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二、運維人員應具備的素質(zhì) 運維管理是需要人去做的，如何才能管理好一個數(shù)據(jù)中心，才能充分發(fā)揮數(shù)據(jù)中心的作用，使之能更好地為云計算提供強大的支持能力。運維人員應具備什么樣的素質(zhì)才能做到這一點呢？一般說需具備以下三個方面的條件。 1、深厚的理論基礎(chǔ) 這部分知識來源于學習和不斷地研究，比如看書和培訓。有了這樣的理論基礎(chǔ)也就減少了對問題分析的盲目性。否則碰到問題就不知所措，無從下手。如圖1所示是某數(shù)據(jù)中心 圖1 某數(shù)據(jù)中心供配電結(jié)構(gòu)原理圖
供配電結(jié)構(gòu)原理圖。如圖所示，兩臺120kVA UPS并聯(lián)后送到兩個配電柜，每個配電柜各有35個16A的微型斷路器。一天夜里1# 配電柜突然有八個輸出斷路器跳閘。后來檢查結(jié)果是一個IT電源輸入短路，兩個IT電源輸入保險絲燒斷。這就提出了如下的問題： （1） 為什么三個電源故障導致八個斷路器跳閘？ （2） 因為是一個電源短路為什么八個斷路器跳閘？ （3） 為什么跳閘都發(fā)生在1# 配電柜，而2# 配電柜沒有任何反應？ 以上的幾個問題如何解釋？這里面包含了理論、經(jīng)驗和對電路與器件的了解。 又如，某化工單位在定期為240kVA UPS電池放電時，由于負載太小，只好將電池組取下來用假負載放電。放電后又將電池組接回原處，合閘后機器突然爆炸和起火。專家檢查后發(fā)現(xiàn)電池的極性連接正確，但所有逆變器功率器件和整流器后面的所有電解電容器統(tǒng)統(tǒng)燒毀！于是專家還是就作出了是“機器質(zhì)量問題”的結(jié)論。結(jié)果代理商賠了一臺新機器。是機器本身的質(zhì)量問題嗎？為什么電池放電前機器一直運行正常，而放電后就起火爆炸呢？就算是質(zhì)量問題也不會在同一時間所有這些器件都達到報廢的程度！這又如何解釋？如此等等，如果不站在理論的高度上去分析，單憑經(jīng)驗和直觀視覺就一頭霧水，就不能做出公允的判斷?！皺C器質(zhì)量問題”的結(jié)論肯定是錯的，錯在哪里？錯就在不懂UPS的結(jié)構(gòu)原理。 又如，某機關(guān)數(shù)據(jù)中心購置了4臺200kVA UPS做2′（1 1）連接，如圖2所示。機器安裝后在考機期間，為了檢測在市電轉(zhuǎn)換時的輸出不間斷功能，就在轉(zhuǎn)換開關(guān)ZB1由市電1向市電2切換瞬間分路斷路器ZB2和ZB2跳閘，兩路并聯(lián)UPS1和UPS2各壞了1臺，檢查發(fā)現(xiàn)都是可控硅整流器燒毀和控制電路板受損。按道理說由市電1切到市電2是一個很 圖2 2′（1 1）連接供電系統(tǒng)
普通的操作，即是UPS最普通的功能之一，為什么會出現(xiàn)如此情況？而且修好后不到一年又一次市電停電停電時，UPS轉(zhuǎn)為電池供電模式，待市電恢復后UPS的輸入電壓就不能投入了，一直是逆變器供電。為什么？為了工作再不受影響，用戶只好將其淘汰!為什么會這樣？調(diào)查得知該機器是打著進口品牌的國產(chǎn)品，而且該生產(chǎn)者是一個國內(nèi)不知名的小廠。在用戶購置該UPS的時候，國內(nèi)知名的幾家UPS制造商也剛剛達到生產(chǎn)該容量的水平，且大都是仿制。不用說這一家也是仿制。問題是為什么的仿制就會出現(xiàn)如此多的問題呢？技術(shù)分析留待后面，這里只分析產(chǎn)品和知名廠家的不同，其不同就是仿制技術(shù)水平的差別（這可從UPS故障后兩個月以后才修復看出技術(shù)水平不佳）、生產(chǎn)平臺的差別（機內(nèi)布線和控制電路板外觀粗燥）、元器件等級的差別（更換故障部件不是一次成功）、檢測手段的差別（出廠產(chǎn)品做市電切換是常規(guī)手段，這次故障說明產(chǎn)品出廠時連最常規(guī)的實驗都沒做）等。