UPS电源在博物馆安防供配电系统中的应用与维护

摘要：随着现代科技和文博事业的蓬勃发展，各类新技术、新产品不断运用到博物馆安防系统中来，而有效的供配电是安防系统设备正常运行的基础，也是保障博物馆文物安全和人身财产安全的重要支撑;本文主要介绍了广西民族博物馆UPS电源设备的选型、基本组成和工作原理，并就UPS电源使用过程中注意事项及日常维护进行了论述。

关键词：博物馆;UPS电源;安防供配电;应用

一、引言

广西民族博物馆是以收藏、研究和展示广西12个世居民族的传统文化为主要工作任务，同时兼顾对国内其他省份及世界各民族的文化研究、文物资料收藏和宣传展示的省级专题民族博物馆。为确保馆藏文物安全，广西民族博物馆建成了一套较为完备的安全防范系统，主要包括有视频监控系统、入侵报警系统、出入口控制系统、电子巡更系统、对讲系统、安防集成管理系统以及安防配电系统等。

根据GB50348-2018《安全防范工程技术标准》[1]和GB/T 15408-2011《安全防范系统供电技术要求》[2]以及GB 51348-2019《民用建筑电气设计标准》[3]相关标准及要求，高風险等级单位或部位宜配置备用电源。安全防范系统的主电源断电后，备用电源应在规定的应急供电时间内，保持系统状态，记录系统状态信息，并向安全防范系统特定设备发出报警信息，其中视频监控系统关键设备的应急供电时间不宜小于1小时;入侵和紧急报警系统的应急供电时间不宜小于8小时。

二、UPS电源在博物馆安防供配电系统中的应用与维护

2.1什么是UPS电源

UPS（Uninterruptible Power System），即不间断电源。UPS电源的作用是在市电出现异常或中断时，将其蓄电池中的直流电能变换为交流电能继续给负载供电，避免或减少停电造成的损失。目前市场上销售的UPS电源品牌型号和系统容量虽有所不同，但其工作原理和主要功能基本上是一样的。

（一）UPS电源基本组成

UPS电源主要由蓄电池组、整流模块（REC）和逆变模块（INV）组成的AC-DC-AC变换主回路、两组反向并联的可控硅组成的旁路静态开关、输出隔离变压器和静态开关、维修旁路空开Q3BP以及输入/输出空开Q1/Q5等组成，如图1所示。

CPTH系列UPS电源基本工作方式是主路交流电源从空气断路器Q1输入，通过AC/DC变换，一路给并接在直流母线上的蓄电池组进行浮充充电;另一路向逆变模块提供可靠的输入直流电，通过DC/AC变换，为负载提供高质量、高可靠电源。UPS系统用实时处理和全数字控制技术，从主回路静态开关输出稳定、洁净、不间断的交流电源。输入电源也可以从包含有静态开关的旁路回路向负载供电。另外，在要求负载电源不停电而对UPS内部进行维修时，可使用维修旁路开关Q3BP。[4]

（二）UPS电源分类

UPS电源按其工作原理分类，可分为在线式、在线互动式和后备式三种类型。

a.在线式UPS

运行原理：在市电正常时，市电通过滤波整流，并将交流电转换为平常直流电后分两路，一路进入充电器对蓄电池进行充电，另一路供给逆变器，由逆变器将直流电转换为交流电供负载使用。

b.在线互动式UPS

运行原理：在市电正常时，由市电向负载供电;当市电偏高或偏低时，通过UPS稳压后输出;当市电异常或停电时，通过转换开关转为蓄电池供电。

c.后备式PUS

运行原理：在市电正常时，由市电通过滤波稳压后给负载供电;当市电停电或者超出工作范围时，将蓄电池的提供的直流电转变成稳定的交流电后供电给负载。

（三）UPS电源工作模式

UPS电源在市电正常与中断的情况下有四种不同的工作模式，具体如下：

a.正常运行模式

当市电正常供电时，UPS电源将市电交流电转换成平滑的直流电，对蓄电池组进行充电，以备市电中断时使用。而当市电电压过高、过低或者频率不能保持在一个稳定的范围内时，UPS电源可以将其稳定在偏差较小的电压值和频率，为负载提供稳定且干净的电力。

b.电池工作模式

当市电发生中断时，交流电的输入被切断，UPS电源整流器不再工作，这时蓄电池组开始放电，逆变器将直流电转换为交流电，继续给负载提供电力。因UPS电源的电力来源是蓄电池，而且蓄电池的容量也是有限的，若要延长放电时间，则须购买长延时UPS电源。当市电恢复后，UPS电源自动无间断地切换到正常工作模式。

c.旁路运行模式

当在线式UPS电源遭遇超载、旁路命令（手动或自动）、逆变器过热或机器故障时，UPS电源自动无间断切换到静态旁路电源给负载提供电力。如UPS电源过载时，必须人为减少负载，否则旁路短路器会自动切断输出。

d.旁路维护模式

当UPS电源需要进行检修且输出不能中断时，通过手动闭合维修开关，将负载转由旁路直接供电，以保证负载设备正常供电维护。当检修完成后，重新启动UPS电源，此时UPS电源转为正常运行。

