分析實驗室UPS電源配置標準精密儀器與要求以及日常UPS電源6K10KVA維護要點:關鍵詞:UPS電源,分析實驗室,質譜儀,色譜儀,液相色譜儀,配置方案,維護#精密儀器設備UPS電源#

    摘要:對分析實驗室儀器配置Uninterruptible Power System(UPS)電源的必要性進行了分析與探討，介紹了如何合理配置UPS電源的方法，對UPS電源的使用與維護給出了建議。

UPS電源產品的六大評判原則氣象探測數據中心雷達站配套UPS電源

    加入WTO后我國與世界各國的貿易日益密切，同時也促進了國內檢驗檢測機構的迅猛發展，一大批自動化智能化儀器進入了各級實驗檢測機構.如何有發揮這些儀器能，更可以地為企業、社會和國民經濟服務，仍是各級檢測機構值得探索與總結的一個問題.充分發揮實驗檢測機構儀器設備的能，涉及諸多方面,穩定可靠的電源配置是基礎.本文僅就分析檢測實驗室Uninterruptible Power System(UPS)電源配置與使用維護作一探討與建議.

配置UPS電源的必要性

    一個典型的分析檢測實驗室可能配置有:液相色譜質譜聯用儀(LC/MS)、液相色譜儀(LC)、離子色譜儀(IC)、氣相色譜質譜聯用儀(C/MS)、氣相色譜儀(C)、電感耦合等離子體質譜儀(ICP/MS)電感耦合等離子體光譜儀(ICP/AES)、紅外光譜儀(FTIR)原子吸收光譜儀(AAS)、原子熒光光譜儀(AFS)以及其它若干小型儀器和設備.對于這種規模的檢測實驗室來說,有計劃的停電或是限電不是大問題，但突發性的停電就不能不予以考慮，輕微的可能僅僅是造成檢測數據的丟失，嚴重的可能會導致儀器故障，造成損失.但是為分析實驗室精密儀器配置UPS系統一直存在爭議,有必要結合各類儀器的結構特點，分析突發供電中斷對儀器可能造成的傷害以及配置相當容量的UPS電源的重要性.

    1.1質譜類儀器

    真空系統是質譜儀器的重要組成部分，其真空度一般在10-~10-Pa.質譜儀器必須要在良可以的真空條件才能正常工作，為保證這一較高的真空條件一般都采用由機械泵和高真空泵(分子渦輪泵或擴散泵)組成的兩級真空系統，這一結構決定了高真空泵系統價格昂貴，如常遇突發停電，不僅對儀器的電子系統造成沖擊，系統在高真空狀況突然停機,也會對真空部分的機械系統造成嚴重沖擊，使其停卡在非正常位置，造成一次的啟動困難，也容易損毀其控制電路板.如配置有足夠容量的UPS電源系統，實驗人員將有足夠的時間泄放真空壓力，完成系統的正常停機以及相關數據的保存工作，不致對儀器造成損害.

    1.2液相類儀器

    液相色譜的高壓系統一般都是高壓柱塞泵構成,高壓系統是否正常直接影響分析檢測結果的穩定性和可靠性.突發的供電中斷，同樣會對儀器的電子系統和高壓系統造成沖擊，使高壓柱塞泵在非正常位置掉電卡停,儀器在次開機時復位困難，嚴重者可能造成儀器損壞.另外，液相色譜類儀器在測試完成后對高壓系統的維護非常重要，這不僅影響儀器壽命而且也影響儀器的檢測靈敏度和可靠性.一般要求實驗完成后用緩沖液將整個系統管路沖洗干凈，防止鹽沉積，避免次使用啟動泵時造成柱塞桿的干磨而損壞柱塞桿，久之易造成漏液導致高壓達不到要求.若管路阻塞也將造成壓力過高而損壞儀器.同時,非正常的停電使檢測人員也沒有時間按標準流程清洗用后的色譜柱，很容易造成色譜柱的阻塞，柱降甚至報廢，造成經濟上的損失.

    1.3 光譜類儀器

    絕大部分的中光譜分析儀都帶有自動進樣系統，非正常的停電停機容易造成進樣系統的機械裝置不能歸位，甚至卡死，造成儀器不能正常使用.同時也不能完成諸如霧化系統、蠕動進樣系統的清洗等,也易造成這些系統的堵塞或是腐蝕，嚴重影響儀器的使用壽命.

