UPS专题之二：2.1UPS市电故障

1.1. 市电的故障

 

    市电系统作为公共电网，并不是连续而且恒定得，因为在它上面连接了成千上万各种各样的负载，其中一些较大的感性、容性、开关电源等负载不仅从电网中获得电能，还会反过来对电网本身造成影响，恶化电网或局部电网的供电品质，造成市电电压波形畸变或频率漂移。另外或意外或人为的事故，如雨雪、雷击、输变电系统断路或短路，都会影响电力的正常供应，从而影响负载的正常工作。

    实际上，电源问题除了市电中断（power failure）外，尚有电压突降（power sags）、脉冲电压（high voltage spikes）、暂态过电压（switching transients）、电压浪涌（power surges）、杂讯干扰（noise）、频率变化（frequency variation）、电压起伏及闪烁（brownout）等问题存在，就是它们造成计算机设备或精密仪器的死机或重启、硬件的损坏、使用寿命的缩短等损失。

    下面介绍9种常见的市电故障及对策：

 

市电中断
	定义	电压为零，持续两个周波以上
	产生原因	电网电路开关跳，电网电源失败
	危害	设备非正常停机造成数据丢失或数据错误，甚至造成硬件损坏
	对策	在线式、交互式、后备式UPS，可以有效保护负载免受停电危害
电压低
	定义	持续抵御标称电压（RMS值）85%较长时间
	产生原因	大功率设备启动并持续运行；电网内外网接入；电网过载
	危害	用电设备硬件故障提前发生，设备停机或数据丢失
	对策	在线式、交互式、后备式UPS，可以有效使负载免受低电压危害
电压波动
	定义	电压低于正常电压范围（RMS值）的85%或高于125%，持续2个周波内的循环波动
	产生原因	大功率设备频繁启停，高启动电流设备频繁启停
	危害	设备提前老化，或系统非正常复位；停机后重新启动，数据丢失
	对策	在线式、交互式、后备式UPS，可以有效对电压波动提供保护
电压浪涌
	定义	电压超过正常电压范围（RMS值）的150%以上，持续一个周波以上的瞬间高电压，任何导体（包括电缆及数据线）都能传送浪涌
	产生原因	大功率电力设备从电网上脱离
	危害	发生设备烧损；数据错误或丢失；突然关机
	对策	在线式、交互式UPS，可以有效对电压浪涌提供保护
高电压尖峰
	定义	在100ms到1/2周波内电压迅速上升到峰值6000Vac
	产生原因	闪电串入；大容量开关通断，或静电放电
	危害	数据丢失或错误，硬件损坏，电路板烧损
	对策	在线式、交互式UPS，可以有效对高电压尖峰提供保护
顺态尖峰
	定义	在10ms到100ms内电压上升到20000Vac
	产生原因	闪电串入；大容量开关通断，或静电放电
	危害	数据丢失或错误，硬件损坏，电路板烧损
	对策	只有AC/DC/AC结构在线式UPS可以对顺态尖峰提供有效保护
谐波干扰
	定义	电源波形发生畸变，正弦度超出一定范围
	产生原因	供电回路中有可控硅整流设备，高回馈污染设备运行，变压器线圈饱和
	危害	高次谐波会影响通讯及发射信号质量，数据误码率高；低次谐波会影响设备运行寿命
	对策	只有AC/DC/AC结构在线式UPS可以对谐波干扰提供有效保护
线路噪声
	定义	射频干扰（RFI）电磁干扰（EMI）其他频率影响
	产生原因	高频开关设备、电机控制设备、广播传送微波通讯设备运行
	危害	通讯或数据传输失败，系统死机
	对策	只有AC/DC/AC结构在线式UPS可以对线路噪声提供有效保护
频率波动
	定义	电网频率发生明显变化，超过+/-0.5Hz
	产生原因	电网过载，电网设备故障或频率特性差，油机供电
	危害	对频率敏感设备造成运行混乱或终止运行，设备寿命缩短
	对策	只有AC/DC/AC结构在线式UPS可以对频率波动提供有效保护

 

    对于电脑来说，显示器及主机工作都需要正常的电力供应。尤其是内存，对电源的要求更高。它是一种依赖电能的存储设备，需要不断地刷新动作来保持存储内容。一旦断电，所保存的内容立即消失。如果非正常断电，导致内存中的信息来不及保存到硬盘等存储设备上，就会造成信息因完全丢失或变得不完整而失去价值，从而浪费大量的工作精力、时间、甚至造成巨大的经济损失。而UNIX这样的操作系统，如果不正常关机，内存中的系统信息没有回写到硬盘上，还可能造成系统崩溃，无法再次启动。此外，电脑中的硬盘，虽然应用的是磁存储介质，不会因断电而损失信息，但突然的电力故障会使正在进行读写工作的硬盘物理磁头损坏，或者系统文件在维护文件系统时，造成文件分配表错误，从而造成整个硬盘的报废。另外，现在的操作系统大都能设置虚拟内存，由于突然的断电，使系统来不及取消虚拟内存，从而造成硬盘中的“信息碎片”，不仅浪费了硬盘存储空间，还会导致机器运行缓慢。电脑电源是一种整流电源，过高的电压可能会造成整流器烧毁。而电压尖脉冲和暂态过电压以及电源杂讯等干扰都可能通过整流器进入主机板，影响机器的正常工作，甚至烧毁主机线路。总之，电力问题是计算机工作的重大威胁。但是随着计算机和网络应用的日益重要和广泛，安全可靠的电源已是网络设计和管理人员不得不认真面对的重要问题。“需要是社会发展的第一推动力”，在这种背景下，UPS(不间断电源）应运而生，并伴随电力电子技术的发展，不断推陈出新，在十数年间，不仅造就了一个崭新的产业，而且随着时间的推移更将有蓬勃的发展和灿烂的前景。

 

1.2. 目前我国的电力状况

 

    目前，我国仅有少数地区刚刚解决了电力紧张的问题，大部分地区和大城市还面临着电力供应紧张的迫切问题，供电质量更是不能得到保证。但即使是在早已实现电气化的美国和其它西方国家，电网的质量也远非可靠。由于电网本身的质量有问题与各种偶然因素的作用，电压浪涌，电磁噪声，持续电压偏高，持续低压等电网不良现象在发达国家也是常事，甚至还可能发生短时间停电。来自电网的不良因素还有：电源电压瞬时或长时间的下陷、浪涌和中断、电源频率的漂移和不稳、电源输入波形畸变、各种尖峰干扰和噪音等。

    这一切对于高精度的敏感仪器和不能中断的设备来说是非常严重的。例如：计算机在工作时停电或者是有一个比较大的电压低落，就可能造成内存上的信息被冲掉及硬盘数据丢失的后果。在医院里，电子医疗设备如果因为停电而停止工作，对病人的影响是致命的。

    事实上，在造成数据丢失的各种因素中，电源故障以45．3％的机率居首位，其它几种主要的因素分别是：暴风雨9.4％、火灾8.2％、硬软件故障8.2％、洪水6.7％、地震5.5％。

成本效益分析。

    因此，不间断电源的效益是十分具体显著的。IBM美国总公司曾委托Allen一segall作过效益及成本评估，如下表：

 

电源设备	效率(%)	安装成本	运行成本	未解决电力问题成本	总成本
高隔离变压器	18%	13	9	364	386
线性电压调节器	38%	19	117	274	410
负载调节器	37%	20	21	277	318
磁共振	43%	24	74	250	348
电动机	79%	37	88	94	219
UPS	100%	73	47	0	120

 

    由上表可以证明UPS的长期成本是最低的。