陳恒民

（山東省濟(jì)南市大眾報(bào)業(yè)集團(tuán) 信息技術(shù)部，山東 濟(jì)南 250014）

數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房配置安全性、穩(wěn)定性和不間斷UPS 電源供電至關(guān)重要，針對(duì)數(shù)據(jù)中心設(shè)備運(yùn)行的特殊要求，需要使用凈化后的無電磁干擾交流電。如今互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，已融入到各行各業(yè)，這就不得不提到一個(gè)關(guān)鍵性問題，由于市電網(wǎng)供電的不穩(wěn)定性，比如電壓浪涌、尖峰、瞬變和跌落等會(huì)造成UPS 持續(xù)高壓或者欠壓甚至中斷等停電問題，服務(wù)器等設(shè)備受到干擾，造成敏感線路板元器件受損、運(yùn)行程序丟失和磁盤程序損壞等嚴(yán)重后果，會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)不良影響。因此，采用UPS 電源供電受到重視，并逐漸發(fā)展成一種趨勢(shì)。因?yàn)閁PS 具備穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、濾波、抗電磁和射頻干擾以及防電壓浪涌等功能，適合職能行業(yè)使用。如要確保核心機(jī)房中的服務(wù)器、光纖配置、交換機(jī)、監(jiān)視和監(jiān)控等設(shè)備的平穩(wěn)安全運(yùn)行，就要使用UPS 電源。

采用UPS 電源作為數(shù)據(jù)中心核心設(shè)備是平穩(wěn)運(yùn)行的前端支持，遇到市電突然中斷時(shí)能自行檢測(cè)、啟動(dòng)，瞬間將電池組直流電逆變輸出，絕不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷情況。UPS 主機(jī)有：主路、旁路、逆變、整流器、維修開關(guān)和電池組等輸入電路。通過AC/DC 變換的整流器（REC）、逆變器進(jìn)行變換，逆變器將電池組直流電轉(zhuǎn)換成220 V交流電輸出，實(shí)現(xiàn)不間斷供電。輸出持續(xù)、穩(wěn)定、恒壓、恒頻率和無電磁干擾的凈化后交流電提供給負(fù)載，成為最后一道支柱和保險(xiǎn)問題。從性能上講，UPS 可以在市電出現(xiàn)異常時(shí)，有效地化解問題。儲(chǔ)能電池質(zhì)量好壞、功率大小、界定維持運(yùn)行時(shí)間長短，以及能否實(shí)現(xiàn)不間斷供電，在配置和使用過程中被高度關(guān)注。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)逆變運(yùn)行時(shí)間，如何選配電池，怎樣進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，確保信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的穩(wěn)定高效運(yùn)行，不會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)中斷、數(shù)據(jù)丟失和電子元件損傷，這就需要加強(qiáng)管理，定期進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)保養(yǎng)，維持系統(tǒng)安全運(yùn)行。

