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对两例UPS故障的处理及分析  

2010-06-03 12:21:23|  分类: ups故障处理 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文叙及的UPS供电系统故障,发生的主要原因是在UPS供电系统初始设计、安装、调试时存在欠缺造成的。故障1是UPS直流供电线路选择不当,故障2是UPS并机时的输出参数设置不当。

 

1    故障 1

1.1   基本情况
某网络机房的一台小型UPS,容量5kVA,蓄电池后备时间按满载8小时配置。UPS主机与蓄电池柜分开放在两个房间,电池组到主机的连线长约20m,8组100Ah蓄电池并联,总容量为800Ah。
1.2   故障现象
市电中断后,蓄电池放电不到3分钟时间,蓄电池容量就降至额定容量的20%。放电时现场测试数据见表1。
1.3   处理过程
由于这台UPS已经运行了两年多时间,蓄电池属于国产普通品牌,起初怀疑蓄电池性能弱化,首先对UPS做了一次放电试验,以检验蓄电池的放电特性。
在放电过程中测量蓄电池连接线温度,有明显的发热现象。经在线测试了蓄电池端电压和内阻均正常,怀疑蓄电池连线可能存在较大的线路耗损。为了证实蓄电池性能的优劣,对蓄电池充电一周后,尝试将UPS主机移至蓄电池柜旁边,缩短主机与蓄电池连线至2m左右,重新连接好输入输出电源线。于当日11:30开始对蓄电池再次进行放电测试,15:30停止放电,放电历时4个小时。测试数据见表2。
对比两次放电情况,效果截然不同:上次放电不到3分钟时间,蓄电池容量就迅速降至20%电量,本次放电4小时,蓄电池容量还有70%电量。
1.4  处理结论
通过对比分析可以确定:蓄电池性能良好,其连接线路存在很大的线路损耗,造成了蓄电池放电时间的缩短。因此,UPS主机与蓄电池连接导线的阻抗不容忽视,要选用质量好,载流量合适的导线。由此可以引伸,UPS输出电缆截面积的选择,不仅仅要考虑安全载流量,还应考虑线路损耗压降。
——UPS装置距负载较远时(大于100m),如按持续允许载流量所选电缆截面积,会造成压降偏大,应按UPS对线路允许电压损失的基本要求来选择截面积,条件为小于2.5%Ue(额定电压)=5.5V来定。比如,据有关试验证实,输出电流为200A的三相UPS,距离100m之内,选用120mm2的铜电缆的线路压降为3.2V,但距离200m时,选用120mm2电缆的线路压降为6.4V,已经不能满足小于5.5V的要求,须改选150mm2的电缆。
——三相UPS负载不平衡情况下,零线电流较大,零线面积的选择也应与相线的截面积相同。或者零线采用多芯小截面电缆并联,总截面积与相线截面积相当,有利于减少集肤效应和交流阻抗。
——UPS输入输出零线绝不能断开,也不能经过开关或保险丝。若零线中断,负载若不平衡会造成输出电压严重不平衡。UPS前端电力变压器的零线中断造成用电事故也屡见不鲜。

2    故障 2

2.1   基本情况
某数据机房两台UPS并机,单机容量80kVA,蓄电池后备时间30分钟,运行方式为“1+1”并联冗余。
2.2   故障现象
1号机、2号机均能够单独正常开机,但进行系统并机时不能实现并机。
2.3   处理过程
测量系统UPS输出电压。1号UPS:UA1=222V,
UB1=221V,UC1=221V;
2号UPS:UA2=221V,UB2=223.5V,UC2=224V;
用钳型电流表测量UPS并机系统的输入和输出参数,可以得到UPS并机系统的工作特性如下:
——两台UPS的输入功率和输出功率之间存在明显的不平衡度;
两台UPS的A相输出电流之间的电流不平衡度:±10.7%;
两台UPS的B相输出电流之间的电流不平衡度:±13.5%;
两台UPS的C相输出电流之间的电流不平衡度:±15.7%;
——两台UPS之间的“环流”偏大(“环流”是指在两台UPS之间相互流动的电流);
两台UPS的A相输出电流之间的环流:5.6A;
两台UPS的B相输出电流之间的环流:9.8A;
两台UPS的C相输出电流之间的环流:3.9A;
2.4   处理方法
对系统并机参数重新进行设置,使两台UPS输出电压差△≤2V。局部调整其他并机参数使之与负荷相对匹配,使环流减小至3A以内,再次进行系统并机操作,并机成功,系统运行正常。
2.5   故障分析
——单机相电压不平衡,偏差在5%内属于正常范围,计算机负载要求苛刻一些,三相电压偏差率可以在3%之内。虽然2号UPS的C相与A相有压差,但在允许偏差范围之内,不影响开机。

——两台主机输出之间压差最大值为224-221=3V,不能正常并机,当调整输出压差为2V时,并机成功,说明此品牌的两台主机并机的压差要求较为苛刻。
——两台UPS的输入、输出功率存在明显的不平衡,相互之间环流偏大,UPS输入电流的谐波分量增大,也影响该系统的并机运行。
——正常情况下,两台或多台UPS并机要求的条件是:
· 相位和幅值相同,保证UPS之间无破坏性环流;
· 电流不平衡度:并机后每台UPS输出电流为总负载电流的一半;“1+1”、“N+1”并机系统的电流不平衡度应小于5%。
· 并机系统的过载及其恢复:若并机系统过载(在保护范围内),系统内所有机器统一跳旁路;当并机系统过载消失,系统内所有机器自动恢复逆变供电状态。
· 并机系统的故障关机及故障恢复:当并联的UPS系统中任何一台故障(主要为逆变器故障,包括过载、短路、蓄电池过放电等),该机自动关闭输出,自动退出并机系统,不能将本身负载单独转到旁路,而是将负载均分到与其并联的其他UPS上,待最后一台UPS故障后,才转到旁路上。当故障排除后,则需按照操作步骤将该UPS并入并机系统。
· 空载环流:指并机系统中任意两台UPS对应输出各相之间产生的无功电流分量。“1+1”并机系统和“N+1”并机系统的空载环流要求均小于3A。
2.6   处理结论
UPS并机系统以其扩容方便、节约投资、可靠性高而逐渐被广泛采用,并深受用户欢迎。从上述检测数据表明:其并机性能明显地低于UPS并机要求的条件;由“环流”所造成的“额外功耗”约占UPS并机系统的总输出功率的11%左右。说明不同品牌的UPS并机条件有差异,这套UPS并机系统的并机性能较差。

从以上两例UPS的故障处理可以看出,UPS的现场运行环境复杂,不同品牌的UPS在性能上也有很大的差别。因此,不能单从经验上或理论上来判断一些现场故障。可喜的是,UPS的设计制造技术越来越成熟,相关技术越来越先进,调整、检测也越来越趋于智能化,我们期待有更多更好的高性能UPS不断推出,为用户关键负载的可靠用电保驾护航。■

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