数据中心UPS验收测试与日常维护要求

一、UPS的验收测试

为了确保数据中心UPS系统的性能符合正常运行的要求和保证运行后不至于出现一些难以预见的问题，UPS在投入数据中心正式带载运行前，必须对UPS及其相关的系统进行系统化的测试，包括电气性能，物理连接，工作环境等的检查与测试。本文列出了可测试的相关参数，但是实际应用中，用户可根据实际需要来选测相关条目，一般不需所有的参数都加以测试。

1、测试仪表

UPS系统调试过程中主要使用的测试和测量仪表包括：接地电阻测试仪、红外测温仪、电能质量分析仪、万用表、蓄电池内阻测量仪等。

电能质量分析仪主要用于测量UPS的所有电气参数。

红外测温仪主要用于测量电路连接点，电池的对外连接点、开关柜中断路器开关连接点、以及各连接器件的工作温度情况。

接地电阻测试仪用来测量各点的接地电阻值。

蓄电池内阻测量仪用来测量UPS所配置的蓄电池的内阻，并由此分析判断电池内阻均衡度和蓄电池的好坏。

2、检查与测试项目

1)   环境及外观检查

• 数据中心备用电源系统空间的清洁状况

• 机房内部温度

• 机房内部湿度

• 机房内部灰尘度及洁净程度

• 机房内部地面和屋顶防水情况

• 机房楼板承重情况

2)   外部连接系统检查

• 配电系统输入输出开关柜内部和外部接线是否牢固可靠

• UPS输入输出连线是否牢固可靠

• 开关柜安装是否稳固，相关操作机构动作是否灵活

• 配电柜中断路器整定值设置是否准确无误

• 配电柜内设备及电气器件是否连接紧固

• 配电柜及柜内设施编号准确无误

3)   UPS系统静态测试检查项目

◆UPS输入参数检查

• 输入电压

• 输入电流

• 输入频率

• 输入功率

• 输入功率因数

• 输入谐波失真度

◆UPS输出参数检查：

• 输出电压

• 输出电流

• 输出频率

• 输出功率

• 零地电压

• 负载功率因数

• 输出电压谐波失真度

◆输入过、欠电压保护检查

• 模拟输入电压超出允许变化范围状态，检测UPS系统是否可以自动转为电池供电

• 模拟输入电压恢复正常范围状态，检测UPS系统是否可自动从电池逆变转为正常工作方式

◆输出过，欠压保护检查

检测系统逆变输出电压超过设定过、欠电压值时，系统是否告警，并转为旁路供电状态

◆过温度保护检查

测试内部温度达到保护设定值时，系统是否报警

◆系统断路器保护检测

检测系统的交流主输入、旁路输入和交流输出断路器保护装置是否合格正常

◆风扇故障告警检查

模拟风扇故障状态，检查系统声光告警功能是否正常

◆设备自动退出功能检测

UPS系统运行中，模拟故障状态，检查系统是否可以自动退出运行，不影响其他部件的正常工作

◆手动维修开关检测

检查UPS系统手动维修开关动作是否良好，在UPS系统进行维护时能保证不间断给负载供电

◆监控性能检测

• 检查UPS系统RS232或RS485/422、IP、USB等标准通讯接口工作情况

• 模拟运行状态，检测监控系统监控性能：系统正常工作方式/电池逆变/旁路供电、过载、蓄电池放电电压低、市电故障、功率模块状态（正常/故障退出）

◆UPS系统故障和运行状态记录

• 检查系统采集和存储运行参数功能：主输入电压、旁路输入电压、输出电压、输出电流、输出频率、输出电流、蓄电池电压，充/放电电流，蓄电池温度

• 检查监控中心对被控设备进行控制的功能是否正常

• 检查设置参数的掉电存储功能

◆系统告警性能检测

• 检查UPS系统在各种保护功能动作的同时，应能自动发出声光告警，同时应能通过通信接口将告警信号传送到近端、远端的监控设备上

• 检查UPS系统具有告警记录和查询功能，告警记录可随时刷新

• 检查告警信息在系统完全无电状态下可以继续保存

4)  UPS系统动态测试检查项目

◆UPS带满载测试检查项目