1 為什么UPS 電源電池不采用鋰電池

為什么目前使用中的多數(shù)大中型UPS 電源用的是鉛酸蓄電池，而不是鋰電池？由于鋰電他與鉛酸蓄電池特性不同，充電曲線和回路不同，充電原理與不同品牌電源、不同型號(hào)也有不同，UPS 電源鋰電池組設(shè)計(jì)了一個(gè)能控制過充過放的保護(hù)板BMS。假如鋰電池按鉛酸蓄電池方式，以一個(gè)電壓及容量存一個(gè)單元（12V 100Ah）然后再按每個(gè)機(jī)房的電力需求進(jìn)行并聯(lián)組合，就會(huì)出現(xiàn)每個(gè)鋰電池組BMS 之間已存在的電壓與電量不同，在充電或放電狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生保護(hù)狀況，出現(xiàn)無法使用現(xiàn)象。另外，重要原因是因?yàn)殇囯姵氐某杀颈茹U酸蓄電池的高，用戶難以承受。考慮使用成本，應(yīng)用范圍不廣。目前市場(chǎng)上鋰電池UPS 大多數(shù)應(yīng)用在一些性能要求比較高的特殊行業(yè)，主流還是使用鉛酸蓄電池的UPS，鋰電池要比傳統(tǒng)鉛酸蓄電池貴2~3 倍。鉛酸蓄電池除了價(jià)格優(yōu)勢(shì)，其穩(wěn)定性強(qiáng)，容量大，性價(jià)比高，最核心因素是鉛酸電池可以浮充?，F(xiàn)在的多數(shù)主機(jī)是不支持鋰電池的，鋰電池UPS 的市場(chǎng)份額占率比重非常小，廠家不想花費(fèi)過多的人力物力去推廣，所以導(dǎo)致市場(chǎng)上UPS 電池更多采用鉛酸蓄電池而不是鋰電池。最核心原因是鋰電池太貴，相比較而言，鋰電池相對(duì)于鉛酸蓄電池的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在UPS 應(yīng)用中算不上“優(yōu)勢(shì)”，反而劣勢(shì)卻不少，因此優(yōu)選低成本、技術(shù)成熟的鉛酸蓄電池。

2 選用鉛酸蓄電池的重要原因

2.1 鉛酸蓄電池具備以下性能與優(yōu)勢(shì)

工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)間最長、技術(shù)成熟且性能穩(wěn)定可靠，適用性強(qiáng)。使用稀硫酸為電解液，無可燃性，通過常壓或低壓設(shè)計(jì)，安全性好;工作電壓較高、運(yùn)行溫度范圍較寬，可浮充電使用，淺充淺放電性能優(yōu)異，適用于不間斷UPS 電源，關(guān)鍵是大容量電池技術(shù)成熟。

2.2 成本優(yōu)勢(shì)

鉛酸蓄電池的價(jià)格是鋰離子電池或氫鎳電池的1/3左右。鉛酸蓄電池的主要成分為鉛，是鉛組成的化合物。鉛含量高達(dá)電池總質(zhì)量的60%以上，廢舊電池的再利用率較高，回收價(jià)格占新電池價(jià)格的30%，所以鉛酸蓄電池的使用成本更低。

2.3 再生利用優(yōu)勢(shì)

鉛酸蓄電池組成簡(jiǎn)單，再生技術(shù)成熟，回收價(jià)值高，是最容易實(shí)現(xiàn)回收和再生利用的電池。我國廢舊鉛酸蓄電池的再利用率在90%以上。鎘鎳電池、氫鎳電池和鋰離子電池多為小型電池，且組成復(fù)雜，再生成本高，回收難度大，再利用難以實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化運(yùn)營。特別是鋰離子電池，多數(shù)國家尚未實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行有效回收和再生。

3 根據(jù)需求和性能選配電池

3.1 選擇型號(hào)

選配的型號(hào)、額定電壓、額定容量和額定電流，適合匹配原蓄電池組。充分參照負(fù)載特性（阻性、感性、容性）及大小。鉛酸蓄電池的實(shí)際可使用容量與放電電流大小、電壓、內(nèi)阻值、放電時(shí)間、溫度、電池儲(chǔ)存時(shí)間的長短、負(fù)載大小和性能等因素密切相關(guān)。品牌標(biāo)稱的壽命一般是指環(huán)境溫度20°C 的情況下。

3.2 內(nèi)阻

不同品牌的電池內(nèi)阻差別很大，應(yīng)選擇內(nèi)阻小的，這樣才能持續(xù)大電流放電。假如內(nèi)阻較大，在充放電過程中功耗加大，電池容易發(fā)熱。定期檢測(cè)各組電池的端電壓和內(nèi)阻。以12 V 單塊電池來說，在檢查中如果發(fā)現(xiàn)電池間的端電壓差超過0.4 V 或內(nèi)阻超過80 mΩ 時(shí)，需要及時(shí)對(duì)各單元電池進(jìn)行均衡充電，以恢復(fù)電池的內(nèi)阻和消除電池之間的端電壓不平衡。均衡充電時(shí)充電電壓取13.5～13.8 V 即可。經(jīng)過均衡充電處理的電池大多數(shù)內(nèi)阻值可以恢復(fù)到30 mΩ 以下[1]。

