UPS電源在高速公路系統(tǒng)中穩(wěn)定運行的實踐和探討

(uninterruptible power system)在高速公路機電系統(tǒng)中的重要性，為了保證UPS電源系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運行，使用及維護工作的實踐及探討。

直流電源柜在傳統(tǒng)的觀念中，高速公路的機電系統(tǒng)是指通信系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、收費系統(tǒng)這三個部分，簡稱為三大系統(tǒng)。按照新的觀念，通信系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、電源系統(tǒng)四個部分共同構成了高速公路的機電系統(tǒng)。UPS則是電源系統(tǒng)中重要的組成部分，高速公路的供配電現(xiàn)狀與高速公路機電系統(tǒng)對電源質量的高要求的矛盾,使得UPS成為保證高速公路機電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵性設備。因UPS供電系統(tǒng)故障，諸如UPS非正常自動關機、蓄電池損壞等造成通信中斷或是計算機丟失數(shù)據(jù)的情況，在高速公路機電設備故障中比例較高。保證UPS電源系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運行，是高速公路機電維護工作中值得重視的課題。
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一、UPS電源的重要性
在高速公路機電系統(tǒng)中容易發(fā)生的問題往往是由于電源停電以及電源異常造成的各種故障，配置UPS的主要目的是用來為通信、監(jiān)控、收費系統(tǒng)各類用電設備提供穩(wěn)定可靠和高品質的電力供應。它主要體現(xiàn)在以下三個方面：
1、為各類用電設備提供后備電源，以防止突然斷電給收費車道、監(jiān)控中心的各種設備造成損害，引起數(shù)據(jù)丟失與出錯，影響正常的收費秩序；
2、可以消除供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的諸如浪涌、諧波干擾、頻率漂移、波形斷續(xù)、電壓過高或過低等現(xiàn)象，改善電源質量，使網(wǎng)絡中各類設備的電子元部件免受破壞性損害；
3、UPS還可以抑制電網(wǎng)中其他用電設備產(chǎn)生的諸如高頻信號等雜波，以免除因雜波造成數(shù)據(jù)傳輸失效等故障，提高網(wǎng)絡的可靠性。

