UPS设备已经在重要用户和场所越来越广泛地得到了应用，它的突出优点首先是在市电中断后提供了一定时间的延时，满足了用户保存和应急处理重要数据的时间；其次，经过一系列整流、逆变后，输出电能质量大大提高，确保了敏感设备的高可靠供电需求。随着UPS设备功能的不断增多，现场安装条件的不同，机房整体环境的千差万别，其运行情况也变得非常复杂，各种因素都可能导致UPS系统运行不正常，甚至出现断电故障。下面通过两例UPS运行中出现故障的处理，分析了其产生的原因和解决的办法。
一 故障处理分析
故障1：
基本情况
某网络机房的一台小型UPS，容量5KVA，蓄电池后备时间：满载8小时配置。UPS主机与蓄电池柜分开放在两个房间，电池组到主机的连线长约20米，8组100AH蓄电池并联，总容量为800AH.
故障现象
断开市电后，蓄电池放电不到3分钟时间，蓄电池容量就由满载降至20%余量，实际最终放电时间不到4小时。
处理过程
由于这台UPS已经运行了两年多时间，蓄电池属于国产普通品牌，起初怀疑蓄电池性能弱化，首先对UPS做了一次放电检测试验，以检验蓄电池的放电特性。
现场测量数据及基本情况如表1所示。
表1 现场测量的数据
放电不到3分钟时间，蓄电池容量就由满电降至20%余量，在放电过程中测量蓄电池连接线温度，有明显的发热现象。
根据上述现象，我们在线测试了蓄电池端电压和内阻均正常，进而怀疑蓄电池连线可能存在很大的的线路耗损，蓄电池不一定有问题。由于蓄电池并联容量较大，充满电约需要一周时间，为了证实蓄电池性能的优劣，我们对蓄电池充电一周后，尝试将UPS主机移至蓄电池柜旁边，缩短主机与蓄电池连线至2米左右，重新连接好输入输出电源线。于当日11：30开始对蓄电池再次进行放电测试，15：30停止放电，放电历时4个小时。
现将现场测量的数据如表2所示。
表2 现场测量的数据
对比两次放电情况，效果截然不同：上次放电不到3分钟时间，蓄电池容量就迅速降至20%余量，本次放电4小时，蓄电池容量还有70%余量。
处理结论
通过对比分析可以确定：蓄电池性能良好，其连接线存在很大的线路损耗，造成了蓄电池放电时间的缩短。可以得出：
1、机房主机、蓄电池、布线布局对设备有一定影响；
2、连接引线的阻抗不容忽略，要选用质量好、载流量合适的；
3、蓄电池的放电特性会受到各种因素的影响。
由此引申
UPS的电缆截面积选择不仅仅要考虑安全载流量，与线路损耗压降的关系也很密切，应加以综合考虑。
1、UPS装置距负荷较远时（一般经验值是大于100米），按持续允许载流量所选电缆截面积，压降可能偏大，应按UPS对线路允许电压损失的苛刻要求来选择截面积，条件为小于2.5%Ue（额定电压）=5.5V来定。比如，据有关试验证实，200A的三相UPS，距离100米之内，选用120mm2的铜电缆的线路压降为3.2V，但距离200米时，选用120mm2的电缆的线路压降为6.4V，已经不能满足小于5.5V的要求，须改选150mm2的电缆。小容量UPS连接引线的损耗压降更是不可忽视，连接线距离要求更苛刻。
2、三相UPS负载不平衡情况下，零线电流较大，零线面积的选择也应与相线的截面积相同。或者零线采用多芯小截面电缆并联，总截面积近似与相线截面积相当也可，这样也有利于减少集肤效应和交流阻抗。