由于用戶缺乏這方面的知識，沒有向廠家提出采取相應的應對措施，才會很快又出現(xiàn)第二次故障。 2、豐富的實踐經(jīng)驗 理論來自學習，但必須和實踐經(jīng)驗相結(jié)合。一般說經(jīng)驗多數(shù)來自教訓，所謂失敗是成功之母就是這個道理。這里所說的經(jīng)驗是經(jīng)過反復實踐證明的，是經(jīng)得住考驗的。往往好多所謂經(jīng)驗并不是真正的經(jīng)驗而是經(jīng)歷。比如不少人認為零地電壓干擾負載，并能舉出一些實際例子加以證明。比如舉例者說：一次，機器系統(tǒng)工作異常，經(jīng)查找發(fā)現(xiàn)零地電壓大于1V，于是就將電源的零線和地線短接，結(jié)果異常消除了。當問及是否又將零地短接線斷開時，其回答是：“既然工作正常了還斷開做什么？”首先這個經(jīng)驗是不完全，只做了一半。一個完整的經(jīng)驗應該是：零線和地線短接后異常消除，接著再將零地短接線斷開，如果此時系統(tǒng)工作又出現(xiàn)異常，就說明是零地電壓干擾系統(tǒng)；如果將零地短接線斷開后系統(tǒng)仍正常工作，就不能說明零地電壓干擾系統(tǒng)。這里的誤區(qū)是當事者聽信了傳說‘零地電壓干擾負載’的影響，在他的心目中已有這個印象，這次的經(jīng)歷正好迎合了這種心理，所以就錯誤地認為這就是經(jīng)驗。 大都有這樣的經(jīng)歷：比如原來的顯像管老式電視機，看的時間長了就會出先這樣的毛?。弘娨暀C正在收看節(jié)目時突然影像沒有了，一般的做法是拍打幾下電視機外殼，大都是影像出現(xiàn)了。有了這一次的經(jīng)驗，以后只要影像沒有了就去拍打外殼?？烧f是有了多次‘經(jīng)驗’。難道就可以說這個電視機所以經(jīng)常出現(xiàn)黑屏就是因為‘欠打’嗎？很明顯這是誤解。總有一天將電視機拍打的徹底黑屏為止，或燒掉。 3、很強的責任心 這一點尤為重要，技術(shù)好并不代表責任心強。比如某金融數(shù)據(jù)中心一位技術(shù)很好的運維工程師，開始的確是嚴格按照機房守則每兩小時抄一次UPS顯示屏上的數(shù)據(jù)，幾個月下來顯示屏上的數(shù)據(jù)總也不變，他都背熟了。從此開始機房就再也不去了，按照記憶每兩小時填一次表。突然一天半夜機房內(nèi)市電故障停電，UPS轉(zhuǎn)為電池模式繼續(xù)為機房IT系統(tǒng)供電，這位工程師早晨上班后仍按習慣沒有去機房巡視，就直接將記憶中的數(shù)據(jù)填入表中，幾小時后由于電池的儲能枯竭致使UPS輸出停電，機房設(shè)備全部停止運行?？上У氖呛髠浒l(fā)電機控制屏的開機旋鈕指在“手動”位置上，本來可以避免的故障就這樣出現(xiàn)了，給單位造成了嚴重損失。 再者，責任心強如果制度定得不合適也會導致故障。如在前面“深厚的理論基礎(chǔ)”中提到的例子，這位工程師責任心是很強，做到了定時為電池放電保養(yǎng)，但由于制度定的不細使得只有一個人的情況下單獨操作，結(jié)果由于誤操作而導致故障。在對待高壓（不論是直流還是交流）情況下應該是兩人在場，一個人操作一個人‘監(jiān)督’。 4、業(yè)界普遍對供電系統(tǒng)認識的十大誤區(qū) 飛輪儲能式和靜止變換式UPS在上世紀六十年代就已出現(xiàn)，至今已有五十多年。產(chǎn)品在技術(shù)上已經(jīng)很成熟。但由于仿制者、使用者和銷售者不是第一線的原設(shè)計者，大都沒有很好地領(lǐng)會原設(shè)計者的意圖，再加之對電路理論的欠缺，雖對原設(shè)計電路做了某些修改，但仍屬依葫蘆畫瓢。有些基本概念還是不清楚，結(jié)果也誤導了使用者和銷售者。尤其對用戶的采購和運維帶來了負面影響。先舉例如下： （1）認為輸入功率因數(shù)為0.999（接近于1）的UPS可以配同容量（即1:1）的發(fā)電機 當代高頻機型UPS的輸入功率因數(shù)都在0.99以上，可以認為接近于1，于是就聲言‘可以配同容量（即1:1）的發(fā)電機’。