UPS电源在高速公路系统中稳定运行的实践和探讨

UPS电源在高速公路系统中稳定运行的实践和探讨

(uninterruptible power system)在高速公路机电系统中的重要性，为了保证UPS电源系统的稳定、安全运行，使用及维护工作的实践及探讨。

直流电源柜在传统的观念中，高速公路的机电系统是指通信系统、监控系统、收费系统这三个部分，简称为三大系统。按照新的观念，通信系统、监控系统、收费系统、电源系统四个部分共同构成了高速公路的机电系统。UPS则是电源系统中重要的组成部分，高速公路的供配电现状与高速公路机电系统对电源质量的高要求的矛盾,使得UPS成为保证高速公路机电系统稳定运行的关键性设备。因UPS供电系统故障，诸如UPS非正常自动关机、蓄电池损坏等造成通信中断或是计算机丢失数据的情况，在高速公路机电设备故障中比例较高。保证UPS电源系统的稳定、安全运行，是高速公路机电维护工作中值得重视的课题。
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一、UPS电源的重要性
在高速公路机电系统中容易发生的问题往往是由于电源停电以及电源异常造成的各种故障，配置UPS的主要目的是用来为通信、监控、收费系统各类用电设备提供稳定可靠和高品质的电力供应。它主要体现在以下三个方面：
1、为各类用电设备提供后备电源，以防止突然断电给收费车道、监控中心的各种设备造成损害，引起数据丢失与出错，影响正常的收费秩序；
2、可以消除供电系统中产生的诸如浪涌、谐波干扰、频率漂移、波形断续、电压过高或过低等现象，改善电源质量，使网络中各类设备的电子元部件免受破坏性损害；
3、UPS还可以抑制电网中其他用电设备产生的诸如高频信号等杂波，以免除因杂波造成数据传输失效等故障，提高网络的可靠性。

二、UPS使用及维护的实践
例如:高速公路公司自2008年开始使用UPS电源，现有从40kVA～100kVA的UPS电源多台，由于重视UPS的使用和维护，UPS运行稳定，所有的UPS主机都没有发生过故障。配置的普通密封式铅酸蓄电池，电池的使用期限都超过了4年，一些甚至超过了5年。我们在UPS使用及维护的实践中，注意了以下方面：
1、UPS电源严禁接入通信、监控、收费系统以外的用电设备。这样的规定，可以有效的防止过大功率的用电设备或电感性负载引起UPS的瞬时超载，影响UPS的寿命。   
2、保持UPS电源室适宜的环境温度：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佳环境温度是在20－25℃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。
笔者了解到，有一个高速公路公司有两台40KVA UPS电源，就是因为UPS电源室通风降温不好，夏季室内温度过高，使配置的电池在使用了两年多时间后就全部失效而报废、
为了保持UPS电源室的温度环境，UPS电源室必须安装空调，有条件的，可以安装机房专用精密空调机，它风量大、可靠性高、寿命长、控制方便，能够根据设定的温度控制要求自动的运行。并且可以实现远程监控。可以避免巡检不及时UPS电源室温度过高或者对能源的不必要浪费。
3、定期充电放电：现在的高速公路系统都配备有处于待机状态的自备发电机组，一旦市电停电，自备发电机组就会自动启动向机电系统供电。在这种使用环境中，蓄电池会长期处于浮充电状态，日久就会导致电池化学能与电能相互转化的活性降低，加速老化而缩短使用寿命。
因此，一般每隔3个月就应人为中断供电，使UPS带负载放电至电池容量的30﹪后，再恢复UPS的供电，使UPS处于充电状态，这样可以激化电池活性，保持电池的正常使用年限。
4、要避免外电网的电压波动对UPS造成的冲击。UPS本身虽然具有消除浪涌、稳定电压的作用，但当外电网的电压波动过大时（超过15﹪左右），UPS会进入旁路状态，此时，UPS的负载就是由外电网直接供电，如果外电网的供电质量不好，就有可能伤害到比较脆弱的用电设备。
笔者所在的高速公路公司在刚开始使用UPS的时候，有一个收费站，当市电停电后发电机开始供电后，UPS就会转为旁路供电状态，也发生过网络设备被损坏的事故。分析事故发生的原因，虽然配置的发电机组是原装进口的，供电质量比较好，但是发电机组刚开始发电的瞬间，输出电压还没有稳定，ATS柜就立刻转为发电机供电，电压的波动造成了UPS的旁通及用电设备的损坏。改造了ATS柜以后，使ATS柜具有了延时转换功能，再也没有出现过类似的故障。
禁止频繁地关闭和开启UPS电源，一般要求在关闭U PS电源后，至少等待6秒钟后才能开启UPS电源。否则，UPS电源可能进入"启动失败"的状态，即UPS电源进入既无市电输出，又无逆变输出的状态。出现这一种状态对高速公路机电系统的影响是大的，它会使得所有由UPS供电的机电设备瞬间停机。一般来说，人为这样不规范操作的可能性是极小的，主要的是应当保证UPS前端的市电输入空气开关、真空断路器工作正常，在分闸、合闸的时候不能有闪断发生。
5、要定期对UPS进行巡检和维护。
要保持UPS电源室的卫生，清除机内的积尘，特别是排风扇和进、排风口的积尘，使UPS具有良好的通风降温条件。
测量蓄电池组每一只电池的电压，通常，半年应该给UPS测量一下电池的端电压。在测量蓄电池组每一只电池的电压时，如果发现电压差超过1V，就应该使用均衡的恒压限流(0.5A)充电，若不奏效，只能换新电池。
检查风扇运转情况和检测UPS系统的参数，主要有输入、输出电压、输出电流、负载率、电池容量、工作状态、UPS工作温度（或室内温度）。
6、注意防雷击。雷击对所有的电器都具有危害性，一定要注意保证UPS的有效屏蔽和接地保护。

