现，在事故扩大之前就可以采取相应措施。“蓄电池是UPS的心脏”。据统计：由于蓄电池故障引起UPS不能正常工作的比例几乎超过70%。在正常情况下，蓄电池处在浮充状态，UPS检测直流环节的电压，并于负荷电流比较，计算出实际的后备时间。但蓄电池的电压与直流环节并联在一起，直流电压正常并不表示蓄电池完好，比如，蓄电池开路或某一节蓄电池内阻增大等故障现象，依靠UPS内部软件就不能判断。针对这种情况，我们联合装置UPS上安装了“蓄电池内阻检测仪”，实时检测蓄电池内阻，因为电池的容量不足或质量变坏，最可靠的检测办法就是检查其内阻值的大小。如2001年4月三机UPS在电网出现瞬间停电时，就是因为电池组中有一节电池出现问题，没能实现瞬间为逆变器供电，导致主风机及烟气和汽轮机停机。事后检查该节电池严重亏容，内阻很大，对于电池组而言相当于开路。内阻检测仪设定每天检测一遍所有电池的内阻，同时还针对所有电池的规格型号设定了内阻范围，如出现电池内阻增大，超过设定的范围则会发出报警信息：不仅如此，检测仪还可以电池的其他运行参数，如浮充电流、电压、放电电流、单节电池电压等，可以帮助我们更好的了解运行电池组的状态，其效果比较理想。如2002年2月，检测仪检测出联合装置1号UPS的电池组中的5号电池内阻超标，当时测量值为22m，而其他电池的内阻在17 左右，于是我们便开始注意此节电池的运行情况，结果发现此节电池内阻不断变大，最后达到25 于是将其更换。通过放电试验发现其容量确实不足。另外，我们每季度还用便携式仪器复试数据，通过前后数据比较，确定UPS是否正常。对于特别重要的装置采用双机并联方式，当一台UPS故障时，另一台可以继续担负全部负债的供电，以实现更高一级的不间断供电要求。3 待进一步完善的措施“不间断”并不意味着UPS没有故障或绝对的不间断供电，但他可以将重要的负载因供电中断造成的停机率下降到设备所能允许的程度。在目前情况下，以能使平均无故障时间达到数万小时，甚至5年以上。为了达到不间断供电的目的，还可以从设备上采取措施。如图3所示，联合装置UPS双机并联，DCS所用24V直流电源也是多电源互备方式，这两个环节的供电都是非常可靠的，但两部分的结合点处却是单回路，是一瓶颈点，故障几率比较大，影响装置正常生产。如果改为图4所示的供电方式，整个供电回路都是双回路，很明显，供电可靠性大大提高。1号UPS2号UPS220/24仪表电源220/24仪表电源220/24仪表电源220/24仪表电源负 载负 载负 载负 载2号380VAC电源1号380VAC电源1CJ2CJ1ZK2ZK3ZK4ZK1ZK图7 现在运行电路1号UPS2号UPS220/24仪表电源220/24仪表电源220/24仪表电源220/24仪表电源负 载负 载负 载负 载2号380VAC电源1号380VAC电源1CJ2CJ1ZK2ZK3ZK4ZK图8 修改后的电路另外，上海石化、金陵石化等公司采取的“UPS风险承担”模式也是一种提高安全供电的措施。其实质就是减少单台UPS的供电范围，用多台UPS分别承担供电任务，在故障几率相等的情况下，某一台UPS故障所导致的停电范围减小，不致引起整个装置全部瘫痪。五 UPS蓄电池的性能指标UPS蓄电池在UPS电源设备中占有十分重要的地位.目前，中小型UPS电源中广泛使用的免维护密封式铅酸蓄电池，占据UPS电源总成本的1/41/2之多。不仅如此，实际维修也表明，约有50%以上的UPS电源故障与UPS蓄电池有关。无论作为UPS故障的起因还是结果，UPS蓄电池的失效都会直接表现为内阻增大、端电压不够、容量不足或瞬间放电电流不满足带载启动要求等。因此，在使用和维修UPS电源时，正确认识UPS蓄电池、科学使用UPS蓄电池、掌握测试和挑选UPS蓄电池的方法就显得尤其重要(为说明问题方便，UPS蓄电池简称为电池。) 1 UPS蓄电池的主要技术指标 在衡量UPS电池的指标中，电池的额定电压和额定容量是两个最常用的技术指标。例如，日本汤浅NP612型蓄电池的额定电压为12V，额定容量是6Ah/20h；德国阳光A406/165型蓄电池的额定电压为6V，额定容量是165Ah/20h。电池的容量是指充足电的电池放电到终止电压时输出的电量。在恒流放电的情况下，容量 Q=It 式中 Q电池放出的电量，Ah；? I放电电流，A； t放电时间，h。所谓终止电压指电池低于这一规定的电压时，电池就无法正常工作的电压。换言之，电池在低于终止电压的情况下继续放电使用，可能会造成电池永久性损坏。电池的额定容量或标称容量用字母C表示。