鹿泉艾默生UPS电源总代理

鹿泉艾默生UPS电源总代理
 1.故障发生经过和处理
　　
　　 （1）故障的引发 
　　 
　　 一天凌晨，市电高压突然中断，枢纽大楼电源维护人员立即起动两台油机并机发电，但并机一直不成功，造成油机供电时断时续。UPS在无交流输入供电状态下，UPS系统处在放电、逆变工作状态。 
　　 
　　 综合业务支撑平台电源维护人员巡查发现UPS1、UPS2在逆变工作状态时，蓄电池的放电电压为372V/组，蓄电池由于断断续续放电时间过长，后备时间严重不足。立即通知枢纽大楼电源维护人员紧急启动单台油机发电供电，此时只保证对重要负载供电。 
　　 
　　 在单台油机发电供电正常时，综合业务支撑平台电源维护人员巡查发现UPS1、UPS2对蓄电池的充电电压为391V/组，充电电流只有14A/组（正常充电电压应大于430V/组，充电电流为50A/组）。此时立即通知UPS厂家技术支持人员，要求尽快赶到现场支持。 
　　 
　　 （2）故障发生的经过 
　　 
　　 UPS厂家技术人员赶到现场后，在处理UPS1、UPS2对蓄电池充电电流过小的（调整充电限流微调电位器）过程中，整流器、逆变器突然同时停止工作，UPS1、UPS2自动转旁路供电，在此状态下，先后分别启动UPS1、UPS2整流逆变和调整充电限流微调电位器，此时整流逆变与自动转旁路供电反复出现，系统无法正常工作，致使UPS2输出空开跳闸，UPSA系统输出发生闪断，造成未接入双系统双回路供电的平台短时宕机。之后，又分别多次启动UPS1、UPS2整流逆变和调整充电限流微调电位器，此时整流逆变与自动转旁路供电反复出现，系统无法正常工作。在此期间，UPS1、UPS2的市电输入配电柜主用开关也分别发生跳闸一次。
　　 
　　 （3）故障处理的经过 
　　 
　　 后来，将UPS1、UPS2转入人工旁路供电，再次启动UPS1整流逆变和调整充电限流微调电位器，使其充电电流为50A；和UPS2整流逆变和调整充电限流微调电位器，使其充电电流为50A。这时，UPS1、UPS2单机整流逆变运行正常，之后整流逆变并机运行也正常。 
　　 
　　 下午，UPS1、UPS2恢复正常整流逆变并机运行供电方式对负载供电。 
　　 
　 　2.故障原因分析
　　
　　 （1）依赖厂家，不能自主处理。这次枢纽大楼综合业务支撑平台UPSA系统输出发生供电闪断故障，直接导火索是售后服务人员在调整充电限流微调电位器时调整不当所致。之后，在处理故障过程中，售后服务人员操作步骤又与枢纽大楼综合业务支撑平台人员操作步骤不一致，延误故障排除时间。这些都反映出目前维护工作有些过度依赖厂家。而维护部门对供应商的管理又有所缺失，对技术方案的审查研究不够，对厂家技术人员的素质、应急反应速度没有提出相应要求。 
　　 
　　 （2）UPS1、UPS2主机分别配置两组500Ah/组、192只/2V的蓄电池，而主机对蓄电池充电电流只有14A，充电电流设置不符要求（过小）。本系统是2005年12月建成投入使用，当时投入使用时就存在充电电流参数设置过小的问题，但厂家在巡检过程中一直未发现。 
　　 
　　 （3）2005年12月建成投入使用已4年有余，使用维护管理人员在日常巡检过程中也一直未发现。 
　　 
　　 （4）在UPS由单系统双回路供电改造成双系统双回路供电后，未全部将单系统双回路供电改造成双系统双回路供电，所以此次故障造成未接入双系统双回路供电的平台短时宕机。
