机房不间断电源系统中UPS电源故障全面分析与维修

电子设备运转都离不开“电”，机房就更不用说了，当双电源市电都停运之后，就靠电池组供电，以保证服务器等重要设备不停电，而UPS电源由电池引发的故障超过了总故障的50%，在线式UPS电源，因为其电路设计合理，驱动功率元件容量所取的余量大，因而电源电路故障率很低，相比之下，由电池组所引发的故障率上升至60%以上，正确地使用和维护好电池是延长电池组寿命、降低UPS电源总故障率的关键因素之一

　　UPS电源常见故障有哪些

　　机房电源UPS意外跳转（故障原因：地线）

　　在市电正常的情况下，UPS总是跳转到电池组供电模式。在此模式下，蜂鸣总是不断地鸣叫提示。马上组织技术人员检查电路，分析故障原因。后发现是机房立式空调的原因，每次启动空调时间不长，就自动转为电池组供电。显然这是市电输出受到大功率空调机影响所致。但是这是分开两路单独供电的，是从不同的配电室里面的配电盘接来的，怎么会产生互相干扰呢？

　　顺着电线打开天花板、地板、接线盒等逐点进行排查，看是不是什么地方电路虚接到一起了，后发现它们的零线和地线接在一起。于是对空调的地线进行分开处理，分开零线和地线之后，再启动空调，发现没有再出现UPS跳转电池组的情况，电源的质量对企业网络能否稳定、安全至关重要。但网络电源安全实际上还有很多属性，如高性能、可扩展性、可靠性、功能性、准确性和可用性等。为了使企业网络电源能持续稳定地运行下去，除了平常的规范使用外，周期性地利用各种测试工具，对网络电源环境实施维护测试也是必需的。整个机房供电安全系统，需要技术人员认真维护，并要做好日常排查工作，及时发现问题，分析处理非计划停机造成的影响等。

　　双电源跳转失败（故障原因：金属生锈）

　　在停电检修的过程中，双电源自动转换开关在正常的转换中失效，不能自动跳转，一点反应也没有。同时，备用的电源就没有起到应有的电源保障作用，UPS上的市电显示灯没有输入电显示，看到这种情况，断开电源，使用工具打开转换开关，发现里面所有的接触开关上的金属触点都生锈了，金属生锈导致自动跳转失灵。幸运的是，开关绝缘良好，没有发生短路。

　　估计生锈有两个原因：长时间没有使用该功能或没有进行清理除锈工作。重新安装开关，然后手动转换恢复供电，双电源转换开关一定要有专人维护，定期查看组件损坏情况，及时更新。值得注意的是，由于转换开关上面的接线比较多、比较紧凑，拆卸和使用的时候一定要小心谨慎。双电源自动转换开关具有过载、短路等保护功能。当电源出现故障时，转换开关能自动完成常用电源到备用电源的转换，以保证机房的持续供电，这是层保护。

　　从电源的适宜环境的角度考虑，较低温度下可以有较高相对湿度，在周围空气温度为40℃时机房的空气相对湿度不宜超过50%。同时，如果该月的平均低温度为25℃，就需要考虑到因温度变化在设备表面上发生的凝露。当常用电源下降至有效值的70%以下或常用电源其中一相或者三相电压中断时，常用电源延时切换至备用电源，并在常用电源恢复正常时，又将备用电源延时切换至常用电源。这样就给输入UPS的电源一个安全屏障，减少设备的停运次数。

　　突然掉电（故障原因：UPS过载）

　　双电源固然很好，但如果UPS故障，设备可能还是会中断，因为由布线图可以看出，它们是串联的。有一次，UPS电源中断输出，指示灯全不亮了，信息中心机房的所有设备全部停止运行，网络随即全部瘫痪，突然掉电会造成机器硬件很大的损伤，还对企业运营产生影响。

　　首先试着重新启动UPS，居然启动成功并正常运行了，但是伴有不间断的鸣叫声，于是查看UPS维护说明，对应找到此类蜂鸣表示的故障原因——UPS过载。那为什么超载了，又没有蜂鸣报警呢？原来有人无意识地关闭了蜂鸣器，没有考虑到它已经超负荷，反正能供电就把蜂鸣当作误报处理给关了。

　　根据分析出的原因，立刻停运了几台不重要的设备，让UPS的负载指示率低于90%，看来使用UPS也要量力而行，下一步就只能增加UPS容量来解决问题。

　　UPS稳压电源常见故障

　　市电中断(线路上的断路器跳闸、供电中断、电网故障等)，这些都是造成干扰和破坏电脑的主要因素，不及时采取有效保护措施会给电脑造成不同程度的损坏，影响硬盘、软盘的正常操作，减少电脑使用寿命。UPS的出现无疑是电的救星，它不仅仅可以使用户不会在突然断电时手足无措，还可以解决很多干扰，从而获得更纯净的电源。

