一次UPS设备烧毁的故障分析
文/李勃 王其英

摘要：本文对计算机机房中一次UPS设备的烧毁的原因作了分析，并给出了处理这类问题的方法。

关键词：计算机机房 UPS 电压 电容 可控硅整流

      本文中所分析的案例是中国计算机用户协会机房设备应用分会的一个用户会员单位遇到的实际情况。笔者把它分析总结成文，目的是希望有关用户吸取经验教训，避免类似事件的发生。
故障情况描述如下：
      该单位使用的是两台GE LPS33E 40KVA UPS并机运行为计算机机房供电，正常运行时，1号机面板显示负载率为24%，2号机显示负载率19%。后因2号机故障，由1号机单独供电，显示负载49%。随后发生了1号机的故障，导致了全部计算机设备的运行中断。1号UPS出现故障初期，机内冒烟，计算机设备仍未断电，约10分钟后供电系统输出故障，
计算机设备断电。
      两台UPS为2005年出厂，2007年正式带载运行使用的。最先发现故障的是消防的报警系统，因UPS设备燃烧冒烟，消防的烟感系统最先报警，值班人员赶到现场后发现1号
UPS已经冒烟，并有爆炸声。后经查看1号UPS输入滤波电容烧毁，周围电线烧断，一些板件也有不同程度损坏。查看机房监控系统的相应时段的UPS设备的监控记录如下：

      根据上述情况，我们对该次事故作出如下分析：
      GE LPS 33E 40KVA UPS是工频结构UPS，其整流器是可控硅三相全桥即6脉冲整流，整流器后面的滤波电容应该是450V以下的规格。电容器的容量和耐压随着时间的推移
会有所下降。
      可控硅正常的开通时间是受电路控制的，所以才可以使整流电压稳定在电容器耐压值以下。但可控硅在如下情况就会失控：机内温度过高时其漏电流就可打开可控硅；电压突升，比如附近一个大的负载突然关机就可激起一个上升率很陡的高电压，如果其上升率达到或高于20V/ms，其位移电流也可打开可控硅。上述两种情况都可使可控硅成为普通整流器，失去相控的稳压功能。这种机器的输入整流是按线电压进行设计的，根据测量的数据，相电压是U相=252V，那么对应的线电压就是U线=252×1.731=436V，整流出来的电压峰值就是436×1.414=617V。这个电压足可以使电容器爆炸或起火了。输入的市电电压过高还可能导致UPS设备的控制故障。分析起来市电的输入电压过高是最可能导致设备故障的原因（不排除设备正常范围内的概率故障）。
      我们发现了问题的关键——市电电压过高。解决该问题的最好办法是降低UPS的市电输入电压。降低市电的输入电压应从变压器入手解决，而不能采用稳压器的方法，因为稳压器的稳压范围还没有可控硅整流的稳压范围宽。如无法解决市电输入电压高的问题，另一个办法是采用输入电压适应范围更宽的UPS设备，鉴于这样高的市电输入电压。建议采用IGBT整流结构的UPS设备，较之可控硅整流的设备更适合工作在本案例所描述的工作环境。
      变压器的输出电压过高应引起计算机机房用户的广泛关注。根据机房协会的检测经验，机房内UPS市电输入电压过高极为普遍。UPS市电的输入电压过高多发生在夜间。因为绝大多数用户的计算机机房供电是与办公大楼共用变压器的，办公大楼在夜间的用电负载极低（此时照明、制冷、电梯等用电设备都处于停止运行状态），由于变压器负载率的降低，输出电压升高很多，本案例的事故就是这样酿成的。在进行计算机机房供电设计时应注意这个问题并做好解决方案。采用专用变压器进行供电也可能导致计算机机房的UPS输入电压过高。发生这种情况多是由于设计中对供电的设计余量考虑较大，如采1000KVA以上的变压器进行供电，但是初期投入使用时的负载率很低可能还不足百分之十，这时同样会导致变压器输出电压过高的问题。为了克服这个问题，应采用输出变比可调的变压器。笔者不建议采用输出电压自动调节的变压器，根据经验这种变压器的可靠性并不高，经常出现故障。采用带手动抽头调节的变压器应该是解决这种问题比较好的方法。