3.3 浮充電壓

在同樣環(huán)境和溫度，浮充電壓值高意味著儲(chǔ)存能量大，性能差的電池浮充電壓值普遍較小。隨意采取提高浮充電壓的做法毫無益處，蓄電池浮充電壓值，在不同的環(huán)境時(shí)可適當(dāng)采取措施加以改變。忌諱使用不同性能及容量和原蓄電池組不匹配的電池進(jìn)行混裝使用。依據(jù)電池使用情況和環(huán)境，做到及時(shí)巡檢和更換，避免由此造成的后果[2]。

3.4 充放虧電壓判斷

首先，如果蓄電池長期處于電量充足的狀態(tài)，稱為虧電現(xiàn)象，容易產(chǎn)生電池出現(xiàn)自放電現(xiàn)象，如果長時(shí)間處于這種狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致加速電池鉛極板老化，造成蓄存容量降低，也會(huì)腐蝕電極縮短使用壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)阻增大，很容易讓酸液發(fā)生變質(zhì)。

其次，假如蓄電池外殼變形、漏液，就無法長時(shí)間供電，嚴(yán)重影響主機(jī)運(yùn)行。發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象，需要對(duì)電池組及時(shí)進(jìn)行放電，輕則進(jìn)行單塊更換。操作時(shí)需要注意進(jìn)行防護(hù)，放電有一定的危險(xiǎn)性，操作不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致低壓觸電或者電弧灼傷，要謹(jǐn)慎操作。

3.5 充分利用智能化實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制

目前多數(shù)大中型UPS 不間斷電源具備遠(yuǎn)程操作功能，出廠時(shí)已提供操作軟件，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置參數(shù)，對(duì)蓄電池組進(jìn)行放電，減少人工操作，實(shí)現(xiàn)無人值守，相比人工操作更加安全。對(duì)于2 臺(tái)并機(jī)運(yùn)行的，也可以采取人工斷開控制負(fù)載開關(guān)轉(zhuǎn)移另一臺(tái)的辦法，分別實(shí)現(xiàn)單機(jī)電池組放電；利用遠(yuǎn)程操作功能，采取設(shè)置固定時(shí)間進(jìn)行放電測(cè)試，配合維護(hù)和保養(yǎng)。根據(jù)供電和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)際情況，利用主機(jī)定時(shí)放電的功能進(jìn)行操作效果更好；采取設(shè)置容量值放電，可以防止過度放電的現(xiàn)象，避免電池鉛極板因過度放電導(dǎo)致軟化，氧化堵塞極板的多孔結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形，造成容量上升以后產(chǎn)生快速下降的現(xiàn)象；可使用提供的監(jiān)控軟件或者登錄自帶的管理端對(duì)主機(jī)和蓄電池組進(jìn)行操作，對(duì)出現(xiàn)的問題及時(shí)采取措施加以防范；參數(shù)值設(shè)定后，主機(jī)會(huì)按時(shí)自動(dòng)完成恒壓限流放、充電過程，實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行。

3.6 免維護(hù)電池的認(rèn)知

通常說的免維護(hù)鉛酸蓄電池，不等于不維護(hù)，必須糾正認(rèn)知。雖說免維護(hù)電池被普遍采用，只是免除了以往的量比、配比和定時(shí)添加蒸餾水的工作。室內(nèi)環(huán)境對(duì)電池的影響沒有改變，異常的工作狀態(tài)對(duì)電池的影響沒有改變。需要巡檢，仍是非常重要的一項(xiàng)工作。主機(jī)引發(fā)的故障不是太多，電池引發(fā)故障率占1/3，按時(shí)巡檢、維修及定期保養(yǎng)的工作內(nèi)容仍然在電池組。