三、UPS 安全、稳定运行的探讨
1、UPS的远程监控
在一般的观念中，高速公路监控系统主要是对于全线路面的交通状况和收费站、收费车道运行状况的信息采集与处理，而对其他环节往往比较忽视。
UPS电源系统可以很大程度地保护高速公路机电系统设备。在市电不稳定的时候，避免遭受突然断电、浪涌冲击等危害，使其稳定的进行工作；在外部供电中断时，持续不断的提供供电。可以说，UPS是高速公路机电系统安全、稳定运行的后一道防线。所以，保证UPS安全、稳定运行的重要性是非常清楚的。
而UPS工作期间也可能出现各种特殊的异常情况，包括UPS本身的状况。UPS维护管理人员需要随时更为确切地了解设备运行时的电力环境，了解UPS的运行参数，掌握UPS确切的工作状况，及时排除异常。由于高速公路机电系统的分布具有点多、面广、线路长的特点，仅依靠维护人员的巡回检查，要及时发现机电设施出现的各类异常情况，是很难做到的。因此，使用UPS远程实时监控，就可以发挥出这种优势。

目前，新一代的UPS都装有远程监控装置，可以通过网络提供诸如UPS的输入、输出电压、工作参数、频率、输出电流、负载等电源信息，支持TCP／IP、UDP、SNTP、PPP、TEINET、HTTP、SMTP等通讯协议，可应用在UNIX、NT、NETWARE等不同的平台之下。UPS可直接成为用户计算机网络中的一个节点，管理人员可利用网络可同时监控多台UPS，透过网络对UPS进行诊断、设置、控制，从而满足UPS的网络化要求，适应用户对分散应用、集中管理的需求趋势。但是，在目前国内高速公路机电系统的施工设计中，设计人员还没有把UPS的远程监控作为常规的设计方案，要普及和实施UPS的远程监控，还需要高速公路项目的决策者和工程设计人员观念上的提高。
除了UPS的远程监控，如果能够将电力变压器、自备发电机组、重要的电力配电柜等都实施远程监控，就可以建立一个完整的电源监控系统，真正达到完美的电源管理模式。

2、 UPS配置的方式
在高速公路系统的UPS配置方式中，为了提高UPS运行的可靠性，通常都是采用1+1双机并联冗余备份的配置方式。
在实际的运行中，由于高速公路系统都配备有性能可靠的自备发电机组，当市电中断时，自备发电机组就会自动启动向机电系统供电。因而，高速公路系统的UPS主要的作用还是日常的消除浪涌、稳定电压、净化电力污染、提高供电质量的作用。只有当自备发电机组出现故障不能够发电时，UPS才通过逆变器将电池组中储存的电能转换为交流电输出。在正常情况下，UPS的这种工作状态是极少的。所以，对于配备有自备发电机组的高速公路机电系统，只要机电系统的管理和维护人员能够按照设备操作规程认真的维护保养UPS和自备发电机组，保证设备的良好状态，为了节省资源和经费，UPS可以采用单机配置的方式。
UPS的后备时间是由电池的容量决定的，为了避免UPS的电池电量耗尽而停机，根据高速公路机电系统的工作特点，在确定UPS的电池配置时，可以将电池容量选得大一些，保证UPS有不少于2个小时的后备时间。

正确、安全使用和维护好UPS，保证UPS电源系统的稳定、安全运行，可以使高速公路机电系统及其它应用UPS供电的设备得到安全的保护，提高负载设备和数据的可靠性和稳定性，给用户一个放心的使用环境，以创造良好的社会效益和经济效益。