不间断电源可靠性和可维护性的探究

高凯林

摘   要：UPS电源能够提供持续、稳定的电力供应，在民航空管系统中有广泛的应用。文章研究UPS电源可靠性及可维护性，积累UPS电源应用经验，促进民航空管系统稳定、高效运行。

关键词：UPS电源;可靠性;可维护性

民航空管对信息化系统的依赖程度逐渐增加，同时也给系统供电稳定性提出了更高的要求。目前，不间断电源成为民航空管信息系统的主要供能方式。为在空管信息化系统中合理运用不间断电源，需对其可靠性及可维护性进行客观分析。

1    不间断电源的可靠性

1.1  不间断电源

不间断电源（Uninterruptible Power System，UPS）连通主机和蓄电池，完成直流电向市电的转换，为信息系统、网络系统及其他电子设备提供稳定的电力供应。常规的不间断电源系统涵盖整流回路、充电回路、逆变回路、蓄电池、开关等结构。交流电经整流回路的处理被转变为直流电，对蓄电池进行选择性充电，再通过逆变回路的处理转化为脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）型正弦波电源。

1.2  不间断电源的可靠性

（1）在线UPS。在线UPS在运行过程中能自动抵消电网带来的干扰，降低负荷影响。当供电电压相对稳定时，电网与其他设备之间的转换速度提升，例如，电网与蓄电池之间可达到实时切换。若在供电过程中突發电压失稳问题，此时在线UPS就会自动启动，继续对系统进行供电。若电压未出现异常波动，则电流会被突波抑制设备处理转换为直流电，再经过逆变转换器转化为交流电，供应各类设备的用电需求。（2）后备UPS。后备UPS具备稳定电压的功能，可有效缓解供电电压波动的问题，但无法对电网中的干扰信号进行抑制。若系统突发断电问题或电压下降至170 V，蓄电池以逆变器作为负载为系统提供稳定的交流电。当供电电压正常时，旁路通道中电流转变为交流电。开关转换后，自动进行供电活动，此时逆变器停止运行，以达到节约电能的目的。（3）互动UPS。互动式UPS处于常备状态，当互动UPS运行时，所需的电流转换时间很短，可有效提升供电电压的可靠性。但由于互动UPS一般使用双向充电器，充电效果并不好，进而导致UPS无法正常运行。因此，在互动UPS系统中，需安装电力转换器，将其设置在逆变器及充电器当中，提升电池充电速度。断电时，变向转换器取代逆变器，将电池中存储的电能转化为交流电负载。

1.3  不间断电源可靠性提升

UPS系统元件、运行条件、运行荷载均可能影响其可靠性，需对电源选型及安装过程作重点关注。以独立运行的UPS为例，电源型号选择完毕后，应确保其额定电流高于基准电流30%[1]。在集中配置UPS电源中，需合理调节负载，确保三相负载平衡。定期进行放电实验，检查电池容量是否满足供电需求，延长电池使用寿命。优选UPS并联供电方案，达到更高的可靠性。

2    不间断电源的可维护性

2.1  可维护性介绍

不间断电源的可维护性指单次故障维护的平均时间，维护用时在一定程度上决定不间断电源的使用性能，且存在如下关系：平均维护用时与电源维修率之间呈反比例关系。在民航空管信息系统中，不间断电源维护过程中发生故障占总故障数的1/10左右，表明电源可维护性与可靠性之间也存在相互影响关系。在实际工作中，出于经济性的考虑常将可维护性忽视，不间断电源的可维护性越高，其在维护过程中不间断的时长越短。

2.2  不间断电源的可维护性

不同阶段的不间断电源在可维护性上发生明显的变动。例如，第一代不间断电源的供电原理为借助机械惯性存储电能，并依靠电动机、发电机等装置进行不间断供电，但这种状态维持的时间较短，且电源运行产生较大的噪音。第二代不间断电源发生故障时，需要返厂维修，运维管理人员很难开展相关操作，因此一旦电源出现故障，就可能导致长时间无法正常运行的情况，给民航空管工作带来不小的影响。第三代不间断电源为高频模式，其可维护性得到显著提升，平均维护时间更短，数小时内即可完成故障维修工作。目前，相关技术进一步发展，各类新的元件设备不断研发，不间断电源可维护性研究的重点逐渐转移到电源自我修复及修复时长的进一步缩短上。第四代不间断电源为模块化高频UPS，该类型的不间断电源在可维护性上又取得新的突破，维护技术难度显著降低。例如，容量在50 kVA之内的小型UPS，维护人员使用模块热插拔技术即可自主完成电源维修、扩容活动，且相关活动用时仅停留在分钟级别。而对于容量超过200 kV的UPS，可利用模块隔离技术，通过在线分、合模块即可定位到故障点并开展维修作业，维修时间大大缩短，且其他模块正常运行，保证其余部分电源的可用性。

3    结语

民航航班密度增加使得空管信息化系统承担更高的协调、管理压力，信息化系统运行稳定与民航安全之间产生更大的关联性。在信息化系统运维管理及优化升级过程中，重点关注不间断电源设施的维护与更新，为系统正常运行提供稳定、连续的电源供应，进一步提高民航空管工作水平。

[参考文献]

[1]赵鹤群.UPS电源供电可靠性相关分析[J].电子技术与软件工程，2017（22）：239.