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易损件的专业维护在UPS运行维护中的重要性
来源: | 作者:wjgoodups | 发布时间: 2016-05-03 | 3592 次浏览 | 分享到:

UPS是石化工业生产作为控制系统电源的关键设备,其运行的安全稳定性直接影响着控制系统乃至工业生产装置的运行稳定性。因此,确保UPS的安全稳定长期运行,在设备管理中起着重要的作用。在以往的运行维护中,往往只注意对电池的充放电、控制模块及功率模块的清洁维护等工作,而对UPS中交流电容器、直流电容器、风扇等易耗件的关注度不够,而这些价值较低的元器件往往对UPS稳定性、安全性起着重要的作用,文中即从对这些元器件的运行维护角度来说明其重要


1.关键元器件对UPS运行的安全性影响
  
  在UPS组成中除了整流器、逆变器、电池、静态开关等主要单元外,还有交、直流电容器、风扇等对UPS的安全运行起着重要的作用。
  
  (1)直流电容
  
  UPS直流电容器并接在整流器后端、逆变器前端的直流母线的正负极之间,主要作用是储能、滤波、降低直流母线纹波,为逆变及电池充电提供稳定的直流电压。目前设备所选用直流电容器均为电解电容器,电解电容器在使用过程中电解液会不断的损失,容量下降,耐压降低。如果超期使用,特别是在高温环境下,可能会产生漏液,外壳鼓胀,引起UPS功率部件故障,造成生产事故。
  
  直流电容器的基本结构是两个金属电极片,由绝缘介质从中分隔:一个电容器由以下几部分组成(见图1),即两个电极,阳极和阴极;一层电介质,在两个电极之间起绝缘作用;一些电解液,被吸纸吸收。

阳极由一片高纯度的铝片制成,对其化学侵蚀以增加其活性表面,使其表面系数增大;电介质由一层非常薄的铝氧化物制成,该铝氧化物为铝的电氧化物,电介质层涵盖了整个阳极表面和内部输出连接;电解液浸渍了整个电介质表面以及阴极;浸渍纸吸收了电解液并将两个电极机械地隔开;阴极由一个普通的铝片制成,没有化学侵蚀产生。
  
  直流电容器的品质参数很明显就是电介质、浸渍纸、电解液和密封包装等等决定的,其等效电路如图2所示。图中,Rc为介质损耗的等效电阻,它表明了泄漏电流特性,Rn和Ln分别为引线的电阻和分布电感,C为其元件的固有电容。

电解电容器的结构特性决定了它有使用寿命的限制,图3是某生产商在一个精确的、而且不同于我们应用环境的极限测试框架中制定的失效率和失效水平的测试图,电容器的使用寿命就是指失效率低于失效水平之前的那段时间。

通过以上结构和性能分析,目前直流电容器的设计寿命只能达到4~5年,电容器在使用过程中电解液会不断的损失,容量下降,耐压降低。如果使用环境温度高,可能会产生漏液,外壳鼓胀,引起UPS功率部件故障,造成生产事故,所以对UPS直流电容器必须进行定期检查,及时更换到期的电容器。
(2) 交流电容
  
  交流电容器与直流电容器结构相似,它与电感器组成了输入输出滤波器,输入滤波器降低了整流器对电网的谐波*,UPS逆变器输出通过输出滤波器为负载提供标准的正弦交流电,交流电容器超龄运行,容量会不同程度降低,容量差异较大会造成输出三相电压出现偏差,导致UPS故障及并机系统的不均流等问题,存在安全隐患。
  
  (3) 风扇
  
  UPS在启动以后,风扇在常年累月不间断运行。它的主要作用是为UPS的核心功率模块散热。整流器、逆变器、旁路逆变静态开关、输入输出滤波电感器、隔离变压器等都是UPS的主要发热部件,如果风扇故障或由于超龄运行速度降低,直接会影响到这些发热部件的散热,温度会急剧上升,UPS会由于热过载而停机,严重情况下会造成功率器件的损坏甚至会引起烧毁等严重的事故。
  
  UPS内部风扇的安装具有很强的方向性,UPS内部和外界的换风是沿设计的通道和方向进行的,如图4所示,如果风道上的个别风扇故障,将会影响到整机的通风交换,会导致整机的温度升高。

 2.故障案例及运行成本分析
  
  在UPS实际运行中,有时会发生因为风扇或电容器故障造成UPS运行异常的情况,严重的会由于电容器的故障崩烧造成整个UPS烧毁的严重事故,对安全生产造成一定的影响,某UPS的故障照顾片如图5所示。事后分析主要原因是由于UPS长期运行后,系统维护不到位,风扇及整个UPS的通风散热系统的散热效果严重下降,UPS内部温度升高,再加上电容器老化,产生由于电容器崩烧引起整个UPS烧毁的严重事故。

从多年来UPS运行维护成本中分析,风扇、交流电容器、直流电容器等一些易损件的备件成本在整个的备件成本中占的比重并不高,图6是某单位根据近些年来购买的UPS内部核心部件成本比较图。

从图6可以看出,风扇、交流电容器、直流电容器等易损件相比于控制模块、功率模块等在UPS成本中只占很小的比例,但它的故障往往会引起功率部件和控制部分的故障,导致维修和使用成本的大幅上升。因此,为增强UPS系统的安全性和降低维修使用成本,应定期更换超龄运行的易耗件件。经验表明,风扇更换周期一般在2~3年,交、直流电容器的更换周期在4~5年。
  
  3.结束语
  
  UPS的运行维护应该是全方位的,不应该只停留在电池的定期充放电、元器件的清洁等简单的维护,还要关注各种易损件的定期更换等专业性的维护工作,这样才能以较低的运行成本来保证UPS更稳定安全的运行状态。

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