    1.4智能化工作站與微機控制系統

    現代大中型分析儀器都配置了計算機控制系統和數據處理工作站.非正常的供電中斷使得控制系統的電路接口受到嚴重沖擊，容易造成接口電路板的損壞，另一方面使得大量分析數據來不及保存而丟失.部分儀器廠商沒有主動為大中型精密分析儀器配置UPS電源，有的甚至不推薦使用，可能是基于如2點原因:

精密儀器設備UPS電源6K10KVA功率5.4KW/9KW/C6KS/3C10KS產品特性產品型號：

MODEL/型號 C6K C6KS C10K C10KS

UPS 9104-12882 9104-12881 9104-32678 9104-32677

 C1-3kVA 技術參數

型號 C1K C1KS C2K C2KS C3K C3KS

容量 VA/W 1000VA/800W* 2000VA/1600W* 3000VA/2400W*

輸入參數 輸入電壓范圍 115~300V

頻率范圍 40Hz-70Hz

輸入連接 國標

輸入諧波失真 < 10% 非線性滿載

輸入功率因數 ≥0.98

輸出參數 輸出電壓 220V

輸出精度 ±2%

輸出連接 B 10A *2 B 10A *2 B 10A *4 B 10A *4 B 10A*3

+ 輸出端子臺 B 10A*3

+ 輸出端子臺

鎖相范圍 46-54Hz/54-66Hz

輸出頻率（電池模式） 50/60Hz±0.05Hz

電流峰值比 3:1

輸出諧波失真 <4% （線性負載）

<7% （非線性負載）

輸出波形 純凈正弦輸出

過載能力 市電模式 105% ～ 150% : 47s ～ 25s

150% ～ 200% : 25s ～ 300ms

>200% : 200ms

電池模式

率 市電模式 >89% >90% >90%

電 池 及 充電參數 電池電壓 24VDC 36VDC 48VDC 72VDC 72VDC 96VDC

電池類型 9AH 取決于用戶需求和配置 9AH 取決于用戶需求和配置 9AH 取決于用戶需求和配置

后備時間 >4.5min >4.5min >4.5min

回充時間 7 小時回充至 90% 7 小時回充至 90% 7 小時回充至 90%

充電電流 1.0A 6.0A 1.0A 6.0A 1.0A 6.0A

轉換時間 電池模式 <--> 市電模式 0ms 0ms 0ms 0ms 0ms 0ms

顯示 LCD+LED

可數字化顯示負載/電量/輸入/輸出參數，文字和圖形化顯示運行模式

物理參數 (WxHxD)mm 144x229x345 144x229x345 190x328x393 190x328x393 190x328x393 190x328x393

　 運行環境溫度 0-40℃

環境參數 運行環境濕度 20-90%（無凝露）

　 噪聲 <45dB @ 距離 1 米 <50dB @ 距離 1 米

標準和認證 　 IEC61000, IEC62040, B7260,B4943

TLC/ 節能認證 / 廣電認證

通訊和監控 RS232 標配

擴展插槽 ( 選配 ) 可選擇 NMC 卡 ,CMC 卡 , AS400 卡或 USB 卡

EPO ( 選配 ) 緊急關斷

軟件 Winpower

一是分析儀器對供電電源配置要求高，本身基本為感性負載或弱感性負載，工作電流比較大,啟停時電流變化更大，對UPS電源的沖擊很大，加之UPS電源帶感性負載時率較低，容量匹配不可以很容易損壞UPS電源.

二是要配備一套符合要求的UPS電源價格較貴,有的用戶較難接受.UPS電源的使用維護也比較嚴格，不正確的使用和維護會造成UPS電源故障頻發，直接影響UPS電源的工作質量,弄不可以還會損壞儀器本身。

但為高價值的儀器配置低價值的保護性設備，在可以的端情況甚至以損壞低價值的設備來換取高價值儀器的安全是值得的,也是應該的.通過上述儀器的各自使用特點分析可以看出，分析檢測實驗室有必要為分析儀器配置相當容量的后備電源，在市電中斷的情況，讓檢測人員有足夠的時間保存分析數據，完成必要的系統清洗和維護，按正常流程關閉儀器.

常見UPS電源的基本原理與分類簡介市售UPS電源常見的有兩大類型:后備式UPS和在線式的UPS.