這種說法容易把用戶帶入歧途。因為再用六脈沖整流輸入的工頻機UPS時，其配套惦記的容量至少為UPS容量的三倍，在用高頻機時無形中就節(jié)省了后備發(fā)電機的投資和占地面積。但事實并不是如此，首先要看發(fā)電機的負載功率因數(shù)，如果發(fā)電機的負載功率因數(shù)為1，上述UPS與發(fā)電機的配比是正確的?？上У氖钱敶髠浒l(fā)電機的負載功率因數(shù)多為0.8，這時發(fā)電機的容量就必須加倍（后面有說明）；這是其一，其二是當UPS為單機或1 1冗余結(jié)構(gòu)，甚至雙總線供電結(jié)構(gòu)時都有一個過載量的問題。比如大多數(shù)UPS都有過載到125% 10min、過載到150% 30S~1min的能力。在電機供電模式中這個超過UPS額定容量的部分仍應該由發(fā)電機提供，因此1:1的說法太籠統(tǒng)，要是具體情況而定，不能一概而論。但在實際中這種1:1的說法給用戶帶來不少損失。 （2）認為UPS有兩個功率因數(shù) 眾所周知，一個電路、一個設(shè)備定型以后，其性質(zhì)也就定了。功率因數(shù)是表征負載性質(zhì)的一個參數(shù)。真正懂電路的人都清楚：一個電路、一個設(shè)備只有一個功率因數(shù)，那就是輸入功率因數(shù)。就是這個功率因數(shù)決定了電路和設(shè)備的性質(zhì)。任何電源和任何電路無一例外。電路有輸入阻抗和輸出阻抗，唯獨沒有輸出功率因數(shù)。在學術(shù)上定義的任何一個參數(shù)都是可以操作的，即可以測量的。比如包括UPS在內(nèi)的任何電源的輸入功率因數(shù)由于是唯一的，所以是可以測量的。當今的高頻機型UPS輸入功率因數(shù)可以高達0.99以上，它在任何輸入電源（市電、發(fā)電機和正弦電壓發(fā)生器等）為正弦波電壓的情況下都是0.99以上。但是有的人卻把負載端的功率因數(shù)誤稱為輸出功率因數(shù)，無形中就把這個功率因數(shù)歸屬于電源了。這樣的叫法會給人們帶來好多誤解。把負載功率因數(shù)稱為輸出功率因數(shù)，這就出現(xiàn)了兩個無法解釋的問題： 其一，這個所謂“輸出功率因數(shù)”不是唯一的，因為帶什么負載就是什么功率因數(shù)，比如帶線性負載這個功率因數(shù)就是1，帶老的IT設(shè)備這個功率因數(shù)就是0.7，實際上就說明這個功率因數(shù)是負載的輸入功率因數(shù)。如果非要稱之為UPS的輸出功率因數(shù)的話，那就來測量一下，如前所述UPS帶什么負載就是什么功率因數(shù)，實際上是負載的輸入功率因數(shù)。就是不帶負載時（空載）才是UPS的輸出功率因數(shù)。設(shè)這個輸出功率因數(shù)為FO ,根據(jù)功率因數(shù)的定義： 式中PO是有功功率，因是空載所以為零；SO是視在功率，因是空載所以也為零。式（1）的結(jié)果是個無理數(shù)，如果用功率因數(shù)表去測量，根本測不出來。 其二，UPS的輸出阻抗是容性的，既然是UPS的輸出功率因數(shù)，那么這個功率因數(shù)也應該是容性的，即功率因數(shù)的符號應該是“ ”。同時這些人認為以前服務器也是容性的，這就出現(xiàn)了電源輸出和負載輸入同性質(zhì)的情況，就不存在誰補償誰的問題了。而實際上，電源的容性輸出無功功率是補償負載感性無功功率的。而且以前UPS就是按負載為感性而設(shè)計的?？上в械闹普吣茏鞒鲞@樣的電路設(shè)計而不知為什么這樣做，這就是仿制者的誤區(qū)所在。 這里又有一個問題，負載功率因數(shù)既然不是UPS的輸出功率因數(shù)，看來和UPS沒有什么關(guān)系，但又為什么要出現(xiàn)在UPS的參數(shù)表里？