通信机房UPS电源的设计与管理维护

冯新波

（山东省邮电规划设计院有限公司，山东 济南 250000）

0 引 言

不间断电源（UPS）可以可靠连接蓄电池与主机服务器，通过主机逆变器将存储的直流电能转换为交流电，用于通信机房软硬件设备、压力变送器以及电磁阀等设备的不间断电力供应，确保各种设备的可靠运行。为更好满足人们生产生活对通信质量的需求，需要分析掌握UPS电源的工作原理，确定设计方案，并结合实际需求完善日常维护管理计划，排除各种因素带来的不利影响，维持通信机房UPS电源的稳定运行。

1 UPS电源种类及特点评价

UPS电源的组成包括整流器、逆变器、蓄电池以及静态开关等，确保供电电压稳定的同时，还可以自动将蓄电池所存储的直流电转换成交流电，这样即便是遇到电网停电故障，也依然可以满足通信机房设备对电源持续供电的要求。现在所应用的UPS电源类型包括后备式电源、在线式电源以及互动式电源等。

1.1 后备式电源

在正常供电的情况下，通过交流旁路通道实现可靠的负载供电，主机逆变器可以及时存储市电。该类UPS电源整体结构比较简单，对占地面积的要求较低，投入成本小，并且在市电正常运行的情况下不会造成电网污染，确保电压稳定。一般情况下功率为0.25～2 kW·h[1]。

1.2 在线式电源

市电正常运行时，交流电可以直接被转换为直流电，用以向蓄电池充电。市电供电异常时，由蓄电池通过逆变器向负载设备的供电，以满足负载设备持续稳定的需求。该类UPS电源输入电压范围比较大，可以做到瞬时切换，适用于多种场合。但与后备式UPS电源相比，在线式UPS电源前期的成本投入较大。

1.3 互动式电源

该类UPS电源集成了上述两种电源的主要功能，同样具备范围较大的输入电压范围。此外，电源整体噪音比较低，体积小占地需求低，无需担心其对市电电网的供电产生影响。

2 UPS电源工作原理及技术实现

通信机房UPS电源在各个方面均有所保障的情况下，可以直接将市电交流电转变为直流电向储能装置充电，同时进行脉宽调制和滤波，通过逆变器重新转换成正弦交流电源向负载供电。市电电网供电异常时，UPS电源可以自动切换至由蓄电池直流供电，并通过逆变器转换成交流电继续为负载供电。这样可以确定，无论市电电网供电状态如何，均可通过UPS电源逆变器进行负载供电，一定程度上降低了市电电压波动所产生的不利影响。另外，UPS电源能够为负载稳频率、稳压供电。以在线式UPS电源为例，其可以在市电异常的情况下，将市电供电转换为蓄电池供电，整个过程所需时间非常短，满足用户对稳压和稳频交流电源的要求，为通信系统的稳定可靠运行提供了较高的保障[2]。对UPS电源来讲，除了其自身所具有的优势外，还要注意运行期间的维护管理，把握好每一个环节，排除其他因素产生的不利影响，确保UPS电源供电的正常稳定。UPS电源系统工作原理如图1所示。

图1 UPS电源系统工作原理图

3 通信机房UPS电源优化设计

3.1 UPS供电方案设计选择

整体上来看，通信机房UPS电源多是采用的在线式设计方法，且按照结构连接方式的不同，供电方案设计可细分为应急系统与串联系统。应用串联热备份的方式，将从机输出作为主机房路输入。多数情况下，从机保持热备份空待状态，主机负责带载所有负载。在主机切换为旁路工作后，采集设备进行带载运行，此种设计方案可以降低UPS电源系统的安装难度，便于后期调试运行。但是结合实践经验可知，UPS供电组成串联热备份可能会造成设备老化，影响系统转换率和扩容效果。在设计时想要解决输出单点不足的问题，可以通过双路UPS建立双母线供电系统，保证服务器双路冗余电源设备可以自动整合，进一步优化整个电路系统。综合来讲，通信机房UPS电源供电设计中由双路UPS共同组成双母线供电系统，适应性最强，可以增加扩容效果，并进行自动维护。此外，静态转换开关为固态三级双位转换开关，用以确保同步三相交流电源之间的顺利切换，且将两路交流电源的幅度、频率以及相位控制在合理范围内。应用主电源与备用电源之间无法产生冲击电流的特点设计，保证在瞬时完成状态的转换。