4 保養(yǎng)和檢測(cè)操作注意事項(xiàng)

（1）首先要嚴(yán)格禁止在UPS 各個(gè)端口接帶有感性的負(fù)載。

（2）接臨時(shí)電源時(shí)，必須按要求保證所接的火線、零線、地線不能出現(xiàn)差錯(cuò)，不得隨意改變相互的順序。

（3）必須按開關(guān)機(jī)程序操作，避免突然加載和減載現(xiàn)象出現(xiàn)，造成蓄電池組輸出電壓波動(dòng)大，導(dǎo)致主機(jī)無法運(yùn)轉(zhuǎn)和損傷元器件。切忌頻繁關(guān)閉和開啟蓄電池組，一般要求在關(guān)閉UPS 電源后等待幾分鐘再開啟，否則會(huì)出現(xiàn)主機(jī)進(jìn)入“啟動(dòng)失敗”狀態(tài)，產(chǎn)生既無市電輸出又無逆變輸出的現(xiàn)象。嚴(yán)格控制超載使用，電池的最大啟動(dòng)負(fù)載最好控制在75%，如果長期超載使用，在逆變狀態(tài)，時(shí)常會(huì)擊穿逆變器及整流器元件，無論何種原因都應(yīng)謹(jǐn)慎增加負(fù)載。

（4）測(cè)試時(shí)注意主機(jī)對(duì)蓄電池組放電自身設(shè)有保護(hù)程序，當(dāng)放電到保護(hù)關(guān)機(jī)后，電池能自動(dòng)恢復(fù)到一定的電壓，但是此時(shí)不允許開機(jī)，否則會(huì)造成電池過度放電，造成損傷，等到能正常重新充電后才能投入使用。檢查顯示面板參數(shù)，是否和運(yùn)行情況一致，如有異常及時(shí)更改設(shè)置，遇到顯示無黑屏及亂碼現(xiàn)象時(shí)應(yīng)盡快更換。

（5）定期檢測(cè)雙電源開關(guān)與逆變關(guān)聯(lián)性能。每年需要采取人工檢測(cè)和操作，對(duì)雙電源控制開關(guān)進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)市電控制轉(zhuǎn)換開關(guān)的靈敏性，采取突然分別斷開電源開關(guān)A 和B 的方法，檢測(cè)進(jìn)線切換控制模塊動(dòng)作的準(zhǔn)確性，確保切換動(dòng)作無誤。每年都要對(duì)主機(jī)系統(tǒng)切換模塊進(jìn)行檢驗(yàn)測(cè)試，采取從電源進(jìn)線分別斷開市電A、B和旁路開關(guān)的方法，檢測(cè)切換模塊的轉(zhuǎn)換功能是否準(zhǔn)確的同時(shí)，也檢驗(yàn)?zāi)孀兤魇欠裾Ｄ孀冝D(zhuǎn)換[2]。

（6）運(yùn)行環(huán)境和巡檢的意義。因?yàn)閁PS 電源產(chǎn)生大量熱能，需要配備專用精密空調(diào)，保持室內(nèi)溫度20~24℃為宜。設(shè)定好濕度，避免濕度過大，對(duì)線路板造成損壞。嚴(yán)禁在機(jī)房堆放無關(guān)物品，影響通風(fēng)。無陽光直射，無腐蝕性物品和易燃物品，保持潔凈。查看并配備好消防報(bào)警設(shè)施，包含電話、煙感、溫感和干粉甲烷。巡檢時(shí)注意自身安全，定時(shí)檢查主機(jī)和環(huán)境溫度及制冷設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，還要查看主機(jī)面板顯示的電壓、電流和負(fù)載等參數(shù)。檢查電池外殼是否變形和漏液以及接線端子有無故障報(bào)警。