這個負載功率因數(shù)所以出現(xiàn)在UPS的參數(shù)表里是因為沒有這個參數(shù)UPS就沒法制造。UPS既不是空氣也不是水，即它不是通用的。這和電磁爐一樣，電磁爐的負載只能是導電和導磁的鍋具，而微波爐內(nèi)絕對禁止導電和導磁的器具。UPS也有著它特有的供電對象，最早期它的供電對象是計算機，而計算機的輸入電源都是整流濾波方式，是電感性的輸入功率因數(shù)，其值在0.8左右，因是感性所以標為‘-0.8’。這就是為什么早期進入我國的所有UPS的負載功率因數(shù)都是-0.8。其含義就是：這臺UPS是專為輸入功率因數(shù)為-0.8的負載設(shè)計的。因為它的輸出電容的容抗設(shè)計值正好抵消負載的感抗值。以往幾乎所有電子負載都是感性的。這個負載功率因數(shù)值是萬萬不可缺少的，沒有它用戶就無法合理選擇UPS的容量。有不少用戶就因為不了解這一點，所以選購的容量差異很大。 （3）當功率因數(shù)< 1時認為UPS輸出能力還是永恒的 輸出功率因數(shù)的叫法帶來更大的負面效應就是造成制造商與用戶的矛盾，制造商與檢測機關(guān)的矛盾和制造者與認證機關(guān)的矛盾。當制造商設(shè)計的負載功率因數(shù)與實際負載的輸入功率因數(shù)不匹配時，UPS必須降額使用。究竟降多少？這要視負載的性質(zhì)（輸入功率因數(shù)）而定。這種輸出功率因數(shù)的叫法所以帶來如此多的矛盾，就是因為雙方都不清楚上面介紹的原因。圖2示出了一般UPS的結(jié)構(gòu)原理。從圖中可以看出，當電源設(shè)計的負載功率因數(shù)與 圖2 一般UPS原理結(jié)構(gòu)圖
實際負載的輸入功率因數(shù)相等時就是全匹配。全匹配的含義就是逆變器的全部額定有功功率都送到了負載的電阻部分，而與逆變器輸出并聯(lián)的電容器C中的無功功率都送到了負載的電感部分，達到了全部補償?shù)哪康?。這時的電源就發(fā)揮了它的全部作用。即負載上得到了電源的全部功率S：
式中P是逆變器輸出的有功功率，Q是電容器C輸出的無功功率。假如UPS設(shè)計的是負載功率因數(shù)為 0.8的100kVA容量的額定值，就表明該電源在輸入功率因數(shù)為-0.8的100kVA容量的負載時就可以輸出80kW的有功功率和60kvar無功功率。 那么當負載與電源不匹配時的情況呢？比如一般在做電源輸出能力驗收時，大都以電阻作假負載。但電阻是線性負載，輸入功率因數(shù)為1，和電源不匹配了，按照要求就必須降額使用。降多少？這需要通過計算來確定。圖3示出了UPS帶線性負載的情況，所謂線性就是電阻性的負載，無功功率沒有了，電容失去了補償對象。如果仍以負載功率因數(shù)為-0.8容量為100kVA的UPS為例，這時由于電容器C沒有了負載感性60kvar的補償對象。它的容性60kvar也就成了逆變器的負載，如圖3所示。該電容的容抗XC就是：
即逆變器輸出首先在0.81W上建立起220V的電壓，此時容性電流的電流： 換言之，逆變器首先拿出272A的容性電流去給電容器C充入60kvar的無功功率Q。不言
而喻這時輸送給電阻負載部分R的有功功率PR就再也沒有80kW了，還有多少呢？根據(jù)上邊的公式計算：
就是這個53kW的值使好多認識不到的人產(chǎn)生了誤會，從而也就出現(xiàn)了上面所說的矛盾。 a. 制造商與用戶的矛盾：當用戶按照0.8的功率因數(shù)配置80kW電阻負載時，由于UPS給不出這么多的有功功率，用戶就認為制造商偷工減料，制造商也由于不明白這個道理，無話可說。 b. 制造商與檢測機關(guān)的矛盾：當檢測機構(gòu)按照他們的理解也用0.8的功率因數(shù)配80kW電阻負載時，也是由于UPS給不出這么多的有功功率，檢測機構(gòu)也就認為制造商偷工減料，制造商也由于不明白這個道理，無話可說。 c. 制造商與認證機關(guān)的矛盾：當認證單位也是按照他們的理解，仍用0.8的功率因數(shù)配置80kW電阻負載時，當然也由于UPS給不出這么多的有功功率認證不過關(guān)，拿不到認證書就無法銷售。于是制造商就用加大逆變器功率的辦法使其可以輸出80kW。逆變器的功率加大到多大就可以輸出80kW的有功功率呢？從式（5）的計算可以看出，逆變器的功率只要抵消掉電容器C上的60kvar后還可以給出80kW就可以了。所以此時的逆變器功率P0應該是：
