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減少核心機房UPS事故需要注意的哪些問題?

時間:2012-06-12 23:17來源:原創 作者:zx 點擊:

 

   1、零線問題

  零線問題是维护中很容易忽视的一个问题,有可能导致严重事故,结合一个案例说明此问题。

  一個無人值守關口局在某寫字樓八樓,一樓營業廳從八樓關口局交流配電櫃引電,UPS 也從交流配電櫃引電,UPS 輸出到一個UPS 配電箱再給一些計費、網管等設備供電。故障現象是冬季UPS 連續幾天晚上12點左右斷電,UPS 顯示“輸出短路”,負載掉電,到現場重起UPS 後恢複正常。最後發現是以下2個原因:一是一樓營業廳門衛晚上用幾個單相電暖器,並且接到了同一相交流電上,導致三相不平衡,由于零線電流是三相電流的矢量和,不平衡導致零線電流過大。

  從主交流配電櫃測零線電流,白天很正常,晚上用電暖器時測約20A。二是UPS 配電箱的零線排上幾個設備的零線螺絲松動。零線虛接再加上零線電流過大導致打火,UPS 判斷爲“輸出短路”從而宕機。緊固零線,拆除電暖器後故障排除。所以在維護中要特別注意零線的檢查,從UPS 輸出到用電負載的整個供電路徑上的零線都要定期檢查緊固。

  2、UPS 的接地問題

  UPS 的接地也是一個比較容易被忽略的問題。

  當UPS 的負載不對稱,或UPS 帶有非線性負載時,中性線中就會有電流流過,在中性線上産生壓降引起中線和地線之間的電壓差通常稱爲“零地電壓”。中性線電流越大、負載距離越遠、中性線導線截面越小,則“零地電壓”就越大。有些靈敏負載對“零地電壓”要求很高,例如“零地電壓”大于1V,有些服務器就不能正常工作。

  這是因爲一般核心機房接地系統都是UPS 輸出中性線和負載中性線固定接到市電電源的中性線上,市電電源的中性線在低壓進線櫃中連接到接地極上,UPS 輸出和負載的中性線與市電的中性線沒有任何的隔離。核心機房中交流電纜很多,每一根電纜都含有大量的電磁幹擾,所有的這些電纜被捆紮在一起走長線,使得這些高頻幹擾互相串擾,高頻幹擾電流在零線、地線上流過帶來了零地之間的壓降。

  解決的辦法一是將UPS 的火線和零線、地線分開走線,兩者的距離應該保證在20 cm以上,其它動力電纜也遠離UPS 零線。如果施工現場條件不允許,零線和地線要用铠裝屏蔽電纜。但這種方法治標不治本,機房內設備變化,電磁幹擾環境也隨之改變,零地電壓也會改變,不能徹底解決問題。二是在UPS 負載端加隔離變壓器,並將隔離後的零線接地,可以保證負載的零地電壓趨近于零,解決“零地電壓”問題效果最好。

  3、UPS蓄電池問題

  UPS 蓄電池是一個容易出問題的環節,由UPS蓄電池引發的事故占UPS總事故較大比重。這是因爲UPS蓄電池一般是12V蓄電池,內部實際上是6只2V蓄電池串聯焊接構成,制作難度大,而且板柵,連接條比較薄,只要一個板柵出現問題,整只UPS 電池就有問題,故障率遠遠高于2V蓄電池,所以在安裝維護中要注意以下幾個問題。

  (1)UPS蓄電池最好用蓄電池架安裝,不要用蓄電池櫃。一是便于通風散熱,UPS 蓄電池對溫度非常敏感,最佳環境溫度是20 ~25℃,溫度每升高10℃,蓄電池的壽命就會降低一倍。UPS蓄電池充放電過程中會釋放大量熱能,熱量散不出去,直接影響電池容量與壽命。二是便于維護測量。用蓄電池櫃安裝,如果空間太小,巡檢時操作人員可能會因爲操作不便,或視線問題導致操作工具短路或檢查不仔細忽略本應發現的故障隱患。有這樣一個案例:主從熱備份UPS 系統,密封蓄電池櫃(有通風孔),螺絲固定的面板拆卸不便,用螺絲刀拆才能打開。一次巡檢發現備機UPS 的蓄電池組中底層角落裏有兩只蓄電池連接線松動,並且漏液。UPS 蓄電池是大電流放電,這種情況下如果恰好主機UPS 故障,備機UPS 蓄電池放電供給負載,後果嚴重,有可能著火甚至爆炸。

  (2)UPS蓄電池連接線不要用開口銅鼻子,要用孔型銅鼻子,開口銅鼻子不如孔型壓接牢固,容易脫落;連接線要用軟銅線,不要用硬銅線,硬銅線有時由于吃著勁,當時緊固了,時間長了會松動,造成端子處連接不良,在一定的條件下可能端子處拉弧或熱量*,最終導致著火;連接線要用長度一致的同一規格導線,否則電阻不一致,長期使用,會發生充電時有的UPS 蓄電池已充滿,有的UPS 蓄電池還沒充滿,從而導致已充滿的UPS 蓄電池過充,水分從安全閥溢出,電解液濃度變大,長時間會腐蝕極板,導致蓄電池一致性變差。

  (3)由于蓄電池很重,安裝時要用正確的方法搬運和吊裝蓄電池,不能用鈎子或螺絲刀直接勾住蓄電池外露極柱搬卸蓄電池。極柱與極板是焊接的,這樣會拉傷蓄電池端子,嚴重時可能導致著火。另外蓄電池組上輸出的電纜,不要直接從電池端子拉至主設備,中間需要有接線盒或轉接端子,否則蓄電池端子上長期承受拉力,可能破壞蓄電池內部的連接。

