一．對(duì)UPS大修的認(rèn)識(shí)

　　1.1 為什么UPS需要大修

　　沒(méi)有任何設(shè)備可以在沒(méi)有定期維護(hù)的前提下保障可靠運(yùn)行。UPS屬于數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施中非常重要的一環(huán)，需要非常高的可靠性來(lái)保障給后端負(fù)載不間斷供電。而隨著設(shè)備使用周期的延長(zhǎng)，可能有諸多的因素會(huì)影響到設(shè)備的正常運(yùn)行，如：

　　◆ 前期安裝存在隱患，比如電纜端子壓接不牢，內(nèi)部信號(hào)端子存在松動(dòng)。

　　◆ 受運(yùn)行環(huán)境影響，特別是前期工程安裝過(guò)程若不規(guī)范，設(shè)備內(nèi)部容易進(jìn)入并殘留導(dǎo)電粉塵。

　　◆ 電子器件參數(shù)偏移、老化等因素。

　　◆ 長(zhǎng)期沒(méi)有加載、功能驗(yàn)證測(cè)試，無(wú)法全面把握系統(tǒng)狀況。

　　◆ 部分器件如大電容、風(fēng)扇有壽命預(yù)期，且一般低于UPS整機(jī)的使用壽命周期。

　　在工業(yè)領(lǐng)域，在定期的“檢修窗口期”對(duì)設(shè)備做深度保養(yǎng)已經(jīng)成為了慣例和制度。在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，UPS的年檢和大修也逐漸被越來(lái)越多的客戶所接受。

　　1.2 完整的UPS大修內(nèi)容

　　完整的UPS大修應(yīng)該包含年度檢測(cè)級(jí)別的深入檢測(cè)和有壽命預(yù)期器件的預(yù)防性整體更換。

　　1. UPS建議能定期做下電的深度檢測(cè)，對(duì)內(nèi)部連接、平時(shí)帶電無(wú)法看到的地方做全面檢測(cè)，參數(shù)做校正確認(rèn)。通過(guò)對(duì)UPS設(shè)備進(jìn)行年檢級(jí)別的檢測(cè)，改善設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，查找并消除UPS設(shè)備的潛在隱患，提高設(shè)備的可靠性，保障機(jī)房電力供應(yīng)的安全。當(dāng)然最理想的是在檢測(cè)過(guò)程中能夠做假負(fù)載測(cè)試和各種功能驗(yàn)證測(cè)試，這樣對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)能做到更全面的了解。

　　2. 部分器件如電容、風(fēng)扇有壽命預(yù)期，通常在5-6年左右，遠(yuǎn)低于UPS整機(jī)的使用壽命周期。在器件壽命期內(nèi)提前做預(yù)防性整體更換，規(guī)避單體突然失效風(fēng)險(xiǎn)并提升系統(tǒng)可靠性。通過(guò)對(duì)UPS設(shè)備部分老化器件的及時(shí)更換，避免UPS設(shè)備突發(fā)故障引起的損失，并且能夠恢復(fù)UPS設(shè)備的工作性能，延長(zhǎng)UPS設(shè)備的使用壽命。并且有計(jì)劃的整體更換能大大降低后期由于單體失效帶來(lái)的非計(jì)劃維修的次數(shù)，從而降低這些非計(jì)劃維修帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

　　1.3 UPS大修跟維保服務(wù)的差別

　　通常的設(shè)備維保服務(wù)包括兩大類的服務(wù)內(nèi)容：一是提供技術(shù)支持及故障后的維修、故障件更換服務(wù)，這樣維護(hù)預(yù)算可控；另一個(gè)是主動(dòng)的定期巡檢服務(wù)，通過(guò)專業(yè)巡檢來(lái)提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備的隱患。維保服務(wù)也可以包含其他可選的增值服務(wù)，如“基礎(chǔ)維護(hù)文檔”、“維護(hù)分析報(bào)告”、“現(xiàn)場(chǎng)操作指導(dǎo)”、“災(zāi)變應(yīng)急”等等。