　　市电正常时，刚一开机起动时，交流保险丝熔断，UPS转向逆变器供电

　　分析与维修:交流保险丝熔断，说明市电供电主回路电流过大，应重点检查输出回路中有无短路现象。经过仔细测试，未发现有短路点。在打开UPS的瞬间测量IC8输出端⒁，有调制脉冲输出，这是不正常的，可能在市电正常的情况下，逆变器也工作，二者同时使用一个电源变压器，使主回路中的电流过大，引起保险丝熔断所致。测量市电供电—逆变器供电电路的转换控制电路，发现IC5已损坏。更换IC5芯片，故障排除。

　　市电工作时，电源变压器噪声大

　　分析与维修:根据故障现象可知，当变压器的负载过重，或工作状态处于不平衡、不稳定时，就有可能发出异常的噪音。而人们知道，当与变压器相连的电路中有元器件损坏，或者有些连线接触不良，就有可能使负载过重。检查变压器的次级并未发现碰线短路、匝间短路、元器件损坏故障。用酒精棉球轻轻擦洗干净，再将各连接插头、插座拔掉，重新插好后，变压器的噪声消失，UPS电源工作正常。推测故障原因可能是电路板灰尘太多，某个连接插头不良引起变压器负载过重所致。

　　市电供电正常时，逆变时有输出，但输出电压偏高至275V

　　分析与维修:根据稳压电源工作原理可知，只有当电源的高压保护电路和市电稳压电路有故障时，才会出现上述现象。电源输出电压经T2取样、整流、滤波后，加至电压比较器U7的⑧、⑨脚，然后接参考电压端。只有当比较器U7的⑧脚电压高于⑨脚电压时，脚④才会跳变成低电平输出，从而控制保护电压动作。

　　当市电中断时，逆变器不工作，蜂鸣器长鸣

　　分析与维修:根据故障现象，蜂鸣器长鸣，说明该稳压电源的转换控制电路正常，逆变器不逆变是因保护电路动作所致。用万用表检测电池电压正常，说明故障出在逆变回路电路。该机逆变回路由脉宽调制器U1(SG3524)、取样变压器T2、推动管Q5与Q6、逆变器Q17与Q18等组成。首先测量脉宽调制器U1(SG3524)的⑩脚，看是否被锁定(锁定时为高电平)，接着测量逆变管Q17、Q18静态工作时对地的阻值。正常时依数据可知:当黑笔接地时，Q17、Q18的e、b、c对地阻值分别为3.2kΩ、3.8kΩ、0kΩ;当红笔接地时，此阻值分别为5.6kΩ、6.5kΩ、0Ω。用万用表测量Q17、Q18的e、b、c对地阻值均只有100Ω。此时发现逆变管Q17与Q18、推动管Q5与Q6均已烧坏。更换之后，故障排除。

　　市电供电正常时，工作正常;当切断市电时，无220v电压输出且伴有长鸣报警声

　　分析与维修:根据故障现象，仔细检查蓄电池电压为26V，正常;两只逆变器大功率输出管和相应的驱动器也正常。估计为蓄电池电压检测电路有问题。正常情况下，第⑥脚电压为参考电压，维持在1.2V左右;当蓄电池为正常值26V时，计算可知:⑦脚电压约为1.4V，因此①脚电压为12V高电平。现将UPS置于无市电工作状态下，测量IC1的脚①、⑥、⑦，其电压值分别为0V、1.2V、0V，据此可知第⑦脚电压偏低。由此推断R3、R4分压有问题。分别测量R3、R4的阻值，发现R3已经断路，更换之，故障排除。

　　市电供电正常时，开机，逆变器工作指示灯闪烁，蜂鸣器间断鸣叫

　　分析与维修:不间断电源是由市电供电还是逆变器供电，取决于IC5的两个与非门组件组成的RS触发器。在市电供电时，RS触发器VH=“1”，VG=“0”，复位端R(VF)为高电平，置位端S(VN)为正向脉冲信号VN，测得VH为低电平，VG为高电平，再测量复位端R(VF)为低电平，均错;置位端S(VN)为一串正向脉冲，正确;IC3第⑧脚为高电平，正确。测市电检测电压V1为0v，即没有市电检测电压，测变压器T2的副边绕组已断路。更换变压器T2，工作正常。

　　当市电中断时，逆变器不工作，红色指示灯长亮

　　分析与维修:根据故障现象可知，该故障是因电池电压太低引起。打开机盖，测得电池两端电压只有16.8V，加上市电后，电池两端电压不变，说明故障发生在充电电路上。该充电电路工作原理是:当市电正常工作时，主变压器T3输出25V的交流电压，经S2继电器的第①、②脚接点输出电压，经B1桥堆整流、C21、C22滤波后输出34v的直流电压。将其送至可调稳压器U8(MG317T)稳压后，对蓄电池充电。

