制造企业 UPS 安全隐患与管理技术分析
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摘 要：本文基于对制造企业不间断电源系统运行的了解，阐述了UPS系统的种类和运作原理，针对其中由于位置安装不合理、UPS负载不匹配等可能产生安全隐患的原因，在深化指标模型构建的基础上，进一步明确相应的管理技术要点，为制造企业安全发展奠定良好基础。
关键词：UPS系统；模型构建；多模式监控
引言：
在大数据时代背景下，对电力资源运行质量提出了更高要求。
对于制造企业来说，可能会需要部分机器 24 小时都保持工作状态，因此需要构建不间断电源系统避免出现断电等不良现象，同时还要切实做好系统运检维修工作，避免存在安全隐患，推进制造企业的可持续健康发展。
一、UPS结构种类与原理分析
（一）在线式 UPS 系统
UPS 系统属于应急供电设备，应当在突发情况下能够保证相关设备正常运行，其主要是依靠蓄电池通过状态调整来实现负载供电。
在线式 UPS 是指不管电网电压是否正常，负载所用的交流电压都要经过逆变电路，逆变器一直处于工作状态。所以当停电时，UPS 能马上将其存储的电能通过逆变器转化为交流电对负载进行供电，从而达到了输出电压零中断的切换目标。当在线式 UPS 在电网供电正常时，电网输入的电压一路经过噪声滤波器去除电网中的高频干扰，以得到纯净的交流电，进入整流器进行整流和滤波，并将交流电转换为平滑直流电，然后分为两路，一路进入充电器对蓄电池充电，另一路供给逆变器，而逆变器又将直流电转换成 220V，50Hz 的交流电供负载使用。当发生市电中断时，交流电的输入已被切断，整流器不再工作，此时蓄电池放电把能量输送到逆变器，再由逆变器把直流电变成交流电，供负载使用。
因此，对负载来说，尽管市电已不复存在，但此时负载并未因市电中断而停运，仍可以正常运行。
在线式 UPS 的工作方式：在市电正常时，市电经由突波吸收滤波电路→交流电转换直流电电路→直流电转换交流电电路→并转换交流电输出供应负载，并同时对电池充电；一旦微处理器控制电路侦测到市电中断，则立即由电池放电→直流电转换交流电电路→并转换交流电输出供应负载使用。如果，微处理器控制电路侦测到 UPS 故障，此时 UPS 会借由继电器（RELAY）跳至旁路（BYPASS），由市电供应负载电力，并发出声响警告使用者。
在线式 UPS 系统设备来说，具有线路简单、应用普遍、设备要求低等特点，从组成部分角度看分为滤波器、整流器、逆变器、电池组和旁路开关等部分组成。根据工作原理，在线式 UPS 系统能够保证电路始终处于工作状态，与供电线路故障情况没有较多联系。
当 UPS 属于正常工作状态时，旁路开关处于断开状态，此种情况想要保证电压正常供电，则需要电路信号首先经过滤波器，将电网中存在的高频干扰信号进行有效过滤，在通过电流转换和线路划分，将电流分别传输蓄电池组和逆变器，在保证设备具有足够应急电能的基础上，保证交流负载始终处于正常运行状态。
当在线式 UPS 系统处于正常工作状态，当电压中断且电路停止运行，蓄电池能够对自身状态进行调节，在处于放电状态下促使直流电转变为交流电，保证负载正常运行。除此之外，当微处理器的传感器检测到设备故障时，需要在实现旁路开关闭合的同时进行负载电力供给，并发出警报便于故障的及时发现并解决[1]。
（二）离线式 UPS 系统
离线式 UPS 平时处于蓄电池充电状态，在停电时逆变器紧急切换到工作状态，将电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出，因此离线式 UPS 也被称为后备式 UPS。在电力信号输入后，与在线式 UPS 系统相同，会流经滤波器过滤信号干扰，然后会给用户负载供电，另一部分经过信号转换继而传输至蓄电池中，让蓄电池保持充电状态，但是当电力始终处于正常状态时，逆变器的输入与输出电路都是断开的，没有与任何电路相连接，所以被称为离线式 UPS 系统设备。
离线式UPS系统与在线式相比，其涉及的组成设备种类较多，线路信号运输过程也较为复杂，当供电保持在正常状态时，两个旁路开关分别处于断开和吸合状态，才能避免出现短路、断路的情况。
离线式 UPS 存在一个切换时间问题，实际上这个切换时间很短，一般介于 2 至 10 毫秒。当制造企业突然停电时，旁路开关会进行联动，蓄电池由原来的充电状态转变为放电状态，促使电流经过逆变器开始输出供电。对于离线式 UPS 来说，还具有间断时间较短的特点，而且在进行继电器作业过程中会产生一定的脉冲现象，会对其电压稳定性造成一定影响。
