在线式UPS的故障分析

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在线式UPS的故障分析

作者：王洪滨兰永良周敏

来源：《科技创新导报》2011年第11期

摘要：本文结合实际工作中UPS的故障，主要分析UPS工作运行方式以及系统常见故障，通过分析判断同时与现场实际维修相结合对此次故障的原因进行定性的分析。

关键词：UPS 工作原理故障分析

中图分类号：TM13 文献标识码：A 文章编号：1674-098x(2011)04(b)-0061-01

UPS(不间断电源)是一种含有蓄电池，整流、逆变器为主要组成部分的恒压恒频电源，主要服务于计算机、网络系统或其它精密电力电子设备中，在保护计算机数据，改善电网质量，防止停电和电网污染对用户造成危害等方面起着很重要的作用。UPS不间断电源已经成为保护重要设备必需的配套产品。本文通过空分Y4、Y5UPS故障，分析了UPS的工作方式、故障类型，从而详细的得出故障的根本原因。

1 事故经过

2008年9月20日，工艺反映二空分工艺氮压机和新液化冰机跳车，空压站Y4、Y5后台机失电，经检查发现B6变UPS失电，UPS内部整流逆变电源及自动旁路电源开关均处于脱扣跳闸状态，低压盘UPS主电源及辅助电源开关均处于脱扣跳闸状态。内部电容崩烧，旁路接

触器K2触点粘连。

2 UPS故障分析

可以将UPS需要保护动作的故障分为两大类：一类是外部故障，指UPS正常运行过程中因市电出现故障或者负载短路等原因导致UPS需要做相应切换保护处理的故障。另一类是内

部故障，是由硬件元器件失效、控制器失效或者功能潜在缺陷导致的故障。

2.1 外部故障

(1)输入过欠压或者缺相。市电输入电压幅值异常是在UPS运行过程中遇到的最频繁的外部故障。市电故障将引起整流电路无法获取足够的功率输入,其外在表现有两点:第一，直流母线电容电压下跌；第二，输出电压下跌。需要立即转换为电池供电，保证负载功率的连续。(2)输入电压频率异常。对整流部分的功率获取而言，频率对其没有任何影响，但影响了系统的同步控制，若超出锁相范围后不作相应处理，当逆变器出现故障时系统无法切换到旁路，并且输出频率不稳定影响了高精度用电设备的可靠运行。(3)输入相序错误。常见于系统初次上电接

线有误或者市电故障后另接入一路市电或发电机的情况下。将导致逆变输出与市电各相不同步，无法切换至旁路运行。(4)输出过载。输出功率过大，不但开关器件流过电流较大，发热

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比较严重，主回路功率通道上器件失效可能性也加大，威胁系统安全。这是一种可能引起内部故障的外在故障。需要及时限制住输出电流，一段时间内故障未解除应切换至旁路运行。外在表现为：过大的功率需求导致升压部分硬件限流，母线电容电压下跌；输出电流过大；对于系统等效输出阻抗较大的系统输出电压会有一定幅度的下跌。⑤输出短路。一种比较严重的过载，常由用户误操作引起。短时较大的冲击性负载与此雷同。这种故障会使开关器件短时发热严重炸毁，电流电压变化严重损坏缓冲电路。外在表现为输出电压很低几乎为零，输出电流瞬间很大。

2.2 内部故障

①开关器件短路。开关短路通常由于外部负载过载短路冲击原因引起，也可能因驱动不正常使得逆变器桥臂直通引起。UPS单相半桥逆变原理电路图如图1。UPS长期运行，开关器件短路出现几率较大，后果非常严重。假设只有桥臂一个功率管Q1先短路，无论是MOS管T1短路、反并联二极管短路或者都短路结果是一样的。若此时电感电流方向为正，则T2施加脉冲时间内正常。当T2施加驱动，桥臂立即直通，母线电压瞬间下跌到零，T1损坏。若T2短路，将直流母线短接，最终T1T2某个会开路，假设T2开路，三相输入保险F烧断母线电压

降为零，输出电压为零。若T2开路但输入保险F未炸毁而母线电压回升，则桥臂输出电压恒为Ed/2，电感迅速饱和，输出为Ed/2的直流电压，电感电流超出限流值，导致保护动作。若故障时电感电流方向为负现象基本同上，下管Q2短路情况类似。但通常情况下输入保险F会炸毁，逆变无输出

(2)开关器件开路。开关管开路也能外部负载过载短路冲击原因引起，也可能因驱动通道

故障而器件上没有得到驱动所致。假设模块运行时MOS管T1出现开路时电感电流方向为

正，则为维持电感电流不变，不管故障发生时D2为何种状态都立即通过电流，因T1管再也

无法导通，D2管将电感电流续流到零。直到当电感电流反向时T2导通，电感电流增加，T2

截至，电感电流通过D1续流。因开关频率较高，故故障发生至电感电流反相增加，其大小基本为零。电感电流反相时T2与D1轮流导通，电感电流恢复正常；若MOS管T1出现开路时电感电流方向为负，因此时T2与D1轮流导通，不影响输出及电感电流。直到电感电流反相

轮到T1工作时T1无法导通，其电感电流表现情况同上面相似。下管故障的情况也类似。

以上是开路MOS管反并联的二极管未损坏的状况，下面分析T1与D1全部同时开路的情况若故障发生在T1和D2轮流导通时，因T1无法再导通，D1迅速将电流续流到零。这时当

T2导通，电感电流反向从零增大，一旦T2驱动变低时，因D1开路，电感电流无续流回路，电感上电压急剧增加，击穿Q2泄放能量。若Q2被击穿成短路，则半桥一个均压电容电压直接加在输出滤波器上，电感迅速饱和，输出为Ed/2的直流电压，电感电流超出限流值，导致保护动作。若Q2被击穿成开路则上下管均完全开路，以后因无输入能量故一直保持为零不变；若故障发生在T2和D1轮流导通时，故障瞬间电感电流无续流通路电感上产生巨大反压

击穿Q2管，Q2管被击穿成开路与短路的情况与上面相同。下管Q2开路故障情况与上类似。由以上分析可见，开路时外在表现就是可能导致电感电流有半个周波或整个周波为零，还有可能导致输出电感饱和，电感电流达到限流值而保护关机。