　　用万用表测得C21两端直流电压正常，说明故障发生在滤波电路之后。当测量MG317T输出脚时，发现输出电压只有110V，查输出负载均正常，调整VR3输出电压不变化，此时说明U8已损坏。用同型号的MG317T更换U8，断开电池，调整VR3，使得U8输出电压稳定在28v左右。开机试运行，故障排除。

　　停电时，逆变不工作

　　分析与维修:根据故障现象分析得知，该故障是因蓄电池电压太低引起。打开机盖，将其取出充电，故障排除。用一段时间后故障依旧，故怀疑充电回路有故障。用万用表电压档检测充电回路中的三端可调稳压块LM317，其输入电压正常，但输出端电压仅为14.3V，重新调整均无反应。故判断LM317损坏。更换之，重新启动，拆掉蓄电池，将充电电压调至27v时，故障随即排除。

　　如何降低UPS电源总故障率

　　利用供电高峰充电

　　对于UPS电源长期处于市电低电压供电或频繁停电的用户来说，为防止电池因长期充电不足而过早损坏，应充分利用供电高峰(如深夜时间)对电池充电以保证电池在每次放电之后有足够的充电时间。一般电池被深度放电后，再充电至额定容量的90%至少需要10～12h左右。注意充电器的选用。

　　UPS电源用的免维护密封电池不能用可控硅式的“快速充电器”进行充电。这是因为这种充电器会造成蓄电池同时处于既“瞬时过流充电”又“瞬时过压充电的恶劣充电状态。这种状态会使电池可供使用容量大大下降，严重时会使蓄电池报废。在采用恒压截止型充电回路的UPS电源时，注意不要将电池电压过低保护工作点调得过低，否则，在它充电初期容易产生过流充电。当然，选用既具有恒流，又有恒压的充电器对其进行充电。

　　保证电源环境温度

　　电池可供使用的容量与环境温度密切相关。一般情况下，电池的性能参数都是室温为20℃条件下标定的，当温度低于20℃时，蓄电他的可供使用容量将会减少，而温度高于20℃时，其可供使用的容量会略有增加。不同厂家不同型号的电池受温度影响的程度不同。据统计，在-20℃时，蓄电池可供使用容量只能达到标称容量的60%左右。可见温度的影响不可忽视。

　　当然，要延长电池组的使用寿命不但在维护使用上要注意，而且在选择时就应充分考虑负载特性(电阻性、电感性、电容性)及大小。不要长期使电池处于过度轻载运行，以免电池放电电流过小导致电池报废。

　　定期检查

　　定期检查各单元电池的端电压和内阻。对12V单元电池来说，在检查中如果发现各单元电池间的端电压差超过0.4V以上或电他的内阻超过80mΩ以上时，应该对各单元电池进行均衡充电，以恢复电池的内阻和消除各单元电池之间的端电压不平衡。均衡充电时充电电压取13.5～13.8V即可。经过良好均衡充电处理的电池绝大多数都可将其内阻恢复到30mΩ以下。

　　UPS电源在运行过程中，由于各单元电池特性随时间变化而产生的上述不均衡性是不可能再依靠UPS电源内部的充电回路来消除的，所以对这种特性已发生明显不均衡性的电池组，若不及时采取脱机均充处理的话，其不均衡度就会越来越严重。

　　重新浮充

　　UPS电源以利用机内的充电子产品电回路重新对蓄电池浮充10～12h以上再带载运行。UPS电源长期处于浮充状态而没有放电过程，相当于处在“储存待用”状态。如果这种状态持续的时间过长，造成蓄电池因“储存过久”而失效报废，它主要表现为电池内阻增大，严重时内阻可达几Ω。

　　人们发现：在室温20℃下，存储1个月后，电池可供使用的容量为其额定值的97%左右，如果储存6个月不用，它的可使用容量变为额定容量的80%。如果储存温度升高，它的可使用容量还会降低。因此建议用户每隔20°C个月有意地拔掉市电输入，让UPS电源工作于由蓄电池向逆变器提供能量的状态。但这种操作不宜时间过长，在负载为额定输出的30%左右时，约放电10min即可。

　　减少深度放电

　　电他的使用寿命与它被放电的深度密切相关。UPS电源所带的负载越轻，市电供电中断时，蓄电他的可供使用容量与其额定容量的比值越大，在此情况下，当UPS电源因电池电压过低而自动关机时电池被放电的深度就比较深。

　　实际过程如何减少电池被深度放电的事情发生呢?方法很简单：当UPS电源处于市电供电中断，改由蓄电池向逆变器供电状态时，绝大多数UPS电源都会以间隙4s左右响一次的周期性报警声，通知用户现在是由电池提供能量。当听到报警声变急促时，就说明电源已处于深度放电，应立即进行应急处理，关闭UPS电源。不是迫不得以，一般不要让UPS电源一直工作到因电池电压过低而自动关机才结束