• 确认测试UPS设备运行正常，参数设置合理，负载情况良好

• UPS系统和负载连线安装正确

• 测试设备和检测仪表连接正确

• 输入电压

• 输入电流

• 输入频率

• 输入功率

• 输入功率因数

• 输入谐波失真度

• 输出电压

• 输出电流

• 输出频率

• 输出功率

• 零地电压

• 负载功率因数

• 输出电压谐波失真度

◆UPS负载过载测试检查项目

• 检查负载超过额定负载时，设备是否告警

• 检查负载超过逆变器带载能力时，系统是否切旁路

• 输入电压

• 输入电流

• 输入频率

• 输入功率

• 输出电压

• 输出电流

• 输出频率

• 输出功率

• 负载过载率及相应切换特性

◆UPS负载切换测试检查项目

• 检测系统负载满足测试要求，确认负载量值准确

• 根据负载切换测试要求调整UPS带载量大小，一般测试负载量为：0%--30%--50%--80%--100%

• 负载切换过程中测量UPS输出电压值，电流值，相位值等技术参数

• 校核输出参数恢复正常值所需时间

• 切换过程中测试输出波形，满足系统设计要求

• 负载正常切换过程中，UPS运行稳定，无异常报警出现

◆UPS并联运行效果测试检查项目

• 并联系统运行状态及数据显示值

• 并联系统带载量及负载均分情况

• UPS间环流大小及调整情况

• 并机过程是否正常

• 并机系统切换旁路测试

• 并机系统技术参数设置及校核

• 并机系统通讯和报警功能测试

• 并机系统带载和过载测试

• 并机系统电池放电测试

• 输入电压

• 输入电流

• 输入频率

• 输入功率

• 输出电压

• 输出电流

• 输出频率

• 输出功率

 

5)  蓄电池系统检查

◆电池外观检查

• 电池及电池柜外观完好，线缆连接牢固，接线端子紧固牢固

• 电池及电池柜内部无漏液痕迹

• 电池柜系统接地良好

◆电池系统开关和配线检查

• 电池组开关选择正确

• 整定值设置合理

• 接线牢固

• 配线线径和颜色符合设计要求

◆电池内阻测试检查

• 对每只电池进行内阻测试

• 记录电池内阻阻值

• 通过分析比较确认内阻阻值异常的电池

◆检测电池组充放电特性

• 进行电池组浮充测试、均充测试、自动温度补偿测试、电池组放电及记录功能测试

• 模拟故障状态，检测电池组充电功能

◆电池压低保护测试

模拟UPS系统在电池逆变工作方式时，电池电压降至保护点，检测系统发出声光告警，电池停止供电。

表UPS测试项目一览表

图1 

3、测试接线方法

各种仪表按照各制造商说明书使用很方便。这里仅就FULUKE 435电能质量分析仪的使用作为例子。也需按照说明书连接与操作，图1给出了该测试仪与电源连接的示意图例子。

图 2

图 3

 

4、数据中心UPS备用电源系统验收测试报告

二、UPS日常基本维护要求

为了使UPS电源能够长期地工作在最佳运行状态之中和及时发现可能出现的故障苗头，以防止故障隐患扩大，从而确保数据中心的供电安全，同时提高UPS电源设备的利用率，我们必须使UPS工作在适宜的工作环境，做好日常维护和定期维护工作。

1、高危巡检指引

1） UPS系统巡检

• 检查各UPS输入、输出开关是否在合闸状态，合闸指示灯是否亮起

• 检查UPS系统蜂鸣器有无声音告警，系统有无其他杂音异常现象

• 检查UPS电源发出的噪声是否有明显的变化或异常状况

• 检查UPS控制面板上各显示单元是否都处于正常运行状态，运行参数是否都处于正常值范围内，在显示的记录内有无任何故障和报警信息

• 尤其是检查UPS逆变器模块的三相输出电流，如果发现它们的输出电流值明显偏离原来的正常值，应查明外接负载的变动情况。其中要注意是否有大的非线性负载和大的电感性负载接入

