摘要

    伊頓公司是電源質量、電力輸配和控制系統及部件領域的全球領先企業。為最大限度提高不間斷電源（UPS）的可靠性，我們強烈建議用戶采用預防性維護服務計劃。由于企業必須使用UPS來保證連續供電，避免業務發生任何中斷或干擾，因此非常有必要采用一個維護計劃，以確保將UPS的宕機風險降至最低，實現平穩有效的運行。

    為證明預防性維護服務計劃對于提高UPS總體可靠性的重要性，同時也為了幫助最終用戶全面了解宕機的普遍性和危害性，公司對由旗下服務機構所提供的一些數據以及業界專家對于宕機的大量調查結果進行了分析，這些研究和分析進一步證實常規的預防性維護能夠顯著增強UPS的可靠性。

    本白皮書探討了容易導致UPS故障的各種危險因素，同時闡述了預防性維護服務計劃將通過哪些具體方式最大限度緩解這些威脅和風險。

    引言

    為您的UPS配置預防性維護服務計劃本質上類似于對您的汽車進行日常維護和檢修。每家汽車制造商都會建議用戶對汽車進行定期維護和檢查，通過檢查可以發現引擎蓋下隱藏的各種問題和隱患，從而可以及時處理，防止其進一步惡化。通過定期查看壓力和液位，每間隔一定的行駛里程數對汽車定位器和制動踏板進行檢查，您可以維持汽車的良好性能，使出廠規格保持不變。同樣，對于UPS，預防性維護能夠保證UPS始終保持正常運轉。毋庸置疑，在第一次發現定位器需要調整時就及時進行矯正遠勝過在行車途中汽車突然拋錨，然后震驚地發現四個輪胎都需要更換——而原有的定位器本來可以為輪胎提供良好的保護。

    您可以從多種多樣的UPS服務方案中選擇適合自己的維護計劃，包括定期日常維護、緊急部件更換和人工服務以及諸如遠程監控服務等的其它增值類服務選項。不管您選擇哪種維護方式，一個切實有效的預防性維護計劃都能幫助您最大限度減少業務中斷和宕機成本，延長關鍵電力設備的使用壽命，提高總體投資回報率，為您帶來巨大的時間和成本效益。預防性維護的另一大優勢是能夠及時發現和排除潛在隱患，防止其惡化為代價高昂的嚴重故障，從而將意外宕機風險降至最低，使設備能夠保持最佳運作性能。

    宕機的危害難以盡述

    不管從什么角度衡量，設備宕機都將造成巨額損失。據美國電力研究所（EPRI）的估計，美國全國的用電客戶每年因斷電而承受的損失高達800億美元，其中因短暫電力中斷而造成的損失占三分之二，達520美元。

    EPRI的統計數據顯示，美國每年因斷電而損失的經濟收入在1040億美元到1640億美元之間，另外因電力質量問題而導致的損失在150億美元到240億美元之間。美國公用事業電網的年均宕機目前是8小時45分鐘。但是，如果采用現場發電設備和UPS解決方案，每年的宕機可降至5分15秒。

    另外一些調查研究也顯示，網絡宕機將對企業造成致命性打擊，對于小規模的公司，財務方面的損失至少每小時達1萬美元，而對于嚴重依賴電子商務等商業模式的公司，宕機的損失高達每小時100萬美元。

    造成當機的根本原因是什么？

    根據伊頓公司編寫的2007年負載損失根源調查報告，三分之二以上的宕機事件起因于完全可以預防的問題，這個結論出人意料。調查還顯示，大約25%的UPS故障是由于部件長期老化磨損而導致的，而20%的故障則源自于電池老化變質。對宕機起因的調查揭示出：

