论述避免UPS故障要点

论述避免UPS故障要点

张彪

（江苏空管分局技术保障部江苏省南京市211113）

摘要：本文论述了UPS输出负载短路的后果及解决方案；结合案例说明维护中要重视零线的检查；UPS零地电压产生的原因及解决方案；UPS电容爆浆漏液的原因及解决方案，并分析了电容爆浆漏液几种不同现象的原因。

关键词：UPS；输出负载短路；零线；电容爆浆漏液

Abstract:ThispaperdiscussestheconsequencesandsolutionsoftheUPSoutputloadshortcircuit;combinedwiththecasedescriptiontopayattentiontothezerolineinspection;UPSzerogroundvoltagegenerationcausesandsolutions;UPScapacitorexplosioncausesandsolutions,andanalyzedthecapacitorexplosionThereasonsforseveraldifferentphenomena..

Keywords:UPS;Outputloadshortcircuit;zeroline;capacitorexplosion

1、引言

民航UPS系统是为重要负载供电，安全运行不容忽视，一旦出现事故影响很大。近年来，各地都出现过因UPS导致的系统宕机事故。笔者经多年的工作实践总结了避免UPS事故发生需要注意的关键点。

2、UPS输出负载短路问题

UPS输出负载短路百分之九十以上会导致UPS系统出现输出停电或闪断故障，从而导致所接的重要设备瘫痪。UPS输出负载短路时，不管单机、主从、并机，还是双母线系统都不能保证负载不断电。下面以目前最安全可靠的UPS并机双母线冗余供电系统举例说明：

UPS并机双母线冗余供电系统

图中4台UPS每2台１＋１带并机柜并机提供双母线供电，UPS1-1和UPS1－2通过并机柜并机构成系统一，UPS2-1和UPS2－2通过并机柜并机构成系统二。正常情况下，系统一与系统二分别带自己的负载。

系统一经UPS1输出柜和静态转换开关STS1带负载，系统二经UPS2输出柜和静态转换开关STS2带负载，STS1设定1路优先导通，STS2设定为2路优先导通。当其中一个系统供电母线上的任何设备故障时，其负载可经静态转换开关切换至另一个系统供电。

为了保证两套系统可以同频率、同相位跟踪，还可以通过负载总线同步跟踪控制器保证切换时电源在波形和相位上是连续的。对多数故障，这种系统都没有问题，但还是不能解决输出负载短路问题。这是因为短路相当于过载，切换到系统2，系统2也会过载宕机，导致负载断电。

实际工作中发生输出短路的可能性其实很大。现在民航的核心机房的UPS系统都是采用UPS并机双母线冗余供电系统或者UPS并机单母线供电系统。那么从UPS输出配电柜到各负载还有可能经过若干个配电柜、配电箱、插座。其中任何一个环节出现短路故障，都有可能导致全系统断电。另外各地区、分局（站），对专业之间的维护界面各有不同;有的是所有电源都由动力专业维护；有的是归其它专业维护(属地化管理)，而其它专业在动力技能方面可能有欠缺，存在很多不确定性，有发生短路的可能。UPS都是优先保护自身设备，不同厂家设计理念不同，如：输出短路时有的UPS不转旁路，直接关掉逆变器宕机；有的转旁路，但会顶掉空开，造成小面积停电。

3、零线与接地问题

零线问题是维护中很容易忽视的一个问题，有可能导致严重事故，结合一个案例说明此问题。

某局员工休息室从一楼交流配电柜引电，UPS也从交流配电柜引电，UPS输出到一个UPS配电箱再给一些设备供电。故障现象是冬季UPS连续几天晚上12点左右断电，UPS显示“输出短路”，负载掉电，值班人员到现场重起UPS后恢复正常。最后经过仔细查找是以下2个原因：一是员工晚上用几个单相电暖器，碰巧插到了同一相交流电上，导致三相不平衡，由于零线电流是三相电流的矢量和，不平衡导致零线电流过大。二是UPS配电箱的零线排上几个设备的零线螺丝松动。零线虚接再加上零线电流过大导致打火，UPS判断为“输出短路”从而宕机。

UPS的接地也是一个比较容易被忽略的问题。

当UPS的负载不对称，或UPS带有非线性负载时，中性线中就会有电流流过，在中性线上产生压降引起中线和地线之间的电压差通常称为“零地电压”。中性线电流越大、负载距离越远、中性线导线截面越小，则“零地电压”就越大。有些灵敏负载对“零地电压”要求很高，这样就不能正常工作。

这是因为一般核心机房接地系统都是UPS输出中性线和负载中性线固定接到市电电源的中性线上，市电电源的中性线在低压进线柜中连接到接地极上，UPS输出和负载的中性线与市电的中性线没有任何的隔离。核心机房中交流电缆很多，每一根电缆都含有大量的电磁干扰，所有的这些电缆被捆扎在一起走长线，使得这些高频干扰互相串扰，高频干扰电流在零线、地线上流过带来了零地之间的压降。

