浅析UPS电源的故障成因和维护对策

四川省机场集团天府机场分公司机电设备部 王 鹏

1 引言

UPS 电源在现代化社会中扮演着至关重要的角色，为各种行业的设备和系统提供稳定、可靠的电源保障。由于UPS 电源设备长时间运行和各种因素的影响，故障问题时有发生。故障的发生不仅会影响到设备和系统的正常运行，还可能会导致重大经济损失和安全事故。及时分析UPS 电源故障的成因，并采取正确的维护对策，对于保障设备和系统的正常运行，以及保证人员和财产的安全具有重要的意义。

2 UPS 电源电池老化或损坏故障的成因及维护对策

2.1 UPS 电源电池原理和组成结构

UPS 电源的电池是其重要组成部分，主要用于在停电或电网不稳定情况下为负载供电。UPS 电源电池由若干个电池组成，每个电池都是由若干个电池单体组成的，在UPS 电源中，电池通常由铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池等组成[1]。

2.2 电池老化或损坏的成因分析

UPS 电源电池在长时间运行中，不可避免地会出现老化或损坏现象，这些问题可能导致UPS 电源失效或性能下降。

一是温度。电池在高温环境下使用会导致寿命大幅缩短，每高10℃使用寿命减半。二是充电和放电次数。每次深度放电会缩短电池寿命，放电深度超过50%时寿命受影响；频繁充电也会导致电池老化。三是充电方式。过度充电或过度放电、充电电压不恰当、过度充电时间、充电电流过大等都会对电池的寿命产生不良影响。四是维护不当。不及时更换老化或损坏的电池、不定期对电池进行检查和维护等，都会对电池的寿命产生不良影响。

2.3 维护对策

一是控制温度。UPS 电源应该放置在温度适宜的环境下使用，特别是在夏季或高温环境下，应该特别注意UPS 电源电池的温度，可以使用空调或其他温度控制设备来保持适宜的环境温度[2]。

二是控制充放电次数。每次深度放电会缩短电池的使用寿命，可以尽量减少深度放电次数，以及合理规划充放电时间。

三是使用正确的充电方式。可以选择UPS 电源原厂提供的电池充电器，或者其他符合电池充电要求的充电器，以避免充电方式不当导致的电池损坏或老化。

四是定期检查和维护电池。可以制定电池检查和维护计划，例如每隔一段时间对电池进行检查、清洁和维护，并及时更换老化或损坏的电池。定期维护可以延长电池寿命，保证UPS 电源的正常运行。

2.4 案例分析

某公司在使用UPS 电源时，发现电池寿命过短，需要进行电池寿命测试和预测。

基本数据：UPS 电源型号为APC Smart-UPS 1500；电池数量为4块；电池容量为12V 7.2Ah；电池年限为3年；已使用年限为2年；电池寿命预测为1年。

测试方法：在停电状态下，使用数字万用表测量每块电池的电压和内阻；记录电池电压和内阻数据，并进行平均值计算；根据已使用年限、电池年限、电池容量、电池寿命预测式等，计算出电池寿命预测值；对比电池寿命预测值和实际已使用年限，判断是否需要更换电池。

预测结果：根据电池寿命预测式计算，该UPS电源电池寿命预测为1年。而已使用年限为2年，说明电池寿命已接近预计寿命，建议进行电池更换。

3 UPS 电源逆变器故障的成因及维护对策

3.1 UPS 电源逆变器原理和组成结构

UPS 电源的逆变器是将直流电转换为交流电的核心部件，其原理是利用高频PWM 技术将直流电转换成高频交流电，再经过滤波和稳压处理，得到纯净的交流电源输出[3]。逆变器的组成结构包括高频开关管、输出变压器、滤波电容、稳压电路等部件。

3.2 逆变器故障的分类和原因分析

逆变器故障的分类和原因分析详见表2.

表2 逆变器故障的分类和原因分析

3.3 维护对策

一是定期检查和维护UPS 电源的逆变器输出电路和控制电路，及时更换老化或损坏的元件。二是采用高品质的逆变器开关管，避免开关管老化或损坏导致的故障。三是安装过载保护器、短路保护器等安全保护装置，有效防止过载、短路等情况发生。四是定期对UPS 电源进行维护和测试，及时发现和排除潜在的故障隐患，确保UPS 电源的稳定运行。

3.4 案例分析

故障症状：UPS 电源输出电压异常，不稳定，时断时续。可能的故障原因：逆变器输出电路中某个元件损坏；逆变器控制电路故障；逆变器输出滤波器元件老化；电池电压不足；负载突变。

排除步骤：检查逆变器输出电路中的元件是否损坏，如开关管、电容器等，需要进行逐一检查和测试，更换故障元件；检查逆变器控制电路是否正常，如检查控制芯片、传感器等，确保控制电路正常；检查逆变器输出滤波器元件是否老化，如电容器等，如有发现老化的元件需要及时更换；检查电池电压是否足够，如果电池电压不足，需要更换电池或者充电；检查负载是否突变，如果负载突变，需要及时进行负载平衡。

在排除故障之后，需要对UPS 电源进行维护，包括定期检查UPS 电源的电池、输出电路、控制电路等，并及时更换老化或损坏的部件。另外，需要确保UPS 电源工作环境温度适宜，避免温度过高或过低对UPS 电源的影响。