    可預防性宕機（67%）大多由以下因素造成：

    • 人為錯誤

    • 缺乏流程

    • 程序和步驟錯誤

    • 設計不良

    • 冗余性差

    • 維護不足

    非可預防性宕機（33%）大多由以下因素造成：

    • 設備故障（盡管執行了必須的維護和測試工作）

    • 供應鏈/服務鏈中斷

    • 網絡恐怖主義活動

    UPS負載損失的根本原因舉例1

    伊頓公司對旗下的伊頓UPS產品服務數據進行了分析，結果表明，67%的負載損失事件起因于可以預防的人為錯誤和場地設計問題，其中包括：

    • 場地運營錯誤

    • 場地設計錯誤

    • 服務技術人員的失誤

    • 電池問題

    • 產品設計問題

    • 產品部件缺陷

    • 產品生命周期終止/產品老化

    • 產品出廠質量

    但令人鼓舞的是，采用定期的預防性維護能夠極大地降低UPS發生宕機的幾率。事實上，上述負載損失報告還指出，沒有預訂定期上門維護服務的客戶與每年接受兩次預防性上門維護服務的客戶相比，前者遭遇UPS故障的幾率幾乎是后者的四倍。這些調查結果充分驗證了定期UPS維護服務的重要性，它提供了一種減輕宕機致命危害的有效方法。

    1 伊頓公司2007年伊頓UPS負載損失調查報告

    造成UPS故障的常見原因

    造成UPS故障的原因多種多樣，其中最常見的包括有：

    1. 電池：電池是UPS的核心部件，無論使用年限多長，保修狀態如何，均須定期檢查和維護。調查顯示，20%的UPS故障是由電池問題造成的，其中溫度過高和累積放電是主要原因。在預防性上門維護過程中，維護人員將通過執行全面的測試流程收集數據，利用阻抗和傳導量測工具跟蹤電池性能并找出任何具有潛在內部問題的電池。

    2. 風扇：某些風扇發生故障是因為自身的電氣或機械限制或者滾珠軸承變干。在正常情況下，風扇可連續使用10年以上并保持良好性能，而有些風扇運行時間不長就會因機械故障而鎖定。

    3. 直流電容器：關于電容器的詳細信息請參見下文的說明。

    4. 瞬態尖峰：如果發生電流瞬態尖峰，UPS（濾波器/整流器）的輸入端將遭到破壞。在預防性維護上門服務過程中，維護人員將檢查這些部件是否損壞。

    其它導致UPS故障事件的因素包括：

    • 閃電：一個常見的錯誤觀念是UPS始終能夠保護設備負載免遭閃電的破壞，但這主要視瞬變電流的能量值而定。預防性維護檢查流程可立即查出閃電造成的破壞并采取必須的維修措施。

    • UPS內部連接：UPS臨近建筑或機器設備的振動可能影響這些連接的穩定性。我們建議每三個月對UPS進行一次掃描，查看是否存在熱點，而且每年應對整個UPS和電池柜進行全面的機械檢修和翻新改造。

    • 電容器：普通的UPS均配備十多個或更多不同類型和尺寸的電解質電容器，用于消除和過濾電壓的起伏波動。與電池一樣，電解質電容器也將隨時間推移而逐漸老化。雖然對于普通的電容器，制造商可能將其使用壽命標示為5年（全天候運行），但如果運行環境和條件良好，則使用期可能達到8至10年。在電容器發生故障之后，可能不會立即對系統造成顯著影響，但其它電容器必須承擔起額外的工作負荷，從而對其壽命造成負面影響。在許多情況下，電容器故障會使UPS切換到旁路模式，這時將無法保護下游負載。在預防性維護過程中對電容器的檢查有助于優化其運行并延長其使用壽命。

    • 空氣過濾器：灰塵的堆積會阻塞空氣過濾器，使UPS因運行過熱而關閉，因此必須每月進行例行檢修。對于一次出色的UPS維護計劃，更換過濾器是其中一項成本低廉的服務。

    • 電源：雖然UPS可能帶有冗余電源，但電源有可能發生輸入電壓浪涌，從而導致不可預料的壓力和過熱現象。我們建議通過定期檢查來識別潛在問題。

    • 輸入濾波器：必須對輸入濾波器的電流、參數和物理狀況進行評測和檢查。輸入濾波器有助于降低從UPS到輸入線路的總諧波失真（THD）。但是，根據輸入線路的電力噪音量的多少，濾波器會嘗試為整個系統校正諧波失真，造成線路過熱和扼流。