3、UPS输入输出零线绝不能断开，也不能经过开关或保险丝。若零线中断，负载若不平衡会造成输出电压严重不平衡，重载相电压极度降低，轻载相电压可能超过额定值。UPS前端电力变压器的零线中断造成的用电事故也屡见不鲜。
故障2：
基本情况
某数据机房两台UPS并机，容量80KVA，蓄电池后备时间30分钟，运行方式为“1+1”并联冗余。
故障现象
1号机、2号机均能够单独正常开机，但进行系统并机时不能实现并机。
处理过程
测量系统UPS输出，1号UPS：UA1=222V，UBA=221V，UC1=221V；
2号UPS：UA2=221V，UB2=223.5V，UC2=224V；
用钳型电流表测量本套80KVA“1+1”UPS并机系统的输入和输出参数，可以得到UPS并机系统的并机工作特性如下：
（a）两台UPS的输入功率和输出功率之间存在有明显的不平衡度；
两台UPS的A相输出电流之间的“均流”不平衡度：±10.7%；
两台UPS的B相输出电流之间的“均流”不平衡度：±13.5%；
两台UPS的C相输出电流之间的“均流”不平衡度：±15.7%；
（b）两台UPS之间的“环流”偏大（“环流”是指在两台UPS之间相互流动的电流）；
两台UPS的A相输出电流之间的“环流”：5.6A；
两台UPS的B相输出电流之间的“环流”：9.8A；
两台UPS的C相输出电流之间的“环流”：3.9A；
处理方法
对系统并机参数进行重新设置，使两台UPS输出电压差：△≤2V.局部调整其他并机参数使之与负荷相对匹配，使环流减小至3A以内，再次进行系统并机操作，并机成功，系统运行正常。
故障分析
1、单机相电压不平衡，偏差在5%内属于正常范围，计算机负载要求苛刻一些，三相电压偏差率可以在3%之内。虽然2号UPS的C相与A相有压差，但在允许偏差范围之内，不影响开机。
2、两台主机输出之间压差最大值为224-221=3V，不能正常并机，当调整输出压差为2V时，并机成功，说明此品牌的两台主机并机的压差要求较为苛刻。
3、两台UPS的输入、输出功率存在明显的不平衡度，之间环流偏大，UPS输入电流的谐波分量增大，也影响该系统的并机运行。
4、正常情况下，两台或多台UPS并机要求条件是：
（1）相位和幅值相同，保证UPS之间无破坏性环流；
（2）电流不平衡度：并机后每台UPS输出电流为总负载电流的一半：“1+1”、“N+1”并机系统的电流不平衡度小于5%.
（3）并机系统的过载及其恢复：若并机系统过载（在保护范围内），系统内所有机器统一跳旁路；当并机系统过载消失，系统内所有机器自动恢复逆变供电状态。
（4）并机系统的故障关机及故障恢复：当并联的UPS系统中任何一台故障（主要为逆变器故障，包括过载、短路、蓄电池过放电等），该机自动关闭输出，自动退出并机系统，均不能将本身负载单独转到旁路，而是将负载均分到与其并联的其他UPS上，待最后一台UPS故障后，才集体转到旁路上。当故障排除后，则需按照操作步骤将该UPS并入并机系统。
（5）空载环流：指并机系统中任意两台UPS对应输出相之间产生的无功电流分量。“1+1”并机系统和“N+1”并机系统的空载环流要求均小于3A.