二、制造企业UPS常见的安全隐患
（一）位置安装不合理，闲置时间过长
UPS 设备是一种重要的蓄能和供电装置，不仅需要对其应用性能进行重视，还要注重后期的维护和监管工作，避免由于失误而产生安全隐患，甚至会给制造企业带来较大的经济风险。对于UPS 设备来说，由于其电源系统结构较为复杂，应用场所也具有差异性，所以会存在安装位置不合理情况，比如 UPS 电源位置摆放不准确、与危险物质或水源距离较近、应用环境温度偏高或偏低等，不仅会缩短设备使用寿命，同时还极易引发安全问题，再加上如果供电插座不具备过流保护装置，且没有与地面进行有效连接，则会大幅度提高人员触电发生概率。除此之外，对于 UPS设备蓄电池来说，其是储存和输送电力的主要载体，如果长期闲置没有应用，可能会增大蓄电池内部电阻，从而降低其实际使用效能，再加上维护保养不当导致蓄电池老化，甚至会在使用过程中出现起火情况，对整体系统安全运行产生消极影响[2] 。
（二）UPS 负载不匹配，操作顺序错误
UPS 负载不匹配也是产生安全隐患的重要内容，主要体现在UPS 设备使用过程中，部分使用人员为了缩减运行成本，导致在UPS 在使用阶段承受了大量载荷，从而造成设备长时间的超负荷运行，不仅会严重缩短 UPS 设备使用寿命，同时还会导致相连接设备出现运行问题，难以发挥出实际应用价值，同时还会预留诸多安全隐患问题，从而加大了后期运检维修经济投入。在此基础上，如果长期向 UPS 设备供给过小的负载，也会对 UPS 设备运行质量产生抑制作用，导致电流运行处于不正常状态，因此，为了保证负载具有科学性和合理性，需要将其控制在 50%-80%之间。（三）实时监控未实现，充电不够均衡目前，大多数 UPS 电源多采用阀控式铅酸电池，虽具有良好的传递性和安全性，但是许多商家为了提高销售额度，将其称为免维护电池，以致于造成用户没有做好后期维护工作，再加上在实际应用过程中没有对其进行实时监控和定期维护，导致难以发挥出 UPS 设备的实际应用效能。蓄电池充电问题也极易产生安全隐患。当首次充电时长不够、电网电压不满足实际标准等充电行为，都会导致设备充电不足，以致于大幅度降低蓄电池容量并远低于相关标准；当蓄电池充电不均衡时，造成的主要因素包括：
使用过程中过量放电、放电使用后未及时充电、电池长期闲置不用等，都极易产生安全问题。
三、UPS系统性能指标模型构建
（一）满载放电时间
为了便于安全管理，需要以相关行业规章制度为依据，根据UPS 系统特性进行指标速算模型构建，具体指标可分为满载时、待载不足时两个蓄电池放电时间段，同时还包括负载容量和 UPS运行中内部温度。对于满载放电时间来说，首先需要设 UPS 设备标准功率为 P，由于在整体系统中前半部分主要是利用直流电进行系统控制运作，所以需要设直流电池组时转换电压为 U z ，转换电流为 I E ，而蓄电池容量则为 N，在此基础上，想要计算出电池组放电的具体时长，可通过：F=N/I z ×0.8，其中 0.8 指的是电池组放电时将化学能转换为电能的功率因素，在此基础上，想要进一步计算满载时放电时长：F=N/I z ×0.8=0.88（h），由方程式可知，UPS 系统中一组电池放电时间为 0.88 小时。想要满足实际企业用电需求，进一步延长放电时间，则需要在原有电池组基础上，多并联几组电池并要保证其具有紧密连接性，才能将放电时间延长至原有的几倍效果
[3] 。
（二）电池组性能计算
在明确满载放电时间基础上，想要对电池组性能进行计算和分析，需要根据实际情况明确相应数值。设满载放电时间为 t m ，放电过程平均负载 R%，放电时长为 t t ，在此基础上，想要对电池组性能因子进行计算，则可设其为 Per，具体公式为：Per=（t m ÷R-t t ）/（t m ÷R）×100%=（（1-t t ×R）/t m ）×100%，其中 t m ÷R则代表的是当 UPS 处于无损耗状态时，在实际运行过程中 R 负载的放电时长，其中 t t 则代表 R 负载时的实际放电时长，当两者处于平等状态下，则证明电池组性能满足相关标准要求，而两者相减则为电池组减少的放电时长。其中性能因子的数值越大，电池组性能则处于较低水平，反之则性能较好。从整体角度看，电池组性能计算的具体数值可以作为相关人员开展维护保养工作的重要依据，为接下来的运检维修工作提供数据支持。
