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　　一．对UPS大修的认识

　　1.1 为什么UPS需要大修

　　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。而随着设备使用周期的延长，可能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，特别是前期工程安装过程若不规范，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。

　　1. UPS建议能定期做下电的深度检测，对内部连接、平时带电无法看到的地方做全面检测，参数做校正确认。通过对UPS设备进行年检级别的检测，改善设备运行环境，查找并消除UPS设备的潜在隐患，提高设备的可靠性，保障机房电力供应的安全。当然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。

　　2. 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整机的使用寿命周期。在器件寿命期内提前做预防性整体更换，规避单体突然失效风险并提升系统可靠性。通过对UPS设备部分老化器件的及时更换，避免UPS设备突发故障引起的损失，并且能够恢复UPS设备的工作性能，延长UPS设备的使用寿命。并且有计划的整体更换能大大降低后期由于单体失效带来的非计划维修的次数，从而降低这些非计划维修带来的潜在风险。

　　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、故障件更换服务，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。维保服务也可以包含其他可选的增值服务，如“基础维护文档”、“维护分析报告”、“现场操作指导”、“灾变应急”等等。

　　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，而客户也不可能明知有寿命到期部件却等到每次故障发生了之后再来处理。再者，设备的在线检测或局部下电检测跟系统完全下电的彻底检测在深度和效果上是有区别的。所以大修实际上是维保服务的一个很好的补充，当然大修的周期也远大于维保的周期。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。

　　二．大功率电容器介绍

　　2.1 UPS为什么需要使用大功率电容器

　　图一：UPS内部使用的大功率电容器

　　铝电解电容用于直流滤波作用及保证直流母线电压的稳定，金属化薄膜电容用于交流滤波作用。如果没有电容滤波，UPS系统只能提供劣质的供电质量，无法胜任为要求高可靠性的系统提供优质的交流电源。

　　铝电解电容容量（能量密度）上比金属化薄膜电容要大，但是铝电解电容只能用于直流电路，金属化薄膜电容既可以用于交流电路，也可以用于直流电路，金属化薄膜电容如果用于直流，则极大增加UPS系统的尺寸和成本。所以主流应用就是铝电解电容用于直流电路，金属化薄膜电容用于交流电路。

　　在UPS内使用的大功率电容，典型的应用工况就是电容容量要求比较大、使用数量比较多、使用电压等级比较高、存在一定的纹波电流、电容身处环境温度比机柜外高。

　　2.2 大功率电容器简介

　　电容器的原理都相同，由两块金属电极之间夹一层绝缘电介质构成，当在两金属电极间加上电压时，电极上就会存储电荷。

　　不同类型的电容器的内部结构、使用材料和工艺、应用场景有自身的特点和要求。下面就UPS内使用的两种大功率电容器做一个简单介绍。

　　2.2.1铝电解电容：

　　图二：铝电解电容内部结构图

　　铝电解电容器主要原材料是正极箔和电解液，这两种材料是铝电解电容中最重要的原材料，它们决定了电容器的性能及寿命，对材料的纯度、杂质浓度有严格的要求。特别是电解液，它是在液体溶剂中添加了多种化学物质混合而成，每个厂家的电解液配方是保密的。

　　另外铝电解电容中其它比较重要的原材料如下，对原材料的杂质浓度都有要求：负极箔、引出线(导电条)、电解纸、芯子包封胶带、橡胶塞(密封盖板)、 铝壳。

　　铝电解电容器的主要特点：

　　◆铝电解电容器可以做到很大容量，漏电流也相对较大。使用是有极性的，不能有反向耐压。

　　◆铝电解电容器怕杂质污染，特别是怕Cl－、SO4－、Fe3＋、Cu2＋离子，加工及应用环境中不能含有这些离子的液体或气体。

　　◆铝电解电容器有自愈特性，工作时电解液会修补绝缘介质的缺陷，同时产生气体。工作过程中，如内部气压过高，防爆阀会动作，释放出气体。

　　2.2.1金属化薄膜电容：

　　图三：金膜电容内部结构图

　　金膜电容的关键材料是经过蒸镀后的薄膜，选用不同的薄膜决定了电容器的主要性能，主要参数有蒸镀层金属及形状、基膜材质及表面处理、厚度、边缘处理、是否为安全膜等。喷涂金属直接影响电容器的ESR及耐电流冲击能力。

　　灌封料也是重要的材料，好的灌封料应同时具备绝缘、耐高温、导热、密封防潮等特性，特别是防潮性能对保证电容器长期使用非常重要。其它辅助材料还包括：连接线、铝罐、上盖、接触端子、绝缘材料、螺钉、放电电阻，座垫等。

　　u 金属化膜层的厚度远小于金属箔的厚度，因此卷绕后体积也比金属箔式电容体积小很多，相对可以做到较大的容量。

　　u 金属化薄膜电容的优点是“自愈”特性，但同时会影响电容的容量。

　　u 环境中的湿气会影响电容增加漏电流，缩短电容使用寿命。

　　三．大功率电容寿命探讨

　　3.1 影响大功率电容寿命的因素

　　图四：电容器的失效率/时间曲线

　　a区：早期失效率,电容器工厂、整机厂家在出厂前都会做老化筛选

　　b区：使用过程中失效率，厂家给出的使用失效率一般都小于10PPM

　　c区：寿命结束期老化失效率

　　图五：电容故障模式

　　电容器的故障有很多种故障模式，但从整个生命周期来看，可以主要分为三个阶段：制造时的瑕疵；安装和使用时的异常情况；正常使用随时间的劣化。

　　◆ 制造时的瑕疵

　　虽然可能因素项很多，但目前的质量控制一般都很好。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，一般也会在使用早期阶段体现出来。要注意的是，大功率电容的电解质表面面积非常大，面积中的薄弱点成为电容性能的薄弱环节。

　　在后面有关寿命的探讨中，暂不考虑这些制造时的因素。

　　◆ 安装和使用时的异常情况

　　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。电容器有寿命设计要求，当使用时间超过电容器的设计寿命时，电容器的失效率会迅速上升。

　　3.2 电容寿命加速试验参考数据

　　以维谛技术（前艾默生网络能源）对两个电容厂家的额定寿命为5000h的350V/1000UF/85℃的某批次铝电解电容器做的随机的抽检和寿命加速试验为例，具体参考数据如下：

　　Ø 测试条件：