    2.1后備式UPS電源

        后備式UPS電源的基本工作原理是當市電供電正常時，內部控制電路使市電直接為負載供電.當市電中斷時由UPS電源內的蓄電池為逆變器供電,逆變器將直流電變成穩定的交流電為負載供電.當市電供電恢復后控制電路動作,再由市電直接向負載供電.

    2.2在線式UPS電源

        在線式UPS電源的基本工作原理是當市電正常時由電源內的整流器將交流電變為直流電供給逆變器,再由逆變器將直流電變為交流電后供給負載.市電中斷后由蓄電池為逆變器供電，將直流電轉變為交流電為負載供電.由上述可知在線式UPS電源其逆變器一直處于工作狀態，而后備式UPS電源其逆變器處于間歇式工作狀態.后備式UPS電源在市電中斷時存在較明顯的切換時間(毫秒級)，而在線式UPS電源由于負載始終由逆變器供電，市電中斷時對負載來說沒有明顯的切換時間，全時段都會提供穩定的交流輸出，具有明顯的穩壓功能.后備式UPS電源只有在市電中斷，或市電電壓低于或是高于其內部設定值逆變器才開始工作，其穩壓性能明顯弱于在線式UPS電源.精密分析儀器對電源配置高度敏感，如要為其配置UPS電源，建議選用在線式UPS電源.

    3 選擇與配置UPS電源

實驗室配置UPS電源，涉及類型、容量、以及負載的功耗和使用特性等方面的因素.確定UPS電源之前，需了解UPS電源使用場地和供電狀態.一般UPS電源對市電輸入的要求是:輸入電壓380V±10%或220V±10%，頻率50±0.5Hz，分析實驗室一般選用輸入220V的UPS電源.如供電狀況常低于這個標準則應另選寬電壓輸入的UPS電源，也可以在UPS電源前端加置穩壓電源或者電壓調節裝置.當前我國絕大部分地區都被大電網覆蓋，輸人電壓的品質都能滿足要求.由前述知道，分析實驗室需選擇在線式UPS電源，但由于絕大部分分析儀器對交流供電的頻率敏感，所以還需意選擇輸出是50Hz正弦波而不是方波的UPS電源.二者的差異在于逆變器的調制脈沖不同，前者采用三角波調制而后者采用矩形脈沖調制，購買時需意.選擇上盡量選擇高、口碑可以以及完善售后服務網絡、具有行業資質的企業產品.根據工作需要合理配置電源容量是關鍵.很多分析儀器都是感性或弱感性負載，比如機械泵、電磁線圈、射頻發生器等這類部件，工作時的動態電流比較大，負載起停時對UPS電源內部的逆變器沖擊也較大，所以為這類儀器配置UPS電源時應考慮多留一些富余容量.為確保電源的長期穩定工作,純電阻性負載或弱感性負載通常按UPS電源標稱容量的60%~80%來估算.過度輕載也不科學，造成資源的浪費.質譜類、光譜類以及色譜類等明顯是感性負載的，其配置容量可以按UPS電源標稱容量的30%~50%來估算，避免啟停時過載而損壞逆變器.UPS電源標稱容量決定帶負載的能力，而后備電池(組)容量決定市電中斷后能提供合格電源持續時長的能力.市售UPS電源的后備電池(組)多數仍采用免維護的鉛酸蓄電池.表征蓄電池性能的參數很多，但需我們了解的重要有4個指標:

    (1)工作電壓.蓄電池放電曲線上的平臺電壓.

    (2)蓄電池容量.常用安時(Ah)或毫安時(mAh)表示

    (3)工作溫區.蓄電池正常放電的溫度范圍.

    (4)循環壽命.蓄電池正常工作的充放電次數.電池供電時間重要受負載大小、電池容量、環境溫度、電池放電截止電壓等因素影響.UPS蓄電池(組)后備時間的計算方法重要有恒功率法和大放電電流法，但這2種方法因用戶缺乏必要技術數據信息不便計算.但仍可采用式(1)和式(2)的簡單算法來粗略確定后備時間以及所需電池(組)容量.C=PT/U (1)

其中，C為電池組容量Ah或mAh;P為負載功率W或VA;U為蓄電池組電壓V;T為時間s.用此方法估算出的容量是按純電阻負載來計算的，實際上感性負載應在此基礎上增加30%~50%的容量較為合適.T=CU/P (2)

其中，C為電池組容量Ah或mAh;P為負載功率W或VA;U為蓄電池組電壓V;T為時間s.用此法估算出的是純電阻性負載時間，感性負載可按這個值的50%~70%估算.