• 检查UPS及电池房间的温、湿度值是否在规定范围内

• 检查UPS柜体上的风扇运转状态，过滤网有无堵塞

图 4

 

• 检查UPS内部电容等部件有无异常现象，有无局部过热点，有无漏液、鼓包膨胀、异味等异常状况

• 检查接线端子、电缆、铜排等有无明显过热现象，是否有破损，连接是否牢固

• 检查监控系统中UPS单机各输入、输出状态及参数是否正常（包括输入电压值、输出电压值、输出电流均分情况、负载率等）。示意如下

 图 5

 

• 检查监控系统中UPS并机系统状态及各输出参数是否正常（包括输出电压值、输出电流均分情况、负载率、PF值等）。示意如下

图 6

• 检查电池开关是否在合闸状态

• 检查电池开关的电流整定值是否与实际运行负载率一致

• 检查电池组的连接点是否有明显过热现象，检查接触是否严密，有无氧化

• 检查电池有无异常，包括电池清洁状况、有无变形、鼓包、漏液。电池房间有无异味、有无异常响声等

  图 7

 

2）前后级配电柜巡检

• 检查配电柜是否处于合闸状态，部分旁路开关需要保持在分闸状态

• 检查配电柜上的各UPS输入、输出开关的电流与时间整定值是否与当前的实际运行情况一致

• 检查配电柜柜体指示灯是否有异常闪烁，柜体有无异常声音，柜内有无局部热点

• 检查各断路器自动储能控制开关是否在自动位置，检查开关状态是否已储能

• 检查各配电柜仪表电压，电流，功率等读数是否显示正常，数值是否保持在设定范围内，检查各断路器的参数整定值是否与设计值一致

• 检查电容补偿柜各核心供电回路参数（电压、电流、功率因数、频率），是否在正常范围内，检查柜内电容是否有突起或漏液现象，检查电容等部件是否存在局部热点

2、功能性检查

• 检查UPS输入电源质量（包括输入电压、输入频率），检查输出电源质量（包括输出电压、输出频率以及输出波形失真率等）

• 检查UPS电源切换瞬间，断电时间是否小于规定数值

• 检查UPS电源切换瞬间，输出瞬时电压降是否小于规定数值

• 检查UPS输出谐波失真率是否小于规定数值

• 检查电池组的浮充电压值及充电电流值是否在设计范围内

• 检查电池组电压值及单体电池电压值是否在正常范围内

• 检查电池组备用时间，断开主路输入开关，检查电池电压下降至放电终止电压前合上输入开关，记录UPS备用电池间

• 检查电池组是否具有启动瞬间输出大电流的特性

• 检查电池组内阻，当内阻超过规定值时，需对电池组进行均衡充电后放电处理或活化处理

• 检查前后级配电柜断路器开关手动断合操作是否正常

3、模拟故障检查

• 模拟市电输入断电，观察UPS各种工作模式切换过程是否正常

• 模拟市电输入断电，记录UPS电池组电压随放电时间的变化曲线

• 模拟市电输入断电以及电池组工作欠压停止工作，观察市电恢复后UPS的工作状态

• 模拟UPS故障，观察UPS旁路长时间供电是否正常

4、蓄电池管理与维护的相关注意事项

为了尽可能地提高蓄电池的利用率，使其尽可能接近设计寿命年限，减少设备资金的再投入，铅酸免维护蓄电池在使用与维护过程中主要应关注以下三点：

首先是要注意UPS电源及其备用电池组的周围工作环境温度不宜超过30℃，当电池工作环境温度超过35℃时，由于电池内部损耗增加，电池本身的“存储寿命”将会缩短；反之，当环境温度较低时，由于电池内部电解液的温度特殊性将会造成蓄电池的实际容量下降。当环境温度为0℃时，密封铅酸蓄电池的输出实际容量为标称值的80%左右。