　　 
　　 3.教训及整改措施
　　
　　 （1）在故障排查过程中，应根据故障现象对照电路原理进行详细分析，尽可能认真检查、测试引起故障发生的元器件的各种技术参数。在处理故障过程中，要加强设备厂商技术人员故障处理的管控，实行操作步骤确认制，避*不当造成不必要的损失。 
　　 
　　 （2）使用维护管理部门今后要积极主动参与工程建设全过程，认真把好工程安装、调试、参数设置质量关。 
　　 
　　 （3）使用维护管理部门在工程验收时，要把好工程建设项目初验和终验关。应要求施工单位或设备供应商提供主机参数设置数据，对UPS系统主要参数的设置要进行核对，对关键功能及性能要进行试验，对各类开关的整定值要认真核对，对UPS电池一定要做一次容量试验，并将资料妥善保存。 
　　 
　　 （4）使用维护管理部门在 UPS系统投入使用前，应注意检查各部件连接是否准确、牢固，特别是电池连接条螺丝是否扭紧，详细核对系统的各项参数设置是否准确无误。
　　 
　　 （5）使用维护部门要按照专业维护规程的要求，进一步加强各类设备的维护作业计划执行管控，加强各类设备预检预修和日常巡测，在系统设备改造扩容后，应要逐项核对和调整有关参数设置。 
　　 
　　 （6）维护管理部门要经常进行预警分析，对安全隐患要立即进行整改，并要对整改的结果进行闭环管控。 
　　 
　　 （7）维护管理部门要结合实际制订各类行之有效应急预案，并定期进行演练。特别要加强较端情况下应急预案的制定和演练。 
　　 
　　 （8）技术维护部门要加强技术培训，对所属的电源设备的工作原理、技术性能，各项技术指标要熟练掌握。
UPS不间断电源系统的可用性设计
本文从UPS电源系统的可用性概念出发，对UPS内部的设计，UPS系统的配置以及相关配电结构进行分析，给出了UPS系统提升可用性的方法。
UPS电源是工业领域用来对负载进行断电保护的关键设备。对于断电保护，针对不同的负载应用，又有两种类型。一种是普通的电脑类设备，当断电发生时，UPS电源需要为负载提供几分钟到十几分钟的后备供电时间。在这段后备时间之内，负载设备会进行数据存储等动作以防数据丢失，之后负载就会关机。在UPS达到后备时间之后负载仍然会断电，但这不会导致经济损失。另外一种是在数据中心，以及工业应用之类的场合，对UPS的要求就是真正的不断电，UPS系统必须提供整年每天24小时的连续供电。本文对可靠性与可用性的讨论就是针对这种情况。
电源系统的可靠性通常可以使用MTBF（平均故障间隔时间，或者平均无故障工作时间，以小时表示）来表示，此外还有一个更加*理解的指标AFR（年失效率）。AFR和MTBF成反比关系，也就是AFR=8760/MTBF。因此MTBF越长，则年失效率越低。
对于可维修的系统来说，还有一个可用性的指标，其定义是A = MTBF / (MTBF + MTTR)其中A是一个百分比指标，MTTR值得是平均故障修复时间。如果系统出现故障时可以非常快速的恢复，那么系统的可用性指标就比较高。对于电网这类对象来说，使用可用性指标可以更加直观的衡量其可靠程度。而对于在关键场合经常使用并联冗余配置来说，可用性指标比可靠性指标更具有现实意义。
可靠性/可用性指标都是统计意义上的概念，一个电源系统的可靠性/可用性与构成系统的各个模块的可靠性/可用性之间也存在统计意义上的关联。
假设电源系统中存在两个电源模块，而这两个模块是并联工作的，其中一个和另外一个是互相独立的，见下面图中所示