4 UPS 电源过载或短路的成因及维护对策

4.1 UPS 电源过载和短路的定义和分类

过载是指当UPS 电源输出电流超过其额定电流时，就会发生过载，导致UPS 电源无法正常工作，甚至可能导致UPS 电源损坏。短路是指当UPS 电源输出电路中出现短路时，电流会突然变大，电路中的保险丝或保护电路将会自动切断电流，以保护UPS 电源和负载。

4.2 过载和短路的成因分析

4.2.1 过载的成因分析

一是过载负。当UPS 电源的输出负载超过额定负载时，会发生过载。负载过载可能是由于负载功率需求增加、负载瞬时突增、并行UPS 负载不平衡等原因引起的。二是过流电流。当UPS 电源输出电流超过额定电流时，就会发生过流。过流可能是由于短路或负载发生异常导致的。三是UPS 电源故障。UPS 电源内部元器件故障或电池老化等原因可能导致UPS 电源过载。

4.2.2 短路的成因分析

一是外部因素。UPS 电源输出线路短路、UPS电源输出插头与插座接触不良等外部因素可能导致短路。二是内部因素。UPS 电源输出线路内部元器件故障、逆变器输出开关管损坏等内部因素可能导致短路。三是负载问题。如果负载发生短路，也会导致UPS 电源发生短路。

4.3 维护对策

一是合理配置负载。在选择UPS 电源时，要根据实际负载需求选择适当的额定容量。并且，在使用UPS 电源时，要注意负载的变化情况，避免出现瞬时突增的情况。

二是检查并行UPS 负载平衡。如果采用了多个UPS 电源进行并行运行，需要确保各个UPS 电源的负载平衡，避免某个UPS 电源的负载过重导致过载。

三是定期检查UPS 电源。定期对UPS 电源进行检查，发现问题及时处理，防止UPS 电源内部元器件故障或电池老化等原因导致过载。

四是检查输出线路。定期检查UPS 电源输出线路是否存在磨损、老化、松动、腐蚀等情况，特别是在移动UPS 电源时，应检查输出线路是否有磨损或损坏。

五是定期维护UPS 电源。定期对UPS 电源进行检查和维护，包括清洁电源内部和外部、检查电源内部元器件是否损坏、检查逆变器输出开关管是否损坏等[4]。

六是增加过载保护。安装过载保护装置或UPS电源输出保护器可以减少UPS 电源因短路而损坏的风险。这些设备可以快速切断电路，保护UPS 电源和其他设备不受损坏。

4.4 案例分析

某公司的UPS 电源突然报警，显示输出过载。工作人员检查后发现，UPS 电源连接的服务器数量增加了，导致负载超过了UPS 电源的额定负载。此时需要进行过载故障的检测和排除。

数据：UPS 电源额定功率为10kVA；当前连接的服务器数量为6台；每台服务器的额定功率为1.5kVA；UPS 电源的输出电压为220V；UPS电源的输出电流为45A；UPS 电源的输出功率为9.9kVA。

解决方法：先将部分服务器断电，降低负载。例如，断电两台服务器，将负载降低到9kVA 左右；根据UPS 电源的额定功率进行选择，例如将额定功率提高到15kVA 的UPS 电源；调整服务器数量，控制负载不超过UPS 电源的额定负载；检查UPS电源输出电流、输出功率是否正常，避免过载故障的再次发生。

如果是短路故障，则需要先排除短路原因，例如检查电缆是否破损、连接是否松动等。如果短路故障严重，可以更换故障电缆或连接器，避免短路故障的再次发生。同时，也需要检查UPS 电源的保险丝是否熔断，必要时更换保险丝。

5 UPS 电源设备老化的成因及维护对策

5.1 UPS 电源设备老化的定义和影响

UPS 电源设备的老化会对设备的性能和可靠性产生重大影响，导致故障率增加，使用寿命缩短，甚至可能对设备安全造成威胁。设备的老化问题是所有电子设备普遍存在的问题，其导致电源输出不稳、故障率增加、能耗增加、安全风险增加等问题，同时也会影响设备的可靠性、寿命、兼容性和性能。

5.2 设备老化的成因分析

一是使用时间长。随着设备使用时间的增加，设备的部件会逐渐磨损、老化，导致设备的性能下降，最终可能导致设备的失效。二是使用环境。如果设备长期在恶劣的使用环境下运行，例如灰尘、腐蚀性气体等环境，也会加速设备老化。三是设备质量。设备的质量也会直接影响设备老化速度，低质量的设备通常容易出现老化问题。四是维护不当。不定期地维护和保养也会导致设备老化问题，例如未清洁设备、未及时更换老化的部件等。五是频繁开关机。频繁的开关机会导致设备电路温度变化较大，容易导致部件老化。六是电力质量问题。电力质量问题，如电压波动、电流波动、电压暂降、电压暂增等都会对设备产生影响，加速设备老化。针对问题提出对策。

5.3 维护对策

一是做好设备的日常维护和保养，包括定期清洁设备、更换老化的部件等。二是控制设备的使用环境，避免长期在恶劣环境下运行，如灰尘、高温、高湿度等。三是选择质量较好的设备，以减缓设备老化速度。四是避免频繁开关机，尽可能减少电路温度变化，延长设备的寿命。五是通过稳压器、UPS 等设备解决电力质量问题，避免电压波动、电流波动、电压暂降、电压暂增等问题影响设备的寿命。

6 结语

UPS 电源在现代电力系统中发挥着至关重要的作用，对于保障电力系统的稳定运行至关重要。因此，对UPS 电源的维护和保养应该高度重视，及时发现并排除故障，以保障电力系统的安全稳定运行。