    • 電流接觸器：由于接觸器上容易堆積灰塵和其它堵塞性涂附材料，定期檢查和清潔將防止潛在故障的發生。

    • 粘接或焊接繼電器：這些組件經常被忽略，直到發生緊急破壞性事件才令人警醒。通過定期檢查可以及時檢測出潛在問題并采取相應措施，防止事態擴大。

    • 電機操作器：在與斷路器分離時，應檢查其操作是否正確，這項任務將由定期預防性維護人員在上門服務時完成。

    • 固件升級：由于升級版本采用了最新的運行改進特性，因此在升級時應確保與新增負載設備的兼容性，同時保證UPS始終處于最佳運行狀態。技術人員可在定期維護期間執行這些升級流程。

    • 瞬態電壓浪涌抑制（TVSS）功能的完整性：必須通過檢查確保金屬氧化物壓敏電阻（MOV）設備正常運行，未因過多的瞬態電流而發生異常。

    雖然構成UPS的各個組件極易發生故障，但預防性維護服務計劃可確保這些部件得到定期檢查，從而大大降低了負載損失的風險，同時延長了UPS的整體壽命。

    您的UPS面臨多大的故障風險？

    由于所有廠商的UPS都是具備多種關鍵電源調節和備用電池功能的復雜設備，因此發生故障的幾率較高。但是，通過由訓練有素的認證技術工程師提供全方位預防性維護服務計劃，您可以大幅度降低負載損失風險，延長UPS的總體壽命。

    從圖表1中可以看出，定期的預防性維護極大地降低了發生負載損失事件的幾率。通過系統性的檢查，預防性維護計劃可確保UPS的各種電子和機械部件定期獲得徹底檢測、清潔、測試和校準。如果缺乏適當的維護，由于電池和電容器等關鍵部件將因為使用中的損耗而老化，許多UPS將過早失效。但是，一個完備的維護計劃可以幫助您及時發現問題，大大降低故障風險。

    預防性維護上門服務次數

圖表 1：去年執行預防性上門維護之后的伊頓UPS負載損失狀況。

    最大限度減少業務中斷

    文件丟失或損壞、硬件故障、無法訪問關鍵系統：這些令人沮喪的事件僅僅是系統突然宕機所導致的一小部分后果而已，這些問題將對業務的正常運營構成嚴重威脅。更有甚者，如果在線訂購、電話系統等客戶服務機制或其它銷售工具中斷了與客戶之間的連接，您的銷售收入和聲譽勢必遭到重創。在許多情況下，系統宕機之后接踵而至的往往是財務上蒙受的災難性損失。

    但是，令人欣慰的是，借助于一個有效的預防性維護計劃，您的企業可以獲得更可靠、更優質、更經濟有效的電力供應，從而將系統宕機和業務中斷的風險降至最低。

    根據您選擇的維護協議，專業的技術工程師甚至可以遠程監控您的UPS的性能并診斷問題，同時還能7/24/365全天候響應緊急事件。事實上，如果發生了宕機事件，而您又擁有恰當的服務協議，問題可能在您獲悉故障之前就已迅速解決。

    實現UPS性能最大化

    預防性維護對于確保設備的最佳運行性能具有舉足輕重的作用。由優秀的技術工程師提供的系統性檢查、測試和清潔服務能夠確保UPS的各個電子和機械組件發揮出最高運行潛力。如果發現問題，他們將及時修復，避免問題惡化，造成嚴重的經濟損失，因此，您的UPS將以您所期望的性能高效運行。

    平均故障間隔時間（MTBF）是業界公認的測量系統行為和可靠性的標準，在測量時，MTBF采用了設備在實際應用時的故障相關數據，包括故障的數量和類型，同時在計算結果時假設系統在每次故障之后都“刷新”并立即恢復運行。最近的一次電源質量行業調查指明，如果缺乏定期的預防性維護，關鍵系統的MTBF將提高27%。

    通過采用由訓練有素的認證技術人員提供的綜合預防性維護服務計劃，您不但能減少替換部件的數量，還能大大延長UPS的使用壽命。

    提高投資回報率

    對許多企業來說，計算UPS的投資回報率（ROI）非常簡單，因為僅一次宕機事件造成的損失就超過了網絡保護方案的所有成本。優秀的預防性維護計劃不僅能降低宕機風險，還能通過延長設備壽命和節省部件更換成本來降低總體擁有成本。