　　但是，維保服務(wù)界面并不包含有壽命預(yù)期器件的整體提前更換，而客戶也不可能明知有壽命到期部件卻等到每次故障發(fā)生了之后再來(lái)處理。再者，設(shè)備的在線檢測(cè)或局部下電檢測(cè)跟系統(tǒng)完全下電的徹底檢測(cè)在深度和效果上是有區(qū)別的。所以大修實(shí)際上是維保服務(wù)的一個(gè)很好的補(bǔ)充，當(dāng)然大修的周期也遠(yuǎn)大于維保的周期。設(shè)備大修跟維保的理念實(shí)際在汽車服務(wù)領(lǐng)域有廣泛和深入的執(zhí)行。

　　二．大功率電容器介紹

　　2.1 UPS為什么需要使用大功率電容器

　　圖一：UPS內(nèi)部使用的大功率電容器

　　鋁電解電容用于直流濾波作用及保證直流母線電壓的穩(wěn)定，金屬化薄膜電容用于交流濾波作用。如果沒(méi)有電容濾波，UPS系統(tǒng)只能提供劣質(zhì)的供電質(zhì)量，無(wú)法勝任為要求高可靠性的系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)的交流電源。

　　鋁電解電容容量（能量密度）上比金屬化薄膜電容要大，但是鋁電解電容只能用于直流電路，金屬化薄膜電容既可以用于交流電路，也可以用于直流電路，金屬化薄膜電容如果用于直流，則極大增加UPS系統(tǒng)的尺寸和成本。所以主流應(yīng)用就是鋁電解電容用于直流電路，金屬化薄膜電容用于交流電路。

　　在UPS內(nèi)使用的大功率電容，典型的應(yīng)用工況就是電容容量要求比較大、使用數(shù)量比較多、使用電壓等級(jí)比較高、存在一定的紋波電流、電容身處環(huán)境溫度比機(jī)柜外高。

　　2.2 大功率電容器簡(jiǎn)介

　　電容器的原理都相同，由兩塊金屬電極之間夾一層絕緣電介質(zhì)構(gòu)成，當(dāng)在兩金屬電極間加上電壓時(shí)，電極上就會(huì)存儲(chǔ)電荷。

　　不同類型的電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、使用材料和工藝、應(yīng)用場(chǎng)景有自身的特點(diǎn)和要求。下面就UPS內(nèi)使用的兩種大功率電容器做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。

　　2.2.1鋁電解電容：

　　圖二：鋁電解電容內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

　　鋁電解電容器主要原材料是正極箔和電解液，這兩種材料是鋁電解電容中最重要的原材料，它們決定了電容器的性能及壽命，對(duì)材料的純度、雜質(zhì)濃度有嚴(yán)格的要求。特別是電解液，它是在液體溶劑中添加了多種化學(xué)物質(zhì)混合而成，每個(gè)廠家的電解液配方是保密的。

　　另外鋁電解電容中其它比較重要的原材料如下，對(duì)原材料的雜質(zhì)濃度都有要求：負(fù)極箔、引出線(導(dǎo)電條)、電解紙、芯子包封膠帶、橡膠塞(密封蓋板)、 鋁殼。

　　鋁電解電容器的主要特點(diǎn)：

　　◆鋁電解電容器可以做到很大容量，漏電流也相對(duì)較大。使用是有極性的，不能有反向耐壓。

　　◆鋁電解電容器怕雜質(zhì)污染，特別是怕Cl－、SO4－、Fe3＋、Cu2＋離子，加工及應(yīng)用環(huán)境中不能含有這些離子的液體或氣體。

　　◆鋁電解電容器有自愈特性，工作時(shí)電解液會(huì)修補(bǔ)絕緣介質(zhì)的缺陷，同時(shí)產(chǎn)生氣體。工作過(guò)程中，如內(nèi)部氣壓過(guò)高，防爆閥會(huì)動(dòng)作，釋放出氣體。

