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SATAUPS UPS電源蓄電池的維護

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作為UPS供電係統的重要組成部分,蓄電池的維護、保養一般隨UPS主機維護同時進行。由於電池的化學特性,蓄電池的維護比UPS主機的維護要複雜的多,蓄電池儲藏、使用不當會都會造成電池報廢的風險。

一般情況下,電池日常的維護主要包括灰塵清掃和緊固鬆動的螺栓;當發生嚴重情況時,包括電池鼓脹、電池漏液、電池內部短路或開路、電池容量小於額定容量的80%、殼體材料老化、端子腐蝕穿透等嚴重故障時,需要更換電池。

為了更好的理解電池維護,本文介紹一下鉛酸蓄電池的基本情況。兩種基本類型如下:

鉛酸蓄電池兩種基本類型

相比開口排氣式電池,閥控(密封)式電池具有不需要單獨的蓄電池室,可以靠近設備布置,少維護量等優勢。因此,目前為UPS不間斷電源配套的蓄電池組,主要是閥控(密封)式"免維護"電池,UPS蓄電池組的維護主要介紹此種電池。蓄電池的工作原理主要是"雙硫酸鹽"理論:

鉛酸蓄電池工作原理圖

鉛酸蓄電池物質反應及變化圖

從電池工作中正負極板變化可以看出,蓄電池維護的主要內容是及時充、放電,防止蓄電池極柱結晶後不能循環使用;控製充電電流,避免氣體壓力過大"溢出",造成蓄電池"鼓脹"或液體損失。具體來說,主要包括對蓄電池自動均浮充電,防止蓄電池過度充電,防止蓄電池過度放電。

* 蓄電池在現場的維護

在實際應用中,蓄電池出現的故障主要包括:一隻電池電壓不正常,整組電池不能使用;每隻電池電壓都正常,但無法正常輸出放電電流;電池組無法放出設計容量。針對這些情況,介紹一些蓄電池的維護的要求。

* "免維護"閥控(密封)蓄電池實際上是少維護"

免維護"閥控(密封)蓄電池的說法,實際上是相對開口排氣式電池需要定期加水而言的。蓄電池按照其設計結構、工作原理要求,必須定期進行日常維護和一般性故障處理,不能完全"免維護"。

蓄電池的日常維護包括:灰塵清掃、端子除鏽、塗防鏽膏、連接條更換、緊固鬆動的螺栓、充電總電壓微調等。

蓄電池的一般性故障處理包括:電壓均衡性偏離正常範圍(強製均充後觀察)、浮充電流異常(檢查電池單體電壓是否異常、電池是否發熱)、核對性放電(均充後再做10小時率或3小時率容量,判斷容量是否不足)、安全閥滲出液體(非電池內部往外漏液)等。

* 蓄電池需要控製環境溫度

作為化學能儲存設備,蓄電池的工作環境溫度一般設計為20~25℃,其標稱的參數都是在該環境溫度下的參數。工作環境溫度變化會引起電池內阻變化,對蓄電池使用壽命、放電容量都會帶來影響。因此,對蓄電池室進行恒溫設計是有非常有必要的。建議采用工業恒溫空調(可連續工作10~15年,專為設備設計的空調),將蓄電池室的溫度設計為20~25℃並長期運行。

蓄電池使用壽命影響

* 蓄電池的充放電管理問題

蓄電池充放電管理係統能夠極大提高電池的使用效率和延長電池工作壽命,最大化的保障整個UPS係統的可靠運行和投資的有效性。蓄電池的充放電管理包括:

* 蓄電池電池均充、浮充自動轉換

電池均充(循環充電)指蓄電池放電後以較高的電壓和電流對電池進行快速充電,電池浮充(備用充電)指蓄電池正常使用中(備用狀態下)以較低的電壓和電流對電池自放電進行補充電。這個功能需要配套的UPS產品來實施。

均浮充轉換邏輯關係

電池充放電流、電壓曲線關係

需要注意的是:在均充狀態下,要進行恒壓限流充電,以防止充電電流過大引起電池內部嚴重發熱等問題。

恒壓限流充電管理

* 蓄電池自動溫度補償

根據環境溫度變化對蓄電池進行帶溫度補償的電池充電管理,能夠抵消部分環境溫度對電池壽命的影響,有效延長電池使用壽命。

充電電壓溫度補償

* 蓄電池放電保護

由於UPS係統實際放電電流是由負載大小決定的,蓄電池對應的放電倍率也有所不同,根據國內外電池生產廠家提供的技術標準,電池放電終止電壓保護點的設置也應區別對待,否則將嚴重縮短蓄電池壽命。電池放電時,根據電池放電電流和電池的放電曲線,自動調整電池放電電壓保護點,延長了蓄電池的使用壽命。這種放電保護設計,能克服電池固定電壓中止放電的缺點。

蓄電池恒流放電曲線

在實際應用中,有些UPS設備製造商在放電保護軟件管理之下,還增加了可控斷開的電池開關作為第二級硬件保護,以確保在無人環境下仍能自動保護電池。

* 蓄電池維護的關注點

蓄電池維護中最為複雜的項目,就是電池容量核對性放電試驗(均充後再做10小時率或3小時率容量,判斷容量是否不足)。根據電池廠家的維護手冊規定,一般有3個關注點:

1)關注點1-浮充電壓一致性

安裝前開路電壓一致,浮充電壓有收斂趨勢。浮充運行6個月後,同組電池之間端電壓的最大差值應不大90mV/單格。其中,2V電池≤0.09V,6V電池≤0.24V,12V電池≤0.48V。

2)關注點2-浮充電流

在25℃下,電池在充滿電後的充電電流應在1‰C10以下。

若電流高出以上規定值3--4倍,可能電池存在短路單體;.若電流太小或實際上不存在,則可能是:

a)電流太小,不能在儀表測量精度範圍內讀出;b)已經經過48小時以上充電,電池內可能存在開路;c)電池已經嚴重放電,電解液中硫酸幾乎完全消耗;d)擱置時間太長,未經補充電,極板上的硫酸鹽不能恢複成活性物質。

3)關注點3-放電一致性

充滿電的蓄電池采用10小時率、5小時率、3小時率、1小時率或實際負載放電(可與容量試驗同步進行)情況下,每隻電池之間的電壓差,2V電池不超過50mV,12V電池不超過150mV。

*蓄電池放電測試安全注意事項

為了防止電池失效對UPS係統安全的影響,需要定期對蓄電池組進行放電測試,其安全注意事項如下:

*對電池放電檢查一定要保證負載安全性的前提下進行。*進行電池放電檢查前,要確認電池已經充滿,且負載量不低於UPS標稱容量的30%。*測試過程中使UPS整流器處於熱備份的狀態,保證係統測試安全。

UPS係統維護管理製度化

為了有效對UPS係統進行維護管理,推薦以下製度供用戶參考

* 設備台帳記錄:

UPS、蓄電池組進行台帳管理,按照設備維護規程進行維護、測試、記錄。

* 設備故障假想:

根據現場設備現狀,進行設備故障假想,防止誤操作造成設備異常。

* 故障記錄存檔:

故障發生後,將分析結果作為案例學習,並製定防止故障發生的組織措施或技術措施。


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