例如，额定容量为6Ah的电池，C=6Ah；额定容量为24Ah的电池，C=24Ah。容量的概念实质是电池能量转化的表示方式。例如，考虑到电池的端电压E=12V在实际使用时保持近乎不变的事实及输出能量表达式W(t)=IVt=IEt，因此，6Ah从能量效果的角度，可理解为NP612型蓄电池在保持端电压不变的情况下释放能量，若以6A电流放电可释放1h或以1A的电流放电6h。2 放电制与放电速率 在研究电池时，常常规定统一的放电时间，称为放电制。利用给出的放电制就能通过额定的容量求出放电电流。放电电流(A)=电池的额定容量(Ah)/放电制时间(h) ，为了对容量不同的电池进行比较，放电电流不用绝对值(安培)表示，而用额定容量C与放电制时间的比来表示，称作放电速率或放电倍率。20h制的放电速率就是C/20=0.05C，单位为A。因此，上述NP612型电池的容量指标6Ah是在20h制的放电速率，即0.05C放电速率下测定的。对于NP612型电池，0.05C等于0.3A的电流。3 测试UPS蓄电池 测试UPS电池的目的是确定该电池是否满足UPS电源的使用要求。这在更换UPS电池和判定原有UPS电池是否失效时是必须的。在实际维修UPS时，一般的UPS电源对电池的要求：满足原来使用电池的端电压；电池应具有在启动放电瞬间就能输出大电流的特性；满足一定容量和内阻，以保证逆变供电的时间。从以上UPS电源对电池的要求可见，单凭测量UPS电池的端电压是不能确定电池好坏的。 1测量UPS电池的端电压 (1)离线测量电池的端电压 离线测量电池的端电压是指电池在脱离原连接线路的情况下，使用万用表的DC电压档或电压表直接测量电池两端的电压。被测电池端电压为12V左右，最低不能低于10.5V。不足10.5V的电池即为欠压或可能已失效的电池。若这种电池在经过充电或激活充电后端电压仍达不到12V，即为失效电池。(2)在线测量电池的端电压在线测量电池的端电压是指在UPS电源工作的情况下，使用万用表的DC电压档或电压表测量电池两端的电压。市电供电状态的UPS，由于电池处于充电状态，端电压大于12V。当电池的端电压下降到10.5V时，正常的UPS电源会启动机内的电池欠压自动保护电路，使UPS进入既无市电供电又无逆变供电的保护状态。 2测试UPS电池是否具有启动瞬间输出大电流的特性 后备式UPS电源由市电供电向逆变供电的切换时间要求小于7ms，一般设计为45ms左右。这就是说，一旦市电供电中断，UPS电池必须在小于45ms时间内输出负载所需的电流。有些失效的电池能够满足端电压和容量的要求，但不能在少于45ms内放电电流达到大电流的要求。由这种电池造成的UPS故障表现为：UPS在空载或轻载时能逆变切换成功，增大到正常负载时逆变失败。3判别UPS电池的内阻和容量 质量良好的UPS电池内阻在2030m左右，当内阻超过80m时，需要对电池做均衡充电处理或活化处理。电池内阻的增大，必然伴随实际输出能量的降低，从而表现为电池的容量减小。此外，还有造成电池的容量减小其他因素，如电解液损失等。测试电池内阻是否增大，决不可用万用表的电阻档直接测量，应采用间接测量计算的方法，实际维修时可用如下简单方法判别电池的内阻是否增大： 用一节好的电池和一节怀疑内阻增大的电池做串联充电实验(如在500VA的UPS中两节12V电池串联使用)。在充电过程中同时测量对比两节电池的端电压，内阻增大的电池获得的充电电压比好电池高，充电电压差别大小反映出内阻差别的程度。 若电池仅仅是容量不足，则主要表现为UPS可逆变供电的时间缩短，而UPS的带载能力、市电供电与逆变供电之间的切换等都不受影响。六、科学使用UPS蓄电池 科学使用UPS电池就是要明确电池的正确使用方法，延长电池的寿命，使之发挥最大的作用。 1、保持适宜的环境温度。影响蓄电池寿命的重要因素是环境温度，一般电池生产厂家要求的最佳环境温度是在2025之间。虽然温度的升高对电池放电能力有所提高，但付出的代价却是电池的寿命大大缩短。据试验测定，环境温度一旦超过25，每升高10，电池的寿命就要缩短一半。目前UPS所用的蓄电池一般都是免维护的密封铅酸蓄电池，设计寿命普遍是5年，这在电池生产厂家要求的环境下才能达到。达不到规定的环境要求，其寿命的长短就有很大的差异。另外，环境温度的提高，会导致电池内部化学活性增强，从而产生大量的热能，又会反过来促使周围环境温度升高，这种恶性循环，会加速缩短电池的寿命。2控制好充电电压，防止过压充电 对于端电压为12V的电池，正常的浮充电压在13.513.8V之间。浮充电压过低，电池充不满，