UPS大修和电容更换的探讨

UPS大修和电容更换的探讨
摘要：介绍UPS大修对设备可靠运行的的重要性，以及全面的大修工作包含的具体工作内容。

对UPS大修涉及的电容的预防性更换做了全面分析和建议。

关键字：年检、大修、寿命预期、预防性更换、更换周期
0引言
没有任何设备可以在没有定期维护的前提下保障可靠运行。

UPS不间断电源属于数据中心基础设施中非常重要的一环，需要非常高的可靠性来保障给后端负载不间断供电。

本文全面介绍了UPS大修的工作内容，并对大修涉及的电容预防性更换做了全面分析和建议。

1．UPS大修介绍
1.1影响UPS可靠工作的因素
随着设备使用周期的延长，有诸多的因素会影响到设备的正常运行，如：
◆前期安装存在隐患，比如电缆端子压接不牢，内部信号端子存在松动。

◆受运行环境影响，特别是前期工程若不规范，设备内部容易进入并残留导电粉尘。

◆电子器件参数偏移、老化等因素。

◆长期没有加载、功能验证测试，无法全面把握系统状况。

◆部分器件如大电容、风扇有寿命预期，且一般低于UPS整机的使用寿命周期。

在工业领域，在定期的“检修窗口期”对设备做深度保养已经成为了惯例和制度。

在数据中心领域，UPS的年检和大修也逐渐被越来越多的客户所接受。

1.2完整的UPS大修内容
完整的UPS大修应该包含年度检测级别的深入检测和有寿命预期器件的预防性整体更换。

◆UPS建议能定期做下电的深度检测，对内部连接、平时带电无法检查的地方做全面检测，参数做校正确认，改善设备运行环境，查找并消除UPS设备的隐患。

最理想的是在检测过程中能够做假负载测试和各种功能验证测试，这样对系统的运行状态能做到更全面的了解。

◆部分器件如电容、风扇有寿命预期，通常在5-6年左右，远低于UPS整机的使用寿命。

在器件寿命期内提前做预防性整体更换，规避单个器件提前老化失效风险，避免UPS设备突发故障引起的损失，恢复UPS设备的工作性能并提升系统可靠性。

1.3 UPS大修跟维保服务的差别
通常的设备维保服务包括两大类的服务内容：一是提供技术支持及故障后的维修服务，这样维护预算可控；另一个是主动的定期巡检服务，通过专业巡检来提前发现设备的隐患。

但是维保服务界面并不包含有寿命预期器件的整体提前更换，另UPS的在线检测跟完全下电后彻底检测在深度和效果上是有区别的。

所以大修是维保服务的一个很好的补充。

设备大修跟维保的理念实际在汽车服务领域有广泛和深入的执行。

2．对大功率电容器的更换考虑
2.1影响大功率电容寿命的因素
电容器的故障从整个生命周期来看可以分为下面三个阶段：
◆制造时的瑕疵
若质量控制出现问题一般会呈现出批次性的问题。

个体的质量瑕疵一般会在使用早期阶段体现出来。

在正常寿命的探讨中暂不考虑这些制造时的因素。

◆安装和使用时的异常因素
安装时因外力受损、使用时异常的温湿度环境、过高的电压、过大的纹波电流、过大的电流冲击等因素都会影响电容器的正常使用寿命。

◆正常使用随时间的劣化
随使用时间的增加，电解液的蒸发、密封材料的老化等不可避免的会出现，会影响电容器的容量和使用寿命。

2.2常用大功率电容器的计算预期寿命和推荐更换时间
建议更换时间45000到50000
小时
45000到50000小时
表一：预期寿命和推荐更换时间
参考Liebert WhitePaper--《Capacitors Age and Capacitors Have an End of Life》，如表一，根据电容典型加速测试条件下的的寿命测试数据，折算出在实际运行条件下的计算预期寿命数据。

但这前后数字的比例大于50，过大比例导致根据短时间的寿命测试时间来推算50倍长时间的计算预期使用寿命会出现很大误差。

所以基于使用经验最后给出了较短的推荐更换的时间数据。

在通信行业，YD/T 1790.4-2009--《通信局（站）电源系统维护技术要求
第4部分：不间断电源（UPS）系统》的附录A，对滤波电解电容的更换已经给出明确建议：滤波电解电容的建议工作年限为（6~7）年，5年后或根据设备的要求进行更换。

2.3为什么建议在预期寿命周期内做预防性整体更换
在IEC-60831标准或电容器的厂家规格书里，电容器寿命结束的判断标准很明确，以下4项只要有1项满足就可以判断电容器工作寿命已结束：
与初始容量相比，容量变化大于20％；
漏电流超过手册初始规定值；
损耗超过手册规定的初始值的200％；
不能有明显异常，比如鼓起，漏液，炸裂等。

请注意，我们在这里并不能单独的考虑某类的器件，而是需要考虑整个UPS 系统。

UPS系统需要高可靠性的工作，自然不能等到电容器工作寿命结束了才去维修、更换，且电容一旦失效最可能的失效模式为爆裂，会扩大设备内部的故障范围引发更为严重的故障，带来一定的安全隐患。

同一台UPS中往往是多个电容的成组并联使用，当个别电容失效，这一组中的其他电容就会增加负荷从而加速
老化。

另外电容的失效爆裂容易扩大故障范围，为了最大保证可靠性，也避免多次变更来带的额外风险，建议在电容的寿命预期周期内按推荐的更换时间做预防性的整组更换。

正常情况下电容使用5-6年不会失效，随着持续使用时间的增加相应失效的概率也会上升。

但如前所述要精确的预测长期可靠运行时间非常的困难。

但是我们可以从系统寿命角度来考虑，很多行业内UPS整机建议寿命在10-12年左右，这样我们在5-6年周期考虑电容的更换会在风险可控和整体寿命周期的投入上取得一个较好的平衡。

3.结束语
本文全面介绍了UPS大修的工作内容，并分析了大修涉及的电容预防性更换的必要性和给出了建议更换周期。

上述措施对保障设备本身的可靠工作和数据中心供电安全性起到了积极作用。

相关参考文档
A. YD/T 1790.4-2009《通信局（站）电源维护技术要求第四部分：不间断电源（UPS）系统》
B. Liebert WhitePaper ---《Capacitors Age and Capacitors Have an End of Life》
作者简介：罗维华（1976-），男，本科，工程师，从事交流和直流电源产品技术支持以及数据中心供配电系统全生命周期服务工作。