    UPS維護計劃可為您的設備提供額外的一重保險。如您所知，即使最短暫的宕機也會造成幾千美元的損失，而有效的預防性維護計劃成本低廉，您在極短的時間內即可收回投資（ROI），而且更令人安慰的是，您的隱憂將一掃而光，從此安枕無憂。

    我們幾十年的經驗表明，定期預防性維護可同時延長UPS和電池的使用壽命。在許多情況下，如果缺乏定期維護，電池的壽命將減半。

    要衡量預防性維護計劃的成本節約潛力，最常用的方法是計算組織機構的宕機成本。在計算時應同時考慮直接成本和間接成本，比如商業機會的喪失、服務器恢復成本、人員停工和聲譽受損等。在某些情況下，還應考慮對安全的潛在影響。多數關鍵任務客戶都能計算出他們的宕機成本和因業務中斷而導致機會喪失的成本。隨著保險公司和風險管理企業逐漸認識到這些破壞的嚴重性，采取措施防范這些風險就成為當務之急。

    基本宕機情景假設

    1. 斷電持續時間（小時）

    2. 斷電波及的范圍（人員數量）

    3. 平均員工成本（每年）

    4. 生產效率損失（斷電期間的損失百分比）

    5. 平均正常運營收入（每天）

    6. 收入損失百分比（斷電期間不可恢復的成本）

    生產效率損失總額

    7. 每小時工作時間的平均成本（以每周工作40個小時計）

    8. 每個員工每天的平均成本（以每天工作8個小時計）

    9. 每個員工的生產效率損失（每天）

    收入損失總額

    10. 每天的收入損失（美元）

    無形損失

    11. 企業名聲/商譽（美元）

    12. 業務機會永久喪失（美元）

    13. 違反法規/規則遭受的處罰（美元）

    14. 服務合同違約（美元）

    15. 機會喪失（美元）

    16. 其它

    斷電的總成本（美元）

    在計算ROI時必須將收益最大化，同時將成本降至最低，而采用有效的預防性維護計劃將幫助您實現這兩個目標。

    預防性維護計劃概要

    為確保UPS始終保持良好的運行，我們提供了一系列服務方案建議，包括：

    • 每年定期對電子元件和電池進行預防性維護和檢修

    • 由專業技術工程師針對特定的UPS型號提供緊急響應服務

    • 使用現場部件庫存或由本地現場技術人員用貨車運送所需部件

    • 通過升級服務請求獲取高級技術支持和設計工程資源

    • 遠程監控服務，包括月度趨勢報告、7x24警報通知和立即聯系現場技術人員獲取快速響應

    • 遵守我們建議的部件更換周期，特別是電池和電容器等容易老化的部件

    • 了解UPS的生命周期、擴展特性和總體擁有成本

    • 聯系7x24在線的呼叫中心專家和本地技術人員

    • 建立準確的事件記錄

    此外，由于多數電池使用三到五年就老化失效，因此定期檢查非常關鍵。而且，由于單個電池槽發生故障就會引起整個UPS停機，因此按需對電池進行測試和更換就成為合格的UPS維護計劃中不可或缺的組成部分。多數客戶選擇每半年一次的VRLA或每季度一次的濕電池預防性維護服務。

    目前，一種最新的電池和UPS維護計劃是部署一個電池監控系統，提供持續監測，并在任何一個電池不符合出廠規格時及時發出報告。通過讓持有專業資質的服務供應商遠程監控電池系統，企業終于可以遠離隱憂，因為他們知道，經驗豐富的專家正在時時刻刻觀察并解讀著系統數據。有些客戶選擇自己來負責監控，但他們發來的負載損失報告經常顯示，他們的監控結果要么被忽略，要么被錯誤解讀。另外，報告還指出，在很多情況下，客戶缺乏有效的流程來針對電池問題警報實施及時的部件更換。