四、UPS安全管理的应用技术要点
（一）优化运行环境条件，做好系统操作保养
第一，在进行 UPS 系统安全管理过程中，必须要严格按照人防为本、技防为主和技术驱动的管理原则开展安全管理活动，同时还要结合相关行业标准，对运行环境及条件进行不断优化，才能切实达到安全管理的目的。
第二，环境条件优化。UPS 系统设备布置应避开有水、汽、导电尘埃或强电磁干扰的场所，UPS 分配电柜（箱）应布置在不间断负荷的中心附近。UPS 柜前应留有运行和检修通道。依据《信息技术设备用不间断电源通用规范》（GB/T 14715-2017），在室内环境中，需要保证 UPS 系统设备安装位置通风散热条件良好，周围工作环境温度始终 10℃～40℃左右，避免由于温度过高或过低导致运行效率出现问题。其相对湿度需要保持在 20%～80%以内，并且保证不会出现聚集凝露，避免由于水而产生设备安全问题。
在室外环境下，当 UPS 处于极度寒冷条件时，需要采用 I 型号的设备进行系统运行，其可运行温度在（-40-+45℃）之间，而在普通室外环境下，可采用 II 型系统设备，其运行适宜温度为（-10-+45℃），由于室外受到天气等诸多因素影响，其工作相对湿度较高，大约为≤95%，在此基础上，还要保证系统设备周围不会有露水聚集，且没有较强的磁场干扰，才能保证 UPS 系统设备高效运行。
第三，运行条件优化。需要根据实际企业需求情况，对电压运行及变化范围调整到可控范围内，其中输入电压可变范围确定为±20%，而交流电频率波动范围为 50×（1±1%）Hz[4] 。除此之
外，还要切实做好系统操作保养工作，明确重点要点的具体位置，根据实际情况提出针对性措施，比如：在进行长期闲置的 UPS 设备利用前，需要对其性能进行检查和测验，保证设备充电满足规定时间后再与负荷相连接，与此同时为了保证电池使用寿命不变，需要每间隔一段时间进行开机运作，进一步激活长期闲置的蓄电池，保证其能够始终保持高质量、高水平的应用状态。
（二）建立健全管理机制，实现系统模式监控
在进行 UPS 系统安全管理过程中，想要提高整体系统的运行质量和效率，提升系统运行的安全性和稳定性，必须要根据实际情况建立健全管理机制，对实际系统运行行为起到强有力的规范作用，在此基础上，必须要保证蓄电池的及时淘汰和更新，一般情况下，在正常使用的 UPS 系统过程中，蓄电池的使用寿命都保持在 3 年左右，同时还需要利用 UPS 性能指标速算模型对电池的性能、寿命等进行精准评估，能够保证旧电池保养和更换具有及时性特点。
（三）明确安全影响内容，注重应急处置要点
在进行制造企业 UPS 系统安全管理过程中，首先必须要明确影响系统运行安全的主要内容，才能保证安全管理活动开展的针对性和实效性，同时还要注重应急处置要点，当收到 UPS 系统安全故障警报后，需要第一时间确定故障发生位置，以及对故障具体情况进行判定，同时需断开 UPS 系统的供电电路，避免对其他连接设备产生影响以及扩大故障范围，在进行故障维修时，需要做好安全准备，保证相关设备都带有绝缘装置，当蓄电池突发起火时，需要选用干粉进行灭火。在安全管理方面，在保证相应技术防范措施规范无误的条件下，还要确保其与 UPS 系统设备具有较强的符合程度，满足自身操作和维护保养的实际需求，同时还要加大人员培训力度，不断提高其专业知识和实践能力，杜绝操作失误而危害生命安全的现象，利用先进技术实现动态维保管理模式，真正意义上实现 UPS 系统智能化、高效化持续运行。
结论：
综上所述，在制造企业发展过程中，加大对 UPS 系统安全运行的重视力度，是满足现代化、智能化社会发展的必然趋势，同时也是提高电源供给可靠性的重要内容，因此，需要对系统运行进行动态实时监控，并做好性能评估、维护保养等工作，有利于帮助企业获取更多的经济效益。
参考文献
[1]朱斌.通信用UPS电源常见问题及解决方案[J].铁道通信信号，2019，55（12）：72-74.
[2]孙耀，刘琼.大型制造企业UPS安全隐患分析与管理技术要点[J].自动化仪表，2019，40（11）：81-85.
[3]徐伟.空管UPS系统蓄电池特性及维护要点分析[J].科技风，2019（26）：221.
[4]安争邦，龚艳霞.空分装置UPS电源系统故障及后续工程中配置[J].化工设计通讯，2019，45（08）：66-67.
作者简介：钱正球，50岁（1971年），安徽省五河县，本科，专业方向：安全工程，工程师（国家注册安全工程师、实验测试工程师）。