4、UPS电容爆浆漏液问题

UPS的电容一般是指其内部的直流滤波电容和储能电容及输入输出交流滤波电容。UPS电容爆炸一般是指直流滤波电容和储能电容，它通常选用容量较大的电解电容，电容爆炸一般是因为耐压问题造成的，其本质原因有如下二个。

4.1内部电介质绝缘强度下降导致电容击穿

（１）电容本身质量问题。一些厂家为了降低产品售价，提高产品中标的竞争力，选用了寿命较短的直流滤波电容。

（２）温度。电容温度高的原因是长期不维护造成UPS内部积尘过多，散热不良；UPS内部风扇故障（风扇转速下降）。

4.2外部电压超过电容的耐压值

UPS内部的储能直流电容耐压值一般为直流450～500Ｖ，以POWERWARE9150／930510ｋＶＡUPS为例，其内部直流母线电压为400ＶＤＣ，而直流电解电容的耐压值是450ＶＤＣ。UPS中的相控整流器控制着输出直流电压的高低，UPS使用年限越长，相控整流器电路器件参数越老化，造成UPS内部的直流400Ｖ电压不再稳定。市电波动时，会造成UPS内部400Ｖ直流电压波动，波动的电压幅值很可能会超过450Ｖ，造成直流电解电容过压，再加上电容长期使用耐压性能下降，就会发生爆裂。

5、UPS电容爆浆漏液的几种可能现象及分析

理论上，并机系统中一台UPS故障，故障UPS应自动退出系统，其它正常工作，但现实中电容爆炸时却不一定是这样。根据统计资料显示一旦发生电容爆炸故障，90％以上的几率会导致并机系统出现输出停电，从而导致负载瘫痪。

5.1除了发生电容爆炸的那台UPS单机处于逆变器自动关机状态之外，其余各台UPS似乎都处于“正常的”逆变器电源供电状态。这是因为并机UPS系统中一台设备逆变器发生故障导致系统输出电压波动，或是输出交流电压中含有很高的直流成分电压，或是拉低了系统输出电压，从而影响到负载。

5.2除了发生电容爆炸的那台UPS单机处于逆变器自动关机状态，其它UPS的输入开关或UPS并机系统的总输入开关跳闸，UPS处于电池组提供能量的逆变器供电状态。这种情况主要原因是电容爆炸的UPS的逆变器发生了内部短路故障，由于逆变器并联，导致其它UPS逆变器输出瞬间短路，输出电流瞬间增大，而这些电流不是供给负载，而是供给内部短路的UPS，从而造成正常的UPS瞬间过载，进而导致相关输入开关跳闸。

5.3UPS“1＋１”并机系统中各台UPS的输入、输出配电柜中的开关都配置为断路器开关。一台UPS的滤波电容爆炸，其余UPS的输入、输出开关全都跳闸。这是因为交流输入滤波电容爆炸造成市电小范围供电环境恶化。UPS都有输入滤波器，该滤波器都有电感线圈，输入市电在瞬时发生突变，相当于感性负载两端电压突变，从而产生反向电动势，冲击相关的断路器，断路器都有过压保护和过流保护功能，开关全都跳闸。

5.4并机系统中除了发生电容爆炸的那台UPS逆变器自动关机，其余UPS均处于“正常的”逆变器供电状态，负载正常工作的情况。这种侥幸情况不会超过１０％，一般是交流输入电容爆炸或者直流电解电容爆炸没有影响到检测控制电路。

6、建议

6.1针对UPS输出负载短路导致系统宕机

选用具有双电源输入特性的设备，目前，设备制造厂商已将多数重要的网络通信设备制作成具有双电源输入特性的设备。有2个交流电源接口，可以接2路交流电，内部再通过2个交流／直流转换模块转换成直流电，并联给设备供电。

负载末端取消PDU，采用微断控制；PDU虽然可以定做为每插口都配置过载开关，但是目前这种微型过载开关质量不稳定，而PDU厂家又没有对此开关的检测手段，造成有误动、拒动等发生；采用微断控制，首先产品可靠，微断厂家均有完善检测线（山寨产品除外）。

6.2针对零线与接地问题

在日常维护中要特别注意零线的检查，从UPS输出到用电负载的整个供电路径上的零线都要定期检查紧固。

一是将UPS的火线和零线、地线分开走线，两者的距离应该保证在20ｃｍ以上，其它动力电缆也远离UPS零线。二是在UPS负载端加隔离变压器，并将隔离后的零线接地，可以保证负载的零地电压趋近于零，解决“零地电压”问题效果最好。

6.3针对UPS电容爆浆漏液问题

做好日常维护检查，及时发现风扇异常；每年对UPS做一次内部除尘；定期采用远红外成像仪、远红外测温仪等检测仪对滤波电容进行温升检测；使用超过３年的UPS内部的电容，每年进行专业检测，看看有没有漏液、鼓包，容量是不是已经下降到其容量误差下限；风扇及电容厂家设计使用寿命在20000-40000小时，按照使用频率、环境温度等，五年左右及时更换。

7结束语

核心机房UPS维护难度大，故障率高，发生事故影响大。为了减少核心机房UPS事故，需要深入分析其发生事故的各种可能原因，做好基础维护工作，将事故隐患消除在萌芽状态。