也就是說：
時，標稱為100kVA 負載功率因數(shù)為0.8的UPS在帶線性負載時就可以輸出80kW的有功功率了。所以就有的宣稱我的‘功率因數(shù)為0.8的100kVA就可以給出80kW的有功功率’！豈不知這又是一個誤區(qū)。因為這時的輸出能力是，在匹配負載下可以輸出100kW和60kvar。按照功率因數(shù)的定義： 可以看出，此時的負載功率因數(shù)已不是0.8而是0.86！因此可以這樣說：功率因數(shù)為0.8的100kVA容量的UPS，在帶線性負載時絕對給不出80kW的有功功率；反之，能給出80kW有功功率的100kVA容量的UPS，其負載功率因數(shù)肯定不是0.8。因此，當實際負載的輸入功率因數(shù)接近于1時，應選負載功率因數(shù)為0.9以上的電源為好。這時的輸出有功功率仍以100kVA為例，設(shè)UPS的負載功率因數(shù)為0.9，而負載為輸入功率因數(shù)1的電阻，此時UPS的輸出無功功率的能力Q為：
此時輸出有功功率的能力P為：
但若負載功率因數(shù)是0.7的UPS，一般10kVA以下者居多。設(shè)為10kVA。此時UPS的輸出無功功率的能力Q為：
此時輸出有功功率的能力P為：
這是個虛數(shù)，即連1W也給不出來。上面的計算都是按額定值考慮的，而實際設(shè)備中還要考慮過載能力，因此要比額定容量大一些，因此可以給出多一點的有功功率。但方向確實如此。 這種情況不只適用于UPS，也適用于包括發(fā)電機在內(nèi)的任何電壓源。 （4）認為UPS的輸出變壓器能抗干擾，有濾波作用 持這種觀點者不在少數(shù)，但主要還是來自制造商的誤解，進而是系統(tǒng)設(shè)計者的誤解。就
（a） 以往沒有變壓器的列頭柜 （b）當代接入了變壓器的列頭柜
圖4 以往有變壓器的列頭柜和當代接入了變壓器的列頭柜
是這種誤解給用戶帶來了很多麻煩。其麻煩就在于幾十年沒有變壓器的列頭柜竟突然加進了變壓器，如圖4所示。圖5示出了兩種列頭柜的電路原理圖。在圖5的‘現(xiàn)在的列頭柜’中
圖5 兩種列頭柜的電路原理圖
不但加進了變壓器，相當然地就多加了一個輸入斷路器，一般在這種情況下又都加了一級防雷器。這些環(huán)節(jié)不但沒有好處，反而加重了用戶的負擔： A． 增加了無謂的設(shè)備投資，造成了浪費； B． 增加了3個故障點（防雷器、斷路器和變壓器），降低了可靠性； C． 加重了機柜的重量，為樓層的承重帶來了麻煩。如果沒有這個變壓 器，列頭柜的重量也就是三百公斤左右，一般700kg的地板承重就可以了。加了變壓器后不少機柜增加到大約1000kg。700kg承重的地板必須增加到相應的值，如果一個信息中心有幾十個列頭柜，就是幾十噸。就需要加散力架，即需要外加鋼梁，這是一個不輕松的工程。增加了投資和延長了工程周期； D． 更有甚者有的要求在UPS的輸出端又增加了一級防雷，又使供電系統(tǒng)多了一個故障點。 這種變壓器在正常工作時是線性工作狀態(tài)，線性的特點是要求變壓器輸入輸出不失真。因此變壓器并不抗干擾。并且防雷器也是無的放失。 目前不少大的數(shù)據(jù)中心列頭柜都放了變壓器；也有的數(shù)據(jù)中心只有一部分列頭柜放進了變壓器，而另一本分卻沒有放變壓器；更有的大數(shù)據(jù)中心幾十個列頭柜中既沒有變壓器也沒有加防雷器，他們的負載都是國際上的這幾家大公司的產(chǎn)品，都已正常工作了幾年了。由此可以說明這個變壓器根本沒必要加入。 （5.）認為UPS的輸出電壓在正常情況下是穩(wěn)頻的 這里所說的UPS正常情況是指市電工作模式，即市電正常輸入時的情況。