二、UPS使用及維護的實踐
例如:高速公路公司自2008年開始使用UPS電源，現(xiàn)有從40kVA～100kVA的UPS電源多臺，由于重視UPS的使用和維護，UPS運行穩(wěn)定，所有的UPS主機都沒有發(fā)生過故障。配置的普通密封式鉛酸蓄電池，電池的使用期限都超過了4年，一些甚至超過了5年。我們在UPS使用及維護的實踐中，注意了以下方面：
1、UPS電源嚴禁接入通信、監(jiān)控、收費系統(tǒng)以外的用電設備。這樣的規(guī)定，可以有效的防止過大功率的用電設備或電感性負載引起UPS的瞬時超載，影響UPS的壽命。   
2、保持UPS電源室適宜的環(huán)境溫度：影響蓄電池壽命的重要因素是環(huán)境溫度，一般電池生產(chǎn)廠家要求的佳環(huán)境溫度是在20－25℃之間。雖然溫度的升高對電池放電能力有所提高，但付出的代價卻是電池的壽命大大縮短。據(jù)試驗測定，環(huán)境溫度一旦超過25℃，每升高10℃，電池的壽命就要縮短一半。目前UPS所用的蓄電池一般都是免維護的密封鉛酸蓄電池，設計壽命普遍是5年，這在電池生產(chǎn)廠家要求的環(huán)境下才能達到。達不到規(guī)定的環(huán)境要求，其壽命的長短就有很大的差異。另外，環(huán)境溫度的提高，會導致電池內(nèi)部化學活性增強，從而產(chǎn)生大量的熱能，又會反過來促使周圍環(huán)境溫度升高，這種惡性循環(huán)，會加速縮短電池的壽命。
筆者了解到，有一個高速公路公司有兩臺40KVA UPS電源，就是因為UPS電源室通風降溫不好，夏季室內(nèi)溫度過高，使配置的電池在使用了兩年多時間后就全部失效而報廢、
為了保持UPS電源室的溫度環(huán)境，UPS電源室必須安裝空調，有條件的，可以安裝機房專用精密空調機，它風量大、可靠性高、壽命長、控制方便，能夠根據(jù)設定的溫度控制要求自動的運行。并且可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控?？梢员苊庋矙z不及時UPS電源室溫度過高或者對能源的不必要浪費。
3、定期充電放電：現(xiàn)在的高速公路系統(tǒng)都配備有處于待機狀態(tài)的自備發(fā)電機組，一旦市電停電，自備發(fā)電機組就會自動啟動向機電系統(tǒng)供電。在這種使用環(huán)境中，蓄電池會長期處于浮充電狀態(tài)，日久就會導致電池化學能與電能相互轉化的活性降低，加速老化而縮短使用壽命。
因此，一般每隔3個月就應人為中斷供電，使UPS帶負載放電至電池容量的30﹪后，再恢復UPS的供電，使UPS處于充電狀態(tài)，這樣可以激化電池活性，保持電池的正常使用年限。
4、要避免外電網(wǎng)的電壓波動對UPS造成的沖擊。UPS本身雖然具有消除浪涌、穩(wěn)定電壓的作用，但當外電網(wǎng)的電壓波動過大時（超過15﹪左右），UPS會進入旁路狀態(tài)，此時，UPS的負載就是由外電網(wǎng)直接供電，如果外電網(wǎng)的供電質量不好，就有可能傷害到比較脆弱的用電設備。
筆者所在的高速公路公司在剛開始使用UPS的時候，有一個收費站，當市電停電后發(fā)電機開始供電后，UPS就會轉為旁路供電狀態(tài)，也發(fā)生過網(wǎng)絡設備被損壞的事故。分析事故發(fā)生的原因，雖然配置的發(fā)電機組是原裝進口的，供電質量比較好，但是發(fā)電機組剛開始發(fā)電的瞬間，輸出電壓還沒有穩(wěn)定，ATS柜就立刻轉為發(fā)電機供電，電壓的波動造成了UPS的旁通及用電設備的損壞。改造了ATS柜以后，使ATS柜具有了延時轉換功能，再也沒有出現(xiàn)過類似的故障。
禁止頻繁地關閉和開啟UPS電源，一般要求在關閉U PS電源后，至少等待6秒鐘后才能開啟UPS電源。否則，UPS電源可能進入"啟動失敗"的狀態(tài)，即UPS電源進入既無市電輸出，又無逆變輸出的狀態(tài)。出現(xiàn)這一種狀態(tài)對高速公路機電系統(tǒng)的影響是大的，它會使得所有由UPS供電的機電設備瞬間停機。一般來說，人為這樣不規(guī)范操作的可能性是極小的，主要的是應當保證UPS前端的市電輸入空氣開關、真空斷路器工作正常，在分閘、合閘的時候不能有閃斷發(fā)生。
5、要定期對UPS進行巡檢和維護。
要保持UPS電源室的衛(wèi)生，清除機內(nèi)的積塵，特別是排風扇和進、排風口的積塵，使UPS具有良好的通風降溫條件。
測量蓄電池組每一只電池的電壓，通常，半年應該給UPS測量一下電池的端電壓。在測量蓄電池組每一只電池的電壓時，如果發(fā)現(xiàn)電壓差超過1V，就應該使用均衡的恒壓限流(0.5A)充電，若不奏效，只能換新電池。
檢查風扇運轉情況和檢測UPS系統(tǒng)的參數(shù)，主要有輸入、輸出電壓、輸出電流、負載率、電池容量、工作狀態(tài)、UPS工作溫度（或室內(nèi)溫度）。
6、注意防雷擊。雷擊對所有的電器都具有危害性，一定要注意保證UPS的有效屏蔽和接地保護。

