1.關鍵元器件對UPS運行的安全性影響

在UPS組成中除了整流器、逆變器、電池、靜態開關等主要單元外，還有交、直流電容器、風扇等對UPS的安全運行起著重要的作用。

(1)直流電容

UPS直流電容器并接在整流器后端、逆變器前端的直流母線的正負極之間，主要作用是儲能、濾波、降低直流母線紋波，為逆變及電池充電提供穩定的直流電壓。目前設備所選用直流電容器均為電解電容器，電解電容器在使用過程中電解液會不斷的損失，容量下降，耐壓降低。如果超期使用，特別是在高溫環境下，可能會產生漏液，外殼鼓脹，引起UPS功率部件故障，造成生產事故。

直流電容器的基本結構是兩個金屬電極片，由絕緣介質從中分隔：一個電容器由以下幾部分組成（見圖1），即兩個電極，陽極和陰極；一層電介質，在兩個電極之間起絕緣作用；一些電解液，被吸紙吸收。

陽極由一片高純度的鋁片制成，對其化學侵蝕以增加其活性表面，使其表面系數增大；電介質由一層非常薄的鋁氧化物制成，該鋁氧化物為鋁的電氧化物，電介質層涵蓋了整個陽極表面和內部輸出連接；電解液浸漬了整個電介質表面以及陰極；浸漬紙吸收了電解液并將兩個電極機械地隔開；陰極由一個普通的鋁片制成，沒有化學侵蝕產生。

直流電容器的品質參數很明顯就是電介質、浸漬紙、電解液和密封包裝等等決定的，其等效電路如圖2所示。圖中，Rc為介質損耗的等效電阻，它表明了泄漏電流特性，Rn和Ln分別為引線的電阻和分布電感，C為其元件的固有電容。

電解電容器的結構特性決定了它有使用壽命的限制，圖3是某生產商在一個精確的、而且不同于我們應用環境的極限測試框架中制定的失效率和失效水平的測試圖，電容器的使用壽命就是指失效率低于失效水平之前的那段時間。

通過以上結構和性能分析，目前直流電容器的設計壽命只能達到4~5年，電容器在使用過程中電解液會不斷的損失，容量下降，耐壓降低。如果使用環境溫度高，可能會產生漏液，外殼鼓脹，引起UPS功率部件故障，造成生產事故，所以對UPS直流電容器必須進行定期檢查，及時更換到期的電容器。

(2) 交流電容

交流電容器與直流電容器結構相似，它與電感器組成了輸入輸出濾波器，輸入濾波器降低了整流器對電網的諧波*，UPS逆變器輸出通過輸出濾波器為負載提供標準的正弦交流電，交流電容器超齡運行，容量會不同程度降低，容量差異較大會造成輸出三相電壓出現偏差，導致UPS故障及并機系統的不均流等問題，存在安全隱患。

(3) 風扇

UPS在啟動以后，風扇在常年累月不間斷運行。它的主要作用是為UPS的核心功率模塊散熱。整流器、逆變器、旁路逆變靜態開關、輸入輸出濾波電感器、隔離變壓器等都是UPS的主要發熱部件，如果風扇故障或由于超齡運行速度降低，直接會影響到這些發熱部件的散熱，溫度會急劇上升，UPS會由于熱過載而停機，嚴重情況下會造成功率器件的損壞甚至會引起燒毀等嚴重的事故。

UPS內部風扇的安裝具有很強的方向性，UPS內部和外界的換風是沿設計的通道和方向進行的，如圖4所示，如果風道上的個別風扇故障，將會影響到整機的通風交換，會導致整機的溫度升高。

2.故障案例及運行成本分析

在UPS實際運行中，有時會發生因為風扇或電容器故障造成UPS運行異常的情況，嚴重的會由于電容器的故障崩燒造成整個UPS燒毀的嚴重事故，對安全生產造成一定的影響，某UPS的故障照顧片如圖5所示。事后分析主要原因是由于UPS長期運行后，系統維護不到位，風扇及整個UPS的通風散熱系統的散熱效果嚴重下降，UPS內部溫度升高，再加上電容器老化，產生由于電容器崩燒引起整個UPS燒毀的嚴重事故。

從多年來UPS運行維護成本中分析，風扇、交流電容器、直流電容器等一些易損件的備件成本在整個的備件成本中占的比重并不高，圖6是某單位根據近些年來購買的UPS內部核心部件成本比較圖。

從圖6可以看出，風扇、交流電容器、直流電容器等易損件相比于控制模塊、功率模塊等在UPS成本中只占很小的比例，但它的故障往往會引起功率部件和控制部分的故障，導致維修和使用成本的大幅上升。因此，為增強UPS系統的安全性和降低維修使用成本，應定期更換超齡運行的易耗件件。經驗表明，風扇更換周期一般在2~3年，交、直流電容器的更換周期在4~5年。

3.結束語

UPS的運行維護應該是全方位的，不應該只停留在電池的定期充放電、元器件的清潔等簡單的維護，還要關注各種易損件的定期更換等專業性的維護工作，這樣才能以較低的運行成本來保證UPS更穩定安全的運行狀態。

編輯：Harris

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