5 對(duì)網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房運(yùn)行的影響

由于諧波的產(chǎn)生，會(huì)使電壓突變?cè)斐呻娮釉骷p壞，出現(xiàn)紊亂現(xiàn)象，造成服務(wù)器數(shù)據(jù)丟失、誤報(bào)警，甚至無法運(yùn)行。假如UPS 凈化質(zhì)量下降，網(wǎng)絡(luò)外的諧波容易從電源系統(tǒng)串入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為出現(xiàn)故障提供基礎(chǔ)，只是累計(jì)的內(nèi)諧波超指標(biāo)還不足引發(fā)事故問題。出現(xiàn)此類現(xiàn)象一般以電磁干擾和接地回路問題居多，接地線回路給大量內(nèi)諧波串入網(wǎng)絡(luò)提供通道。首先內(nèi)諧波指從UPS的輸出端測(cè)得諧波功率，確定產(chǎn)生干擾源的位置，轉(zhuǎn)換UPS 旁路，切換市電輸出供網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行。測(cè)試輸入諧波，假如測(cè)得輸出電源諧波含量達(dá)到30%，明顯低于輸出端指標(biāo)，可以判斷為內(nèi)諧波含量超標(biāo)，及時(shí)處理接地回路[3]。

UPS 主要功能是預(yù)防瞬間過壓和瞬間電流高低、電涌、持續(xù)低電壓、頻率偏移、線路噪音和高壓尖脈沖。當(dāng)市電出現(xiàn)異常，直流回路供給DC-AC 逆變器，輸出穩(wěn)定的220 V 交流電壓，同時(shí)市電經(jīng)整流后對(duì)電池充電。遇到市電欠壓或突然掉電，則由電池組通過逆變輸出電能，瞬間逆變切換。當(dāng)電池能量即將耗盡時(shí)，發(fā)出報(bào)警，并在電池放電極限點(diǎn)停止逆變器工作，持續(xù)報(bào)警。設(shè)有過載保護(hù)功能，當(dāng)發(fā)生超載150%時(shí)，跳轉(zhuǎn)到旁路狀態(tài)，并在負(fù)載正常時(shí)自動(dòng)返回。

為了實(shí)現(xiàn)防電磁干擾，艾默生500 KVA 和瑞士IMV200 KVA 系列采用PWM 脈寬調(diào)頻技術(shù)、PIGBT 高功率器件、微處理器/從空技術(shù)，可單機(jī)或雙機(jī)并聯(lián)。具備電池測(cè)試、微機(jī)監(jiān)控、可遠(yuǎn)程通信等功能。在機(jī)器構(gòu)成上，元器件標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化及互換性能好；有寬電壓輸入、高效率輸出和過載能力強(qiáng)等功能。

總之。蓄電池的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)UPS 供電系統(tǒng)的可靠程度，是重中之重。不管UPS 設(shè)計(jì)得有多么先進(jìn)，功能多么齊備，一旦蓄電池失效，再好的UPS 也無法實(shí)現(xiàn)不間斷供電。免維護(hù)鉛酸蓄電池，設(shè)計(jì)壽命一般為3～5 a。使用期限還算比較長，做到隔2~3 個(gè)月放充電一次電激活的情況下，使用時(shí)間甚至更長，之后容量會(huì)明顯降低，溫度升高，內(nèi)阻增大，此時(shí)就需要考慮更換電池。足以說明蓄電池是UPS 系統(tǒng)運(yùn)行的最后屏障和一道保險(xiǎn)，是網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房運(yùn)行的關(guān)鍵性基礎(chǔ)，保障網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。結(jié)論是，要做到以養(yǎng)代修，科學(xué)管理，避免數(shù)據(jù)中心機(jī)房因斷電造成網(wǎng)絡(luò)中斷，產(chǎn)生不良影響。充分利用UPS 特殊性能，有效地發(fā)揮不間斷供電作用，保持網(wǎng)絡(luò)中心設(shè)備安全運(yùn)行。