那么考察这两个模块组合起来的系统的可用性Asys与每个模块各自的可用性A1与A2的关系就有Asys = 1 – (1 – AFR1)×(1 – AFR2)另外一种可能是系统中这两个模块是串联的，见下面图中所示

那么这两个模块组合起来的系统的可用性Asys与每个模块各自的可靠性A1，A2的关系就有
Asys = A1×A2
由于可用性肯定是处于0～1之间的数值，因此两个并联模块的总体可用性要**各自的可用性，而两个串联模块的可用性要低于各自的可用性。
UPS电源的可靠性
从单个UPS的设计来说，可以把整个产品按照模块进行划分，下面图中是一个典型的UPS系统结构图

从图中可以看到，UPS各个模块之间的依赖关系比较复杂，但是还是可以分出串并联的关系如下：
辅助电源与所有其他模块都是串联的，因此辅助电源的可用性直接限制了系统能够达到的较高可用性等级；
控制模块与除辅助电源之外的其他模块也都是串联的，因此控制模块的可用性也会直接影响到系统总体可用性设计；
对于负载端来说，能够直接相连的只有旁路模块与逆变模块，而这两个模块是并联的；
PFC/整流模块与电池升压模块是并联的，之后再与逆变模块串联；
从能源提供者来讲，这里旁路电源与市电电源是两路独立的电源，而电池能源是由市电经过充电模块提供的。如果充电模块故障的话电池就没有能量存储，实际上也无法实现正常的UPS功能，因此市电—充电模块—电池也是串联的。这样可以画出整个UPS系统的可用性串并联路径图

从这一路径关系里可以看到，总共存在3条并联的路径，而每一条路径各自又是由数个模块串联起来的。正与前面分析的一样，辅助电源与控制模块的可用性是串联在所有通路上的，因此如果这两者设计有缺陷的话UPS的可用性是无法做的很高的。电池回路串联有较多的模块数量，也是可用性较低的一条路径。
要提升系统的可用性首先要提升关键路径的可用性。从路径图上可以看到就是控制模块与辅助电源。辅助电源是整个UPS的关键点，如果辅助电源不工作整个UPS都将瘫痪。提升辅助电源可用性的方式可以有很多种方案：一种是改进设计，提升MTBF；一种是对辅助电源也适用并联冗余设计，提升可用性；再一种是对UPS的三条可用性路径分别使用不同的辅助电源，相当于把原来完全串联的路径改成并联。在UPS设计中可以混合使用这几种方式，由于上面三条可用性通路是并联的，而旁路通路本身是可用性较高的一条，因此较为推荐的设计就是**提升旁路的可用性，对旁路单独使用一套辅助电源供电，并且这套电源的尽量采用简单的设计，以拥有高的MTBF。
控制模块同样也是影响到所有路径的关键点，也必须拥有高的可用性。参照辅助电源的处理方法，也可以给相对独立的旁路路径配备单独的控制模块，并且通过与其余控制功能协调工作来达到高可用性的目的。同样，旁路上的控制模块也要尽量简单，以提升可靠性。一种推荐的做法是旁路控制模块不断的检测UPS主控制模块的状态，如果发现主控制模块，则自动切换到旁路方式。此外，对于主控制模块来说也可以通过冗余的方式来提升可用性，比如采用双MCU结构，当一个MCU检测到另外一个MCU发生故障时可以接管另一个MCU的功能，或者采取紧急措施如转旁路来保证负载不断电。
对于UPS来说，电池是保证UPS能够在市电或者旁路断电发生时继续维持供电的关键，但是串联环节较多，也恰恰是可用性较为薄弱的环节。一般电池规格书里面会说明充电电流不要**过0.15CC，这就意味着电池在UPS满载放电放完之后要用数倍的时间才能重新充满，从这个意义上讲其可用性一般都在20%以下。但是由于电池并不是连续工作的，只要在电池放完前市电恢复，在重新充电的过程中也没有再发生断电，那么负载仍然不会受到影响。从这方面来看，电池的可用性在只会发生短时间的断电情况下还是很高的。
再重新来审视电池回路的可靠性，在电池与市电之间还有一个充电器模块环节。如果充电器损坏则电池在一次放完电之后就无法再充回，导致下一次市电停电时负载断电。但是充电器只是在电池需要充电时才会工作，因此如果能够及时对充电器的状态进行监控，在发现充电器异常时及时报警，就能够避免充电器故障带来的问题，从而提升整个UPS的可用性。对于电池也有一样的手段。电池在使用多次之后也会面临容量下降和失效的问题，但是如果能够通过电池状态监控发现电池失效并及时更换，也能够有效提升UPS的可用性。
UPS系统的可靠性
由于UPS并非一个单独的应用系统，而是要搭配有其他一些环境因素在里面，所以这些外部因素也是必须考虑进来的。前面提到过，UPS电池的备电时间是有限的，如果断电时间比较长，导致电池电放完，那么负载就仍然会断电。因此UPS可用性会受到市电发生长时间断电概率的影响。
为了解决这一瓶颈，可以在UPS系统中加入一个特性和电池互补的备用电源：在市电断电时的不需要很快反应，但是在长时间停电条件下能够持续提供电力，燃油发电机组就是较为合适的一个选择。因此在UPS系统配置上可以加入一个自动切换装置，在市电停电后切换到发电机组。这样一来能够较大的提升长时间断电条件下UPS系统的可用性。如此则UPS系统的可用性路径就成为