在這種情況下UPS輸出電壓的頻率和相位不但要和市電頻率同步而且還要鎖相，目的就是為了零切換。但有的UPS供應商卻說UPS的輸出電壓是穩(wěn)頻的，并舉出例子說，當出入電壓頻率變化±3Hz時其輸出仍然穩(wěn)定在50Hz。這種觀點得到了不少用戶的認可。是不是這樣呢？根據(jù)計算當輸入頻率變化3Hz而輸出仍穩(wěn)定在50Hz的情況下，每經(jīng)過大約八個周期輸入輸出相位就相差180°，即輸入電壓正半波的峰值 311V正好對應著輸出電壓的負半波峰值-311V。如果此時需要切換，應該是一個什么局面! “穩(wěn)頻”者卻忘了在UPS技術(shù)指標中有一項‘跟蹤速率：1Hz/s’的含義。他不知道跟蹤什么，所以才出現(xiàn)了這種誤區(qū)。這才導致用戶向UPS廠家索要輸出穩(wěn)頻的產(chǎn)品。 （6） 認為UPS輸出的無功功率無用 這又是一個誤區(qū)。有功功率和無功功率歷來是互相依存的矛盾的兩方面，我們一般都把可以做實事的功率稱為有功功率，比如可以使電機旋轉(zhuǎn)、燈泡發(fā)亮的電功率叫有功功率，有功功率只要表現(xiàn)出來就一去不復返，全部變成了熱量散發(fā)到空氣中；把儲存在儲能裝置中功率（以勢能的形式儲存）稱為無功功率，比如電池中的化學能、電容器中的電場、電感中的磁場，在接入負載前他們只是靜靜地待在容器里什么活計都不干。不只是電有這種情況，在日常生活中也是這樣，無處不在。比如家庭做飯的煤氣，當不打開氣閥做飯時，煤氣就乖乖地待在罐里什么活也干不了，這時就是無功；做飯時它就以火焰的方式做功了。又比如吃飯用的筷子，真正夾菜（做功）只有頭上一小段，而后面的一大段和菜沒關(guān)系，也就是不做功… 從上面的例子可以看出有功和無功是共存的，沒有無功也就沒有有功。電網(wǎng)也是這樣，當電網(wǎng)不接入用電設(shè)備時，它是不做功的，但沒有電網(wǎng)則用電設(shè)備就沒有電用。這就是有功功率和無功功率的關(guān)系。這一切都說明無功功率雖然沒做功但它有用，沒有無功功率的支持也就沒有有功功率。 包括UPS在內(nèi)的電源為了適應那個時代的負載特性，就有意識地產(chǎn)生一些無功功率。比如早期進口的UPS，它的負載功率因數(shù)都是‘-0.8’，這就是那是的時代特點。即100kVA可以輸出80kW的有功功率和60kvar的無功功率。這個功率因數(shù)帶現(xiàn)在在不少UPS中還在使用。這種情況可以用圖6的UPS與負載連接原理圖來說明。以往的電子負載幾乎都是電
圖6 一般的UPS與負載的連接原理圖
感性的多。原因是電子設(shè)備內(nèi)電源輸入電路都是整流濾波電路結(jié)構(gòu)，這在筆者有關(guān)書籍的章節(jié)中都有介紹，這種電路呈電感性，如圖6所示的L分量。這個分量的存在就產(chǎn)生了無功
圖7 整流濾波形成的無功功率過程
功率，如圖7所示。無功功率是如何產(chǎn)生的呢？圖7（c）所示是圖7（b）電路的整流波形，整流后的波形必須經(jīng)過電容器C濾波成直流才可以是電路正常工作。但濾波卻改變了蒸餾電流的波形：從正弦的電流輸入波形變成了脈沖波形。比如輸入為220V，一般整流電壓為300V，而有效值為220V的峰值電壓才311V，就是說整流電壓在300V以下時是沒有輸入電流的 經(jīng)過計算看出，能夠有輸入電流的空間只占半波寬度的1/5。這樣一來，在這么小的寬度上輸入的電流總能量要和半波全額輸入時的相等，可見此時的電流要非常大。比如在半波中的直流電流為10A′10mS=100AmS，換成這時的電流脈沖就是： 這在正弦電壓峰值處50A電流與傳輸線電阻形成的壓降就是該電壓峰值波形出現(xiàn)了凹陷，這就是波形失真，經(jīng)傅里葉函數(shù)分析就得出了多個高次諧波。由高次波產(chǎn)生的功率就是無功功率。電子負載的無功功率就是這樣形成的。無功功率的出現(xiàn)大大降低了對電源輸出的利用率，比如UPS逆變器就必須承擔負載的有功功率和無功功率。