2.2 UPS电源使用和维护注意事项

UPS电源因其主机智能化程度高，虽然采用免维护蓄电池，但在使用过程中还应在诸多方面引起注意，以确保使用安全。

1）使用新安装的UPS电源时，应先对蓄电池组进行充电，以保证电量充足的情况下再接入负载。若UPS电源长期不用时，应每隔2～3个月做一次充放电，并让UPS电源处于逆变器工作状态下2～3分钟，以保证蓄电池的正常寿命。

2）UPS电源开机时，应先合上UPS电源，然后再逐个合上负载，这样可以避免启动时瞬间电流对UPS电源造成冲击;关机时的顺序应与开机顺序相反，先关闭各个负载，最后关闭UPS电源。

3）UPS电源在使用过程中，禁止频繁地关闭和开启UPS电源，中间至少要间隔6秒以上，否则UPS电源可能处于“启动失败”的狀态，即UPS电源处于既无市电输出，又无逆变输出的状态。

4）UPS电源在使用过程中，严禁将电动机、复印机等感性负载接入UPS，因感性负载的启动电流往往会达到额定电流的4～7倍，这样会引起UPS电源瞬时超载，从而影响UPS电源的使用寿命。

5）UPS电源在使用过程中，要避免负载过大或过小，合理负载应控制在60%～80%之间。过大的负载会让UPS电源长期处于超负载运行状态，从而缩短UPS电源使用寿命;如果负载过小，UPS电源长期处于不正常的工作状态，这对于UPS电源也是一种危害。

6）在长期不发生停电的情况下，每2～3月将市电人为断开，让UPS电源带负载放电一次，放出额定容量的30%～40%，以便蓄电池保持活性，有效避免电池极板酸化，使电池极板处于良好工作状态，放电后应及时对蓄电池组进行充电，以延长其使用寿命。

7）定期对UPS主机进行内部除尘，大量灰尘容易导致机器内部元器件散热性能下降，严重时会造成器件短路引发机器故障。在除尘清理工作的同时做好元器件外观检查，及时发现问题并进行处理，这样可以大大提高UPS电源的稳定性和可靠性。

8）定期检查蓄电池壳体有无渗漏、变形、裂纹、污迹;接线柱有无松动和腐蚀等情况。

9）定期对UPS电源进行外观巡视，发现散热风扇故障时应及时进行更换，以防止高温对UPS电源造成损坏。

10）当UPS电源出现故障时，应先查明原因，分清是UPS系统还是负载，是主机还是蓄电池组。

11）UPS电源在使用过程中，每月要检查一次浮充电压，单只电池的浮充电压低于V时，则应对整组电池进行均衡充电。

12）蓄电池的使用寿命除与设计和制造有关外，还与蓄电池的运行环境有着密切联系，其最佳运行环境温度应在25℃左右，适宜的环境温度能让蓄电池发挥最佳潜能，相反则会影响蓄电池的使用寿命。如果在低温下运行会使蓄电池容量下降，而在高温下运行会使蓄电池寿命降低。

13）更换蓄电池时，应先关闭UPS电源并脱离市电，使用带绝缘手柄的螺丝刀，不要将工具放在蓄电池上，严禁将蓄电池正负极短路或反接。

2.3 UPS电源在博物馆中的具体应用

广西民族博物馆作为一级风险单位，如何保证安防系统不间断运行，其中最重要的一条就是要有持续不间断的电力供应。为此，广西民族博物馆在建馆之初就考虑配备UPS电源以及柴油发电机。目前国内大多数博物馆也是采用UPS电源作为安防系统的备用电源。UPS电源作为保供电的核心，它为安防设施设备的正常运行提供了强有力的电力保障，是确保文物安全、人身财产安全的重要支撑。

在UPS电源类型选择上，广西民族博物馆选择了在线式UPS电源系统，这是因为在线式UPS电源具有零时间切换各类供电，自身供电时间长短可选，并具有稳频、稳压、净化等特点。当市电正常时，在线式UPS电源除给负载提供电力外，同时对蓄电池组进行充电;当监测到UPS电源故障时，自动旁路功能启动，由市电直接向负载提供电力，并发出声响报警;一旦市电中断时，由蓄电池组进行放电供负载使用，如遇市电中断时间过长，蓄电池组储能即将耗尽时，将启动柴油发电机作为输入电源为UPS提供电力保障。

三、结语

随着我国经济与现代科技的快速发展，UPS电源已经广泛应用于国防、通讯、金融、医疗、教育、安防等领域，其本身也不断朝着数字化、智能化、网络化方向发展。博物馆安全防范系统的稳定与否，直接关系到馆藏文物安全和人身财产安全。UPS电源是博物馆安全防范系统设备可靠运行的重要保障，如何建立一个安全、稳定的安防供配电系统是每一位文博人需共同关注的问题。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部，国家市场监督管理总局.安全防范工程技术标准[S].2018.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.中国国家标准化管理委员会.安全防范系统供电技术要求[S].2011.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部，国家市场监督管理总局.民用建筑电气设计标准[S].2019.

[4]白朝林.不间断电源在屏蔽门系统中的应用[J].现代城市轨道交通，2013（3）.

作者简介：杨荣，1976年8月，男，汉族，湖南澧县人，本科，馆员，研究方向：文物保护研究，工作单位：广西民族博物馆。