  4、UPS 電容爆炸問題

   (1)UPS 电容爆炸的原因

  UPS 的電容一般是指其內部的直流濾波電容和儲能電容及輸入輸出交流濾波電容。UPS 電容爆炸一般是指直流濾波電容和儲能電容,它通常選用容量較大的電解電容,電容爆炸一般是因爲耐壓問題造成的,其本質原因有如下二個。

   (2)内部电介质绝缘强度下降导致电容击穿

       电容本身质量问题。近年来,一些厂家为了降低产品售价,提高产品中标的竞争力,选用了寿命较短的直流滤波电容,这也是导致目前发生电容爆炸故障的事例日益增多的主要原因。

       温度。电容器的使用寿命随温度的增加而减小,温度加速介质与电解液化学反应使介质随时间退化,耐压值下降。另外温高还会导致漏电流增大。在直流正向电压施加于电容器一段时间后仍有一个微小电流持续从正电极流向负电极,这个微小的电流即称为漏电流。漏电流越小表明电介质制作得越精良,漏电流的特性是随着温度的升高越来越大。为防止电解液蒸发,电容一般采用密封结构,散热性较差。如果热量不能及时排出去,器件内部温度上升会很快,导致漏电流的进一步增大;根据电流热效应,漏电流增大又会导致温度上升,热量积累恶性循环,使电容内部电解液沸腾和汽化,气压迅速增大到外壳无法承受时,就会爆炸。如果防护设计的不好,电解液喷溅到电路板上,检测控制电路受损还会导致更加严重的后果。

  電容溫度高的原因一是機房環境較差,長期不維護造成UPS 內部積塵過多,散熱不良。二是空調送/回風通道設計不好,UPS 周圍環境溫度較高。解決的方法爲每年對UPS 做一次內部除塵;做好空調設計,避免局部高溫;采用遠紅外成像儀、遠紅外測溫儀等檢測儀對濾波電容的異常溫升進行檢測,及時更換有潛在故障隱患的電容,防患于未然。

  (3)外部電壓超過電容的耐壓值

  UPS 內部的儲能直流電容耐壓值一般爲直流450~500V,以POWERWARE9150/930510kVA UPS爲例,其內部直流母線電壓爲400VDC,而直流電解電容的耐壓值是450VDC。UPS 中的相控整流器控制著輸出直流電壓的高低,UPS使用年限越長,相控整流器電路器件參數越老化,造成UPS 內部的直流400V電壓不再穩定。市電波動時,會造成UPS 內部400V直流電壓波動,波動的電壓幅值很可能會超過450V,造成直流電解電容過壓,再加上電容長期使用耐壓性能下降,就會發生爆裂。解決的方法是選用大品牌UPS 設備,把好産品質量關;到達報廢年限的UPS 堅決報廢(一般UPS 壽命是5 ~7年,建議5年報廢);使用超過3 年的UPS 要定期檢查內部的電容,看看有沒有漏液、鼓包,容量是不是已經下降到其容量誤差下限等,這些是爆炸的前兆。

  (4) UPS 电容爆炸的几种可能现象及分析

  理論上,並機系統中一台UPS 故障,故障UPS 應自動退出系統,其它正常工作,但現實中電容爆炸時卻不一定是這樣。統計資料顯示一旦發生電容爆炸故障,90%以上的幾率會導致並機系統出現輸出停電或閃斷故障(中斷時間大于8~20ms ),從而導致負載癱瘓幾十分鍾甚至幾小時。

    除了发生电容爆炸的那台UPS 单机处于逆变器自动关机状态之外,其余各台UPS 似乎都处于“正常的”逆变器电源供电状态。这是因为并机UPS 系统中一台设备逆变器发生故障导致系统输出电压波动,或是输出交流电压中含有很高的直流成分电压,或是拉低了系统输出电压,从而影响到负载。

   除了发生电容爆炸的那台UPS 单机处于逆变器自动关机状态,其它UPS 的输入开关或UPS 并机系统的总输入开关跳闸,UPS 处于电池组提供能量的逆变器供电状态。这种情况主要原因是电容爆炸的UPS 的逆变器发生了内部短路故障,由于逆变器并联,导致其它UPS 逆变器输出瞬间短路,输出电流瞬间增大,而这些电流不是供给负载,而是供给内部短路的UPS,从而造成正常的UPS 瞬间过载,进而导致相关输入开关跳闸。

  N+1 ”UPS 並機系統中各台UPS 的輸入、輸出配電櫃中的開關都配置爲斷路器開關。一台UPS 的濾波電容爆炸,其余UPS 的輸入、輸出開關全都跳閘。這是因爲交流輸入濾波電容爆炸造成市電小範圍供電環境惡化。UPS 都有輸入濾波器,該濾波器都有電感線圈,輸入市電在瞬時發生突變,相當于感性負載兩端電壓突變,從而産生反向電動勢,沖擊相關的斷路器,斷路器都有過壓保護和過流保護功能,開關全都跳閘。

  並機系統中除了發生電容爆炸的那台UPS 逆變器自動關機,其余UPS 均處于“正常的”逆變器供電狀態,負載正常工作的情況。這種僥幸情況不會超過10 %,一般是交流輸入電容爆炸或者直流電解電容爆炸沒有影響到檢測控制電路。

  5、結束語

  核心機房UPS 維護難度大,故障率高,發生事故影響大。爲了減少核心機房UPS 事故,需要深入分析其發生事故的各種可能原因,做好基礎維護工作,將事故隱患消除在萌芽狀態。

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