要知道逆變器實際上就是一個電流通道，無論是有功電流還是無功電流都會同樣從逆變器功率管中給出，逆變器在這一點上對二者是同等對待的。這樣一來不但需要逆變器功率管加大，而且由于無功電流經(jīng)過功率管時也會產(chǎn)生功耗，從而導致溫度上升，縮短了功率管的服務壽命。因此設(shè)計者在逆變器輸出端并聯(lián)了一只電容器，用它的容性無功功率去抵消負載的感性無功功率。這樣一來，逆變器只需按照負載的有功功率選擇功率管就可以了。這就是無功功率的作用。 （7）認為以往的計算機是容性負載 這種誤解來源于對電路基本知識的匱乏。持此觀點的人認為既然電容是容性負載，那么計算機電源的輸入整流器后面有一個大容量的電容器，當然也是電容性負載。如圖8所示就
圖8 整流濾波負載的結(jié)構(gòu)性質(zhì)
是計算機電源原理方框圖。如圖7所述，這種電源由于濾波電容器的存在，使得輸入電壓（也是UPS的輸出電壓）出現(xiàn)了失真現(xiàn)象。換言之，整流濾波電路是使輸入電壓正弦波產(chǎn)生是真的罪魁禍首。而只有感性負載才會使輸入波形產(chǎn)生失真。因為容性負載是不會破壞輸入波形的。 （8）認為UPS是帶容性負載的，帶感性負載是它的特點 這種誤解來源于認為計算機是容性負載。而UPS又是與計算機配套的，于是就認為UPS一般不能帶電感性負載。而且在好多UPS制造商的產(chǎn)品說明書中也都有一條：該UPS的特點是也可以帶電感性負載。再加之生產(chǎn)廠家的和銷售商的上門培訓，使這種概念進一步扎根在基層。既然廠家都這么說，用戶當然也就人云也云了，進而又使一些不了解UPS電路結(jié)構(gòu)的人受到了傳染，甚至使一些專家也動腦子地跟著宣傳。 實際上，UPS一般都是為感性負載設(shè)計的。在上世紀早期的UPS幾乎都是進口的，其中的功率因數(shù)均為-0.8。就是說如果不是故意做出的設(shè)備，市場上幾乎所有的設(shè)備都是感性的。UPS制造商不可能為市場找不到的設(shè)備生產(chǎn)電源產(chǎn)品。既然如此，說明UPS設(shè)計者是有意識地為電感負載設(shè)計的產(chǎn)品。那為什么又說一般可以帶感性負載呢？原因是在早期進口UPS產(chǎn)品時，其代理商一般是不懂技術(shù)的，即使有的工程師來擔任技術(shù)工作，但也沒好好地去研究各種指標的含義，就根據(jù)自己的理解去寫中文說明書。各家有各家的理解，結(jié)果各種誤解就都出來了，甚至幾十年下來，時至今日才會有這么多的認識誤區(qū)。 在這種概念的誤導下，好多廠家就不敢用UPS去帶空調(diào)和電梯之類的電感性很典型的負載了。即使去帶這些設(shè)備，也由于認為起動電流是7~10倍額定值，也會把UPS的容量加大到數(shù)倍負載的功率。用戶也因為使用率太低敬而遠之。筆者也曾帶了空調(diào)和電梯，容量也沒有人們所擔憂的那么嚴重。因為任何UPS都有過載到125%10min和150% 30S~1min的過載能力。而這些空調(diào)或電梯7~10倍的起動電流一般不會超過10mS。圖9表示的是100kVA
圖9 100kVA變壓器勵磁過程
變壓器勵磁過程，整個勵磁過程也就是100mS，而第一個脈沖峰值最高，也不足10mS。當然，電梯和空調(diào)機不是變壓器而是伺服電機和壓縮機，但勵磁過程是一樣的，只是勵磁后的起動電流要大一些，持續(xù)期長一些。但比起第一個勵磁電流脈沖要小得多，已是逆變器可以承受的了。從UPS的過載能力上看，即使是過載50%30S，那么根據(jù)簡單地估算，過載500%就是3S，過載1000%就是1.5S…這1.5S就是1500mS，對于100mS而言是何等富裕。由此推論，UPS帶這樣的負載應該沒問題。另一方面對一般UPS逆變器而言在10mS內(nèi)給出這么大的電流是不可能的，是來不及調(diào)整的。這個脈沖只有靠逆變器后面的并聯(lián)電容器來提供，第一個超大電流脈沖過去后，逆變器就可以來得及調(diào)整了。筆者就是根據(jù)這個原理用UPS帶了電梯和空調(diào)機。UPS的容量為1.5~2.0倍負載額定值也就夠了。在某省公安廳就首先帶了電梯，在某海關(guān)就也首先帶了空調(diào)機。 （9） 認為容性負載是非線性的