    有效的維護計劃將同時考慮UPS的當前使用年限和實際損耗情況，以此來確定采用哪個具體設備能達到期望的壽命。另外，此計劃還能幫助客戶規劃更換主要組件的預算，如電池或電容器，另外，客戶也可能希望將這些組件添加到某個合適的維護協議中。出色的維護戰略和計劃還應掌握機構的目標和方向及其在保證不間斷運行方面的優先目標。例如，系統是否負載較輕？企業是否在飛速增長？您的運營流程必須具備怎樣的永續性？您認為多快的響應可以稱之為快速響應？是次日、當天還是兩個小時之后？一旦您確定了自己的基本需求，您就可以判斷哪些設備需要優先配備維護協議，需要哪種級別的服務。

    一般部件更換周期

    以下規范將幫助您確定各個UPS組件的最佳更換周期：

    電池壽命

    待機模式下： VRLA電池為3至5年

    濕電池的壽命長短不一

    周期性使用： 放電量為30%的情況下可使用1200個周期

    放電量為50%的情況下可使用550個周期

    放電量為100%的情況下可使用250個周期

    電容器： 需要年檢。每隔7年更換一次或根據需求及時更換。

    熱插拔功能

    風扇： 在冗余或旁路模式下可在UPS單元運行過程中更換風扇。需要年檢，每隔7年更換一次。

    接線端子： 壓接機械電源接線頭，每年進行目視和熱檢查。

    空氣過濾器： 每年更換或根據需求及時更換。

    以優化可用性為目標的常規UPS測試

    性能優異的UPS可提供無與倫比的系統可用性或正常運行時間，這些UPS通常采用了規范性的維護計劃而且這些計劃得到嚴格執行。有效的維護計劃包含各種各樣的功能測試和組件檢查，而且這些操作均定期執行。特別需要指出的是，在監控電壓、頻率、電流和溫度等關鍵運行參數的同時，還應在UPS的各個模式轉換期間進行運行測試或大范圍預防性維護活動。以下是一些最常見的運行測試：

    1) 切至旁路并切回UPS：這項測試的目的是查看靜態開關和旁路斷路器電機操作器或接觸器。這項測試應至少每年執行一次，可以在負載位于維護旁路時進行測試。

    2) 電池運行并返回正常供電模式：這項測試有時與切換到發電機（transfer-to-generator）支持服務并返回正常供電狀態服務相結合。這項測試通常每月執行一次，主要目的是測試UPS、發電機和自動轉換開關（ATS）功能。

    3) 負載均衡評估：這項測試的目的是查看任何接近100%的相位上的負載。為防止發生負載超載，可以在必要時重新分配負載。需要引起重視的是，任何一個相位都有可能超載并引發意外警報或轉換，即使另外兩個相位的負載較低。

    4) 相位旋轉/現場接線檢查：這項測試的目的是檢查正常的線路更改或維護活動是否造成超限旁路警報或地點接線錯誤。這些問題往往直到發生旁路轉換時才被發現。

    5) 噪音測試：經驗豐富的技術人員會辨識異常的系統運行噪音，尤其是異常放電和風扇噪音或同步問題，包括振蕩或擊打噪音。不熟悉這些異常聲音的用戶往往注意不到這些細微的警示信號。

    6) 操作人員培訓：由于多數斷電現象起因于人為錯誤，因此企業應經常進行人員培訓，確保所有使用UPS和相關開關裝置的人員都精通系統運行方面的知識并了解錯誤操作將導致的后果。

圖片1：由于插入外來傳導性材料而導致的UPS故障

圖片2：偶發的組件故障

    結論

    每個UPS都含有各種使用壽命有限的組件，用戶必須按照制造商的指示和說明定期更換這些組件。為確保這些組件得到良好的維護并在必要時及時更換，實施定期維護極為重要。

    要保證您的關鍵設備和整個企業的持續平穩運行，采用卓有成效的預防性維護計劃是最經濟有效的舉措之一。由于定期維護能夠在極大程度上提高UPS的可靠性和性能，同時顯著降低宕機，因此預防性維護將構成企業運營保護端到端解決方案的關鍵組成部分，可有效抑制各種風險，使關鍵網絡保持最高運行性能。<