5、处理结论
UPS并机系统以其扩容方便、节约投资、可靠性高而逐渐被广泛采用，并深受用户欢迎。所谓UPS并机系统是指需并联的多台UPS的输出直接并联短接在一起，同时分担负载电流，不需外加任何设备，提高整个供电系统的供电容量和可靠性。按照目前UPS业界的惯例，多台UPS实现并机的条件是输入电压相位和幅值相同（这一点电网基本能满足）；UPS并机系统的“均流”不平衡度应小于±5%，“环流”小于3-4A的水平。但从上述检测数据表明：其并机性能明显地低于UPS业界的并机性能；由“环流”所造成的“额外功耗”约占UPS并机系统的总输出功率的11%左右。所有这一切，都说明不同品牌的UPS并机条件有差异，这套UPS并机系统的并机性能较差。
6、并联UPS一般会有如下主要问题
1）各台UPS输出的电压、相位、频率很难严格一致，即使有1度的相位误差也可能引起50%的功率差别，当空载时，某些UPS可能会运行在整流状态。
2）由于各台UPS的输出电压、电流均为正弦量，而且有相位误差和频率误差，所以，很难实现负载分配和均流。
3）并联运行时，若各台UPS的频率和相位相同，而幅度不同，则系统中各台UPS之间会存在无功的环流分量，严重时会使UPS保护，甚至使逆变器停止工作。
7、解决办法
1）鉴于以上存在的问题，在并联系统中，把每一台UPS输出的电压、电流、频率和相位信号进行采样综合，然后，再与其它UPS的相应信号进行综合，从而得出各自电压及频率的补偿信号，然后送至系统中的其它UPS，最终保证各台UPS输出电压的幅值、电流、相位和频率严格一致。当其中某台UPS因故障而退出时，并不影响整个并联系统的运行，因而可实现真正的“N+1”台并联运行。
2）现在UPS并机系统不设主从关系，一般采用以数字信号处理器为核心，辅以必要的外围功能单元电路构成。它主要由DSP、波形控制接口电路、相位控制电路、逻辑切换控制电路、直流母线检测电路、输出电流及输出电压检测电路、市电检测电路和UPS并联控制系统的通讯接口电路组成。采用全数字处理器DSP技术，简化了电路，使UPS具有快速反应能力，增强负载不平衡条件下的相位控制能力。如图1所示。
图1 DSP数字信号处理器框图
数字信号处理器（DSP）通过对各种信号的检测并加以分析处理，送到逆变器控制电路和状态显示电路；同时，通过通信接口电路与并机系统中的其他UPS进行信息交换。波形控制接口电路的功能是将DSP发出的控制后级UPS的逆变输出信号进行电平匹配，使其符合一定的精度和幅值要求。相位控制电路的作用是将DSP发出的同步信号经过电平转换及阻抗匹配后送到后级UPS控制电路中作为UPS锁相的给定信号。逻辑切换控制电路的功能是将DSP发出的控制信号经过电平变换后去驱动静态开关动作，完成相应的逻辑关系控制。直流母线电压检测电路的作用是将UPS整流输出的直流母线电压变换后送到DSP的AD接口。输出电流及输出电压检测电路的作用是将UPS的输出电压及输出电流经过交流电压及交流电流互感器检测后，再经过电平转换，送到DSP的AD接口，作为DSP的控制程序对UPS的输出电压和输出电流进行实时控制的反馈量。市电检测电路的作用是将交流市电经变换后送到DSP中，作为控制UPS电源与市电同步的给定值。所有的检测量经AD接口送到DSP，DSP完成对各模拟参数的模拟/数字转换及数字优化滤波，滤除噪声*，分离出有用的信号，保证检测信号的真实性及有效性。UPS并联控制系统的通讯接口电路将本UPS的工作状态（输出电压幅值、输出电压频率、输出电压的相位、切换逻辑要求等）送到通讯总线上，并通过通讯总线接收并联控制系统向其它UPS发出的工作状态信号，作为并联系统进行均流控制、逻辑切换的重要依据。通过这一系列的控制处理，再利用DSP软件系统的调整管理，增强了UPS的并联冗余和精确控制能力。
3）降低UPS输入电流谐波含量：对于中、大型UPS而言，可选用6脉冲整流+5次谐波滤波器型UPS、12脉冲整流器型UPS、6脉冲整流+有源滤波器型UPS和12脉冲整流+11次谐波滤波器型UPS（控制谐波效果最为理想）。对于中、小型UPS而言，可选用IGBT脉宽调制整流器型UPS，以满足“绿色”电源的要求。
二 结束语
从以上两例UPS的故障处理可以看出，UPS的现场运行环境复杂，不同品牌的UPS在性能上也有很大的差别。因此，不能单从经验上或理论上来判断一些现场故障。可喜的是，UPS的设计制造技术越来越成熟，相关技术越来越先进，调整判断也越来越趋于智能化，我们期待有更多更好的高性能UPS不断推出，为用户关键负载的可靠用电保驾护航。