　　2.2.1金屬化薄膜電容：

　　圖三：金膜電容內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

　　金膜電容的關(guān)鍵材料是經(jīng)過(guò)蒸鍍后的薄膜，選用不同的薄膜決定了電容器的主要性能，主要參數(shù)有蒸鍍層金屬及形狀、基膜材質(zhì)及表面處理、厚度、邊緣處理、是否為安全膜等。噴涂金屬直接影響電容器的ESR及耐電流沖擊能力。

　　灌封料也是重要的材料，好的灌封料應(yīng)同時(shí)具備絕緣、耐高溫、導(dǎo)熱、密封防潮等特性，特別是防潮性能對(duì)保證電容器長(zhǎng)期使用非常重要。其它輔助材料還包括：連接線、鋁罐、上蓋、接觸端子、絕緣材料、螺釘、放電電阻，座墊等。

　　u 金屬化膜層的厚度遠(yuǎn)小于金屬箔的厚度，因此卷繞后體積也比金屬箔式電容體積小很多，相對(duì)可以做到較大的容量。

　　u 金屬化薄膜電容的優(yōu)點(diǎn)是“自愈”特性，但同時(shí)會(huì)影響電容的容量。

　　u 環(huán)境中的濕氣會(huì)影響電容增加漏電流，縮短電容使用壽命。

　　三．大功率電容壽命探討

　　3.1 影響大功率電容壽命的因素

　　圖四：電容器的失效率/時(shí)間曲線

　　a區(qū)：早期失效率,電容器工廠、整機(jī)廠家在出廠前都會(huì)做老化篩選

　　b區(qū)：使用過(guò)程中失效率，廠家給出的使用失效率一般都小于10PPM

　　c區(qū)：壽命結(jié)束期老化失效率

　　圖五：電容故障模式

　　電容器的故障有很多種故障模式，但從整個(gè)生命周期來(lái)看，可以主要分為三個(gè)階段：制造時(shí)的瑕疵；安裝和使用時(shí)的異常情況；正常使用隨時(shí)間的劣化。

　　◆ 制造時(shí)的瑕疵

　　雖然可能因素項(xiàng)很多，但目前的質(zhì)量控制一般都很好。若質(zhì)量控制出現(xiàn)問(wèn)題，一般會(huì)呈現(xiàn)出批次性的問(wèn)題。個(gè)體的質(zhì)量瑕疵，一般也會(huì)在使用早期階段體現(xiàn)出來(lái)。要注意的是，大功率電容的電解質(zhì)表面面積非常大，面積中的薄弱點(diǎn)成為電容性能的薄弱環(huán)節(jié)。

　　在后面有關(guān)壽命的探討中，暫不考慮這些制造時(shí)的因素。

　　◆ 安裝和使用時(shí)的異常情況

　　安裝時(shí)因外力受損、使用時(shí)異常的溫濕度環(huán)境、過(guò)高的電壓、過(guò)大的紋波電流、過(guò)大的電流沖擊等因素，都會(huì)影響電容器的正常使用壽命。

　　◆ 正常使用隨時(shí)間的劣化

　　隨使用時(shí)間的增加，電解液的蒸發(fā)、密封材料的老化等不可避免的會(huì)出現(xiàn)，會(huì)影響電容器的容量和使用壽命。電容器有壽命設(shè)計(jì)要求，當(dāng)使用時(shí)間超過(guò)電容器的設(shè)計(jì)壽命時(shí)，電容器的失效率會(huì)迅速上升。

　　3.2 電容壽命加速試驗(yàn)參考數(shù)據(jù)

　　以維諦技術(shù)（前艾默生網(wǎng)絡(luò)能源）對(duì)兩個(gè)電容廠家的額定壽命為5000h的350V/1000UF/85℃的某批次鋁電解電容器做的隨機(jī)的抽檢和壽命加速試驗(yàn)為例，具體參考數(shù)據(jù)如下：

　　Ø 測(cè)試條件：