這個誤區(qū)來自不了解什么是線性負載和什么是非線性負載。圖10示出了線性負載的特點。其特點一是：線性負載上的電流電壓成正比，這個比值就是電阻R；式（14）表示出了
（a）線性負載上電流和電壓的關(guān)系 （b）線性負載上輸入和輸出波形的關(guān)系
圖10 線性負載的特點
這種情況；其二，線性負載上的輸入輸出波形不失真，如圖10（b）所示的線性負載上輸入和輸出波形的關(guān)系。 圖11示出了電容性負載及其電容上電流與電壓的關(guān)系。從圖11（b）可以看出，電容的容抗也是一條直線。因為電容的容抗XC也是一個固定不變的值，如式（15）所示。
（a）容性負載 （b）電容的容抗與電流電壓的關(guān)系
圖11 電容性負載及其電容上的電流電壓關(guān)系
式中：p =3.1416 ，f是電源頻率（50Hz），C是所選的電容量，計量單位是法拉（F）。由于這些參數(shù)都是固定不變的值，所以容抗也是一個不變的值，完全符合線性負載的特征。既然純電容是線性負載，那么電容和電阻組合成的容性負載也是線性負載。但并不排除它仍然是慣性負載。 （10）認為UPS輸出端的零地電壓干擾負載 這個誤區(qū)大多數(shù)來源于傳說；其主要還是電路知識匱乏，不知道零地電壓是什么。加之有的IT設(shè)備公司提出了1V零地電壓的限制，并且裝機后向用戶提出：如果零地電壓大于1V就不給開機。這樣一來，用戶就對零地電壓產(chǎn)生了恐懼感。再加上有的用戶偶然遇上一次系統(tǒng)工作不正常，一測量零地電壓大于1V，就認為是‘證實’了這個說法。很有意思的一個故事，大約是2013年某科研機構(gòu)組織去歐洲考察數(shù)據(jù)中心，在考察中有一段對話很有意思：一位研究員問歐洲一數(shù)據(jù)中心人員：“你們對零地電壓是如何考慮的？”對方詫異地回答：“零地電壓！什么意思？你們還有這個問題？”。就好像該研究員提了一個外行問題。該回答說明歐洲的數(shù)據(jù)中心根本就沒考慮零地電壓問題。難道說不考慮零地電壓就沒有零地電壓‘超限’的問題嗎？難道歐洲數(shù)據(jù)中心的設(shè)備就沒有IBM、康柏、DELL、SUN等等這些公司的設(shè)備嗎？為什么在我國零地電壓就會‘干擾’這些設(shè)備而在歐洲就不‘干擾’呢？到底是不是干擾呢？某電信運營商電磁防護支持中心與著名電信設(shè)備制造商用了三個月的
時間對湖南和江西兩省的122個局站就零地電壓問題作了專門的實驗。實驗結(jié)果如表1~表3所示。因為在電信系統(tǒng)的IT類在網(wǎng)設(shè)備零地電壓存在的范圍較寬，涉及到的服務器廠家和型號也較多，如表2所列，傳言零地電壓干擾負載，在電信系統(tǒng)中如果不把這個問題搞清楚，將會造成一連串的損失。于是就專門針對這個問題做了實驗。在歷時三月的實驗的122個局站中大多數(shù)服務器工作都正常，只有一個局的一臺HP服務器出現(xiàn)了重啟故障，而故障時的零地電壓為21V。為了查明原因又重新將零地電壓加到21V，這臺服務器工作仍正常，說明那一次故障不是零地電壓所謂，而是一次隨機原因。 從上面的測試結(jié)果來看，又進一步證明了零地電壓不干擾負載的事實。因此中國電信對零地電壓問題的限制就不那么嚴格了。 三、典型故障的理論分析 1、配電柜斷路器越級跳閘
圖12 配電柜原理方框圖
2、UPS保養(yǎng)中的起火與爆炸
（a） 一般高頻機UPS主電路原理圖
（b） 一般高頻機UPS主電路結(jié)構(gòu)原理圖
圖13 一般高頻機UPS主電路
3、一個電源故障導致的多個斷路器跳閘
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