一．對UPS大修的認識

　　1.1 為什么UPS需要大修

　　沒有任何設備可以在沒有定期維護的前提下保障可靠運行。UPS屬于數據中心基礎設施中非常重要的一環，需要非常高的可靠性來保障給后端負載不間斷供電。而隨著設備使用周期的延長，可能有諸多的因素會影響到設備的正常運行，如：

　　◆ 前期安裝存在隱患，比如電纜端子壓接不牢，內部信號端子存在松動。

　　◆ 受運行環境影響，特別是前期工程安裝過程若不規范，設備內部容易進入并殘留導電粉塵。

　　◆ 電子器件參數偏移、老化等因素。

　　◆ 長期沒有加載、功能驗證測試，無法全面把握系統狀況。

　　◆ 部分器件如大電容、風扇有壽命預期，且一般低于UPS整機的使用壽命周期。

　　在工業領域，在定期的“檢修窗口期”對設備做深度保養已經成為了慣例和制度。在數據中心領域，UPS的年檢和大修也逐漸被越來越多的客戶所接受。

　　1.2 完整的UPS大修內容

　　完整的UPS大修應該包含年度檢測級別的深入檢測和有壽命預期器件的預防性整體更換。

　　1. UPS建議能定期做下電的深度檢測，對內部連接、平時帶電無法看到的地方做全面檢測，參數做校正確認。通過對UPS設備進行年檢級別的檢測，改善設備運行環境，查找并消除UPS設備的潛在隱患，提高設備的可靠性，保障機房電力供應的安全。當然最理想的是在檢測過程中能夠做假負載測試和各種功能驗證測試，這樣對系統的運行狀態能做到更全面的了解。

　　2. 部分器件如電容、風扇有壽命預期，通常在5-6年左右，遠低于UPS整機的使用壽命周期。在器件壽命期內提前做預防性整體更換，規避單體突然失效風險并提升系統可靠性。通過對UPS設備部分老化器件的及時更換，避免UPS設備突發故障引起的損失，并且能夠恢復UPS設備的工作性能，延長UPS設備的使用壽命。并且有計劃的整體更換能大大降低后期由于單體失效帶來的非計劃維修的次數，從而降低這些非計劃維修帶來的潛在風險。

　　1.3 UPS大修跟維保服務的差別

　　通常的設備維保服務包括兩大類的服務內容：一是提供技術支持及故障后的維修、故障件更換服務，這樣維護預算可控；另一個是主動的定期巡檢服務，通過專業巡檢來提前發現設備的隱患。維保服務也可以包含其他可選的增值服務，如“基礎維護文檔”、“維護分析報告”、“現場操作指導”、“災變應急”等等。

　　但是，維保服務界面并不包含有壽命預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生了之后再來處理。再者，設備的在線檢測或局部下電檢測跟系統完全下電的徹底檢測在深度和效果上是有區別的。所以大修實際上是維保服務的一個很好的補充，當然大修的周期也遠大于維保的周期。設備大修跟維保的理念實際在汽車服務領域有廣泛和深入的執行。

　　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定，金屬化薄膜電容用于交流濾波作用。如果沒有電容濾波，UPS系統只能提供劣質的供電質量，無法勝任為要求高可靠性的系統提供優質的交流電源。

　　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系統的尺寸和成本。所以主流應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內使用的大功率電容，典型的應用工況就是電容容量要求比較大、使用數量比較多、使用電壓等級比較高、存在一定的紋波電流、電容身處環境溫度比機柜外高。

　　2.2 大功率電容器簡介

　　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構成，當在兩金屬電極間加上電壓時，電極上就會存儲電荷。

　　不同類型的電容器的內部結構、使用材料和工藝、應用場景有自身的特點和要求。下面就UPS內使用的兩種大功率電容器做一個簡單介紹。

　　2.2.1鋁電解電容：

　　圖二：鋁電解電容內部結構圖

　　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，對材料的純度、雜質濃度有嚴格的要求。特別是電解液，它是在液體溶劑中添加了多種化學物質混合而成，每個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，對原材料的雜質濃度都有要求：負極箔、引出線(導電條)、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：

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

　　◆鋁電解電容器怕雜質污染，特別是怕Cl－、SO4－、Fe3＋、Cu2＋離子，加工及應用環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，工作時電解液會修補絕緣介質的缺陷，同時產生氣體。工作過程中，如內部氣壓過高，防爆閥會動作，釋放出氣體。

　　2.2.1金屬化薄膜電容：

　　圖三：金膜電容內部結構圖

　　金膜電容的關鍵材料是經過蒸鍍后的薄膜，選用不同的薄膜決定了電容器的主要性能，主要參數有蒸鍍層金屬及形狀、基膜材質及表面處理、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，好的灌封料應同時具備絕緣、耐高溫、導熱、密封防潮等特性，特別是防潮性能對保證電容器長期使用非常重要。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，相對可以做到較大的容量。

　　u 金屬化薄膜電容的優點是“自愈”特性，但同時會影響電容的容量。

　　u 環境中的濕氣會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/時間曲線

　　a區：早期失效率,電容器工廠、整機廠家在出廠前都會做老化篩選

　　b區：使用過程中失效率，廠家給出的使用失效率一般都小于10PPM

　　c區：壽命結束期老化失效率

　　圖五：電容故障模式

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

　　◆ 制造時的瑕疵

　　雖然可能因素項很多，但目前的質量控制一般都很好。若質量控制出現問題，一般會呈現出批次性的問題。個體的質量瑕疵，一般也會在使用早期階段體現出來。要注意的是，大功率電容的電解質表面面積非常大，面積中的薄弱點成為電容性能的薄弱環節。

　　在后面有關壽命的探討中，暫不考慮這些制造時的因素。

　　◆ 安裝和使用時的異常情況

　　安裝時因外力受損、使用時異常的溫濕度環境、過高的電壓、過大的紋波電流、過大的電流沖擊等因素，都會影響電容器的正常使用壽命。

　　◆ 正常使用隨時間的劣化

　　隨使用時間的增加，電解液的蒸發、密封材料的老化等不可避免的會出現，會影響電容器的容量和使用壽命。電容器有壽命設計要求，當使用時間超過電容器的設計壽命時，電容器的失效率會迅速上升。

　　3.2 電容壽命加速試驗參考數據

　　以維諦技術（前艾默生網絡能源）對兩個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的抽檢和壽命加速試驗為例，具體參考數據如下：

　　Ø 測試條件：