三、UPS 安全、穩(wěn)定運行的探討
1、UPS的遠程監(jiān)控
在一般的觀念中，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)主要是對于全線路面的交通狀況和收費站、收費車道運行狀況的信息采集與處理，而對其他環(huán)節(jié)往往比較忽視。
UPS電源系統(tǒng)可以很大程度地保護高速公路機電系統(tǒng)設備。在市電不穩(wěn)定的時候，避免遭受突然斷電、浪涌沖擊等危害，使其穩(wěn)定的進行工作；在外部供電中斷時，持續(xù)不斷的提供供電?？梢哉f，UPS是高速公路機電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的后一道防線。所以，保證UPS安全、穩(wěn)定運行的重要性是非常清楚的。
而UPS工作期間也可能出現(xiàn)各種特殊的異常情況，包括UPS本身的狀況。UPS維護管理人員需要隨時更為確切地了解設備運行時的電力環(huán)境，了解UPS的運行參數(shù)，掌握UPS確切的工作狀況，及時排除異常。由于高速公路機電系統(tǒng)的分布具有點多、面廣、線路長的特點，僅依靠維護人員的巡回檢查，要及時發(fā)現(xiàn)機電設施出現(xiàn)的各類異常情況，是很難做到的。因此，使用UPS遠程實時監(jiān)控，就可以發(fā)揮出這種優(yōu)勢。

目前，新一代的UPS都裝有遠程監(jiān)控裝置，可以通過網(wǎng)絡提供諸如UPS的輸入、輸出電壓、工作參數(shù)、頻率、輸出電流、負載等電源信息，支持TCP／IP、UDP、SNTP、PPP、TEINET、HTTP、SMTP等通訊協(xié)議，可應用在UNIX、NT、NETWARE等不同的平臺之下。UPS可直接成為用戶計算機網(wǎng)絡中的一個節(jié)點，管理人員可利用網(wǎng)絡可同時監(jiān)控多臺UPS，透過網(wǎng)絡對UPS進行診斷、設置、控制，從而滿足UPS的網(wǎng)絡化要求，適應用戶對分散應用、集中管理的需求趨勢。但是，在目前國內(nèi)高速公路機電系統(tǒng)的施工設計中，設計人員還沒有把UPS的遠程監(jiān)控作為常規(guī)的設計方案，要普及和實施UPS的遠程監(jiān)控，還需要高速公路項目的決策者和工程設計人員觀念上的提高。
除了UPS的遠程監(jiān)控，如果能夠將電力變壓器、自備發(fā)電機組、重要的電力配電柜等都實施遠程監(jiān)控，就可以建立一個完整的電源監(jiān)控系統(tǒng)，真正達到完美的電源管理模式。

2、 UPS配置的方式
在高速公路系統(tǒng)的UPS配置方式中，為了提高UPS運行的可靠性，通常都是采用1+1雙機并聯(lián)冗余備份的配置方式。
在實際的運行中，由于高速公路系統(tǒng)都配備有性能可靠的自備發(fā)電機組，當市電中斷時，自備發(fā)電機組就會自動啟動向機電系統(tǒng)供電。因而，高速公路系統(tǒng)的UPS主要的作用還是日常的消除浪涌、穩(wěn)定電壓、凈化電力污染、提高供電質量的作用。只有當自備發(fā)電機組出現(xiàn)故障不能夠發(fā)電時，UPS才通過逆變器將電池組中儲存的電能轉換為交流電輸出。在正常情況下，UPS的這種工作狀態(tài)是極少的。所以，對于配備有自備發(fā)電機組的高速公路機電系統(tǒng)，只要機電系統(tǒng)的管理和維護人員能夠按照設備操作規(guī)程認真的維護保養(yǎng)UPS和自備發(fā)電機組，保證設備的良好狀態(tài)，為了節(jié)省資源和經(jīng)費，UPS可以采用單機配置的方式。
UPS的后備時間是由電池的容量決定的，為了避免UPS的電池電量耗盡而停機，根據(jù)高速公路機電系統(tǒng)的工作特點，在確定UPS的電池配置時，可以將電池容量選得大一些，保證UPS有不少于2個小時的后備時間。

正確、安全使用和維護好UPS，保證UPS電源系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運行，可以使高速公路機電系統(tǒng)及其它應用UPS供電的設備得到安全的保護，提高負載設備和數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性，給用戶一個放心的使用環(huán)境，以創(chuàng)造良好的社會效益和經(jīng)濟效益。