UPS電源應安放在溫度和濕度適中的環境中.分析儀器對環境設施的要求比較嚴格，完滿足UPS電源對環境的要求，在房間面積容許的的情況可以考慮將UPS電源與儀器同處一室，便于實驗人員發現供電的異常及時操作處理.對于配置了較大后備電池機柜的UPS電源，可以將后備電池機柜安放在房間角落，并意通風與散熱條件，避免陽光直射.

    UPS電源的使用與維護

    UPS電源應工作在通風良可以、溫濕度適宜的環境，避免陽光直射.對于分析實驗室來說還應遠離化學試劑室、消化間等以避免揮發性、腐蝕性化學物質損害.UPS電源自身還應安裝可靠的防雷和安全接地線.建議分析實驗室選用在線式UPS電源，其自身具有不錯的穩壓功能，可不必配置額外的交流凈化穩壓電源，有利于成本控制和減少故障機率。

分析實驗室配置UPS電源目的是為高價值的精密儀器提供穩定可靠的電力電源，電源自身的穩定可靠非常重要，UPS電源穩定可靠與日常正確的使用操作和維護密不可分.在日常使用中應當避免帶負載(負載處于開機狀態)打開UPS電源.

不要在UPS電源未穩定輸出就啟動儀器，一方面開機產生的沖擊電流易使電源內逆變器過載而損壞。另一方面儀器也不能正常啟動.正確的操作應首先開啟UPS開關，待UPS電源穩定工作(一般有正常工作指示燈)后再按儀器的正常開機順序逐個打開儀器開關.分析測試結束后須按開機順序的逆過程操作關閉相關儀器設備.

UPS電源作為儀器分析的后備電源，目的是在市電中斷后讓實驗人員有足夠的時間處理實驗操作的后續工作，避免高價值的精密儀器受到沖擊損壞，及時保存實驗檢測數據.但應避免在市電中斷后再利用UPS電池(組)供電開機，以避免電池(組)因過度放電而損壞.當市電發生異常由UPS電池(組)逆變供電時，應及時完成分析測試數據的保存，按正常操作流程及時關閉儀器,待市電恢復正常后再行開機使用.

后備電池(組)是UPS電源日常維護的重要對象.蓄電池的物理結構和化學特性決定了UPS電池(組)單元存在自放電現象，如長期放置不用會導致電池(組)的損壞.因此UPS電源如較長時間不使用需定期開機對電池(組)進行充電.市電供電長期正常，使UPS電源電池(組)長期處于只充電不放電的，也應隔2~3個月人為斷開市電，帶上相對較輕的負載,讓電池(組)適度放電確保其活性、時常檢視后備電池(組)，如發現電池單元鼓漲、變形、漏液甚至破裂應立即更換相應電池單元.

意查看正負可以的柱和接線頭卡連接得是否可靠，如有松動應及時擰緊或焊牢,以免造成接線柱處跳火，造成UPS電源本身和負載損壞.發現接線柱處有銅綠或是腐蝕結晶,表明接線柱和壓線頭卡已被氧化或腐蝕，應及時清潔處理,必要時予以更換，以免造成局部接觸電阻過大,造成系統故障.同時可在接線柱處涂抹凡士林等保護劑可有接線柱處的腐蝕和氧化.蓄電池都有一定的使用壽命,應請人士定期更換后備電池(組)更(替)換時須使用同廠家同型號同容量的電池單元，禁止不同規格型號的電池混用,確保后備電池(組)的一致性，可有避免不同規格型號電池單元之間的互充電，造成電池(組)的內耗增加，影響蓄電池的使用壽命，使UPS電源后備時間大大低于標準設計時間，發揮不了應有的作用.

實驗室精密儀器應配置什么類型的UPS電源6K10KVA功率5.4KW設備？UPS廣泛應用于精密儀器9KW/C6KS/3C10KS、醫療設備等對電流穩定性要求較高的場合，在這個趨勢，對供電質量和供電連續性也提出了要求。所以選擇輸出帶隔離變壓器的UPS或工頻在線式UPS。實驗室精密儀器應配置什么類型的UPS電源設備？