其次是深度放电。密封铅酸蓄电池的单体放电终止电压值与其放电电流的大小有着规定的对应关系。如电池以10小时放电率放电，即电池标称容量1/10的电流放电，规定放电电压到单体电压1.8时应停止放电，若此时仍使电池继续放电，是池单体电压过低时，便发生了上述过放电现象，也即深度放电。密封铅酸蓄电池深度放电必然会使其有效循环次数减少，缩短电池使用寿命。如深度放电后不能及时进行充电则会更快加速电池的早期失效。

UPS电源的电池管理系统中通常都具有蓄电池组放电终止电压保护功能。在智能化程度较高的电池管理系统中，其电池发电终止电压保护点是随电池组放电电流的大小而自动调节的。这样可确保电池组在放电时间内，输出负载量实时变化的工作条件下，电池放电终止电压的实际保护点都高于电池所规定的放电终止电压保护点。这样即可使备用电池组的能量得到较充分利用，又不会使电池进入有害的深度放电状态。

第三是定期对蓄电池组进行必要的维护。备用电池的维护一般分为新电池使用的初始维护与使用中或长时间放置电池的定期维护。新电池组使用前的维护教为简单，将电池组与UPS电源连接后，UPS电源可空载运行，对备用电池组可设置10小时充电率的充电电流，环境温度最好保持在25℃左右，按照产品说明书提供的浮充电压值进行8~10小时的充电。充电完成后将蓄电池静止放置2小时左右，将UPS电源转为备用电池组供电运行，并在输出端带适量的负载，以使电池组的输出电流打道0.1C～0.2C，将放电终止电压设定在每个单体1.8V即可。经过一个冲放电循环后，一方面可观察电池的充放电性能是否正常，另一方面可使新电池的初始容量接近其标称容量。此后可将备用电池组再次充电，便可正式投入备用状态。

对于与UPS电源连机开始运行或闲置的电池组一定要定期维护。定期维护主要包括以下两个方面：首先是对处于长期备用浮充状态的电池组定期进行放电、充电维护。充放电时间间隔一般为6～12个月，因铅酸蓄电池不存在记忆效应，所以放出的容量不必等于标称容量，一般放出标称容量的10%～20%即可。在UPS电源备用电池组定期进行这种放电充电维护时，对于断开UPS输入整流器开关进行电池放电的方式，一定要采用可靠的措施确保在电池组放电维护时间内，负载不能中断供电。对于一些电源保持时间很短的负载，可采用具有电池自检功能的UPS电源对备用电池组进行自检来完成定期充放电维护。具有这种先进功能的UPS电源无须断开其内部AC/DC整流器的输出，而是调节整流器的直流输出电压使整流器与备用电池组以并联输出方式为DC/AC正玄波逆变器供电。由检测控制电路调整整流器的输出电压，使备用电池组以恒定电流放电。同时UPS电源会随时显示电池组的剩余容量。在进行这种操作时，如万一发生因电池组中的末节电池损坏而造成电池放电失败时，整流器的输出电压立即上升到正常工作状态，用以保证正玄波逆变器的正常输入，使负载得到连续不间断供电。这种利用电池组自检功能进行放电维护时，所放出的能量一般控制在10%～20%之间。

备用电池组的另一种维护是对电池组进行短时间的均衡充电。这是因为电池组在长期的浮充备用状态下或经过多次循环使用后，由于其内部原因会出现端电压、内阻不一致的现象。为了消除这种不均衡现象的故障隐患，进行均衡充电时每个电池的单体电压可充到2.3V～2.4V，充电电流要限制在0.2C以内，在这种均衡充电状态下5个小时左右而后转入正常浮充状态。密封铅酸蓄电池的均衡充电维护应在环境温度为20℃～25℃时进行，至于何时对电池组进行均衡充电，应根据电池组的实际使用情况而定。一般经过均衡充电后电池组中的电压、内阻不平衡现象可得到改善，并可延长电池组的使用寿命。