3.2 UPS系统容量配置

为准确判断UPS电源容量，必须严格按照设备的实际负荷进行分析，以此来保证UPS电源负载的合理性。正常情况下达到额定功率的25%～80%即可。用户负载启动时会产生较大的冲击，为避免此方面的影响，应将负载容量控制为UPS电源额定容量的70%～80%。另外，假如负载过低，将影响电池的放电效果，加速电池的损坏。在选择蓄电池容量时，要综合负载大小和实际使用情况，结合备用时间做全面判断。按照最大电流法进行快速计算，估算蓄电池的后备时间，但是具有一定的误差。相比来讲，恒功率法计算结果的准确性更高。在UPS电源使用过程中，还要兼顾运行环境，联系环境温湿度以及电池实际性能来分析，总结存在的各影响因素，在设计阶段做好规避处理。完成蓄电池最大放电电流计算以后，根据用户选择的备用时间及蓄电池厂家提供的电池组放电功率准确计算蓄电池的标称容量，明确蓄电池容量值配置标准。最后结合蓄电池容量，依照蓄电池型号和连接方式确定电池柜尺寸。此外，为确保UPS电源的稳定运行，要注意UPS供电系统的后备电池组最多进行4组电池组的并联设计，并且控制后备时间不低于满负荷工作60 min。

4 通信机房UPS电源管理维护措施

4.1 日常巡查记录

安排专门的检修维护人员，巡查确认通信机房UPS电源系统的运行状态，并做好详细记录。制定每日巡查的时间与计划，一般可以每隔2 h检查一次系统报警信息、安全范围、内部散热扇运行情况、电流与电压以及频率等，对于发现的异常要及时上报处理。此外，还要注意检查UPS电源系统的运行环境，根据电源运行需求，合理调控机房环境的温湿度，温度可为22±2 ℃，湿度在50±5%为宜。还要确保机房内通风良好，定期做好室内清洁[3]。不仅如此，维护人员还需要重点排查蓄电池外壳是否损坏、变形以及渗漏等问题，并检测外壳温度是否在正常范围内，拧紧连接端子，排除存在的隐患，降低运行故障的发生概率。

4.2 设备定期维护

制定科学可行的维护管理方案，有目的、有计划的开展定期维护工作，保障通信机房UPS电源系统可以稳定运行。目前，每月可进行一次UPS电源系统的全面维护，逐个检查系统的所有接线端子，及时处理存在的松动和脱落等问题，及时更换发现的发热变色的线路及端子。检查蓄电池的电压和内阻，如果端电压低于临界电压或者蓄电池电阻高于80 Ω时，要及时更换新的电池。清洁UPS电源内部时要注意避免损坏电路及各部件，且要清除积累的灰尘，保持内部清洁。重视电源出现的冒、漏以及膨胀等问题，且在市电断电情况下检测电池的供电状态。另外，按照计划重点做好机房内的防水和防虫等，及时处理解决出现漏洞的部分。有序进行定期维护工作，可以更为全面地消除存在的各种隐患，为UPS电源的正常运行提供可靠保障。

4.3 远程监控系统

在新兴技术的支持下，可以为UPS电源系统管理提供更大的助力。UPS电源在接入网络后，通过SNMP网络适配器可以支持接入其他任何品牌，且同时具备统计、报警管理、实时监控以及人机交互等功能。系统统计功能实现的依据是UPS电源运行产生的各类数据，且数据朝着统计报表转换，通过对比分析各种数据，联合参考资料可以为UPS电源维护管理提供更多支持。报警管理可以在超越报警等级和用户权限的条件下生成报警信息，同时可以将报警信息传输给管理人员，及时就发现的问题安排人员处理解决。实时监控掌握电源系统的运行状态，以各种数据的分析结果为依据，及时调整维护管理的方案。人机交互功能既便于管理人员操作，又可以通过设备重新调整设置UPS电源的参数，确保电源系统可以稳定可靠运行。这大大降低了维护管理的难度，同时也为UPS电源的安全稳定运行提供了巨大的支持。

4.4 机房设计施工

为满足UPS电源运行需求，在前期通信设计施工阶段就需要进行综合分析。对蓄电池、整流器以及UPS电源等设备容量以及位置进行全方位的设计，同时还需要注意断电情况下紧急供电程序的应用需求。结合实践经验，综合现场实际条件，确定可行性最好的施工方案，并安排经验丰富的单位负责。安排现场监督人员，保证每个环节执行的规范性，及时指出不当行为，提高施工效率和质量，避免存在任何会影响电源设备正常运行的因素，从根源上杜绝机房环境产生的不利影响。

5 结 论

通信机房UPS电源所起到的作用至关重要，对通信质量有着重要影响，因此需要强调对其的维护管理。前期应针对实际需求，完成UPS电源系统的优化设计，并综合多方面条件制定科学可行的管理方案，将日常维护与定期检修等工作落实到底，全面排查解决存在的隐患，确保UPS电源的稳定运行。