UPS蓄電池組全壽命周期運(yùn)行質(zhì)量控制研究

曹智，張宇，王飛，郭志軍

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司信息通信分公司，遼寧沈陽(yáng)111000；2.遼寧郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧沈陽(yáng)111000）

UPS蓄電池組全壽命周期運(yùn)行質(zhì)量控制研究

曹智1，張宇1，王飛1，郭志軍2

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司信息通信分公司，遼寧沈陽(yáng)111000；2.遼寧郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧沈陽(yáng)111000）

通過(guò)對(duì)各地公司在運(yùn)UPS電源系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)、制作工藝、安裝方式、運(yùn)維模式等指標(biāo)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研和分析，從而研究了影響UPS蓄電池組使用壽命的因素，為今后提升蓄電池組的運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性和使用壽命提供了參考。

UPS；蓄電池組；運(yùn)行；維護(hù)

1 UPS電源

在電力行業(yè)信息系統(tǒng)機(jī)房中，供電是一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題，不可靠的供電會(huì)影響機(jī)房?jī)?nèi)信息設(shè)備的工作效率，造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e(cuò)誤，影響正常的通信功能，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成極大的影響。電力行業(yè)信息機(jī)房中常見(jiàn)的電源問(wèn)題有：市電中斷、電壓下陷、電壓突波、低或高電壓等幾種類型。這些問(wèn)題可造成信息設(shè)備內(nèi)部組件損壞、壽命減短以及數(shù)據(jù)流失與損壞等嚴(yán)重后果。不間斷電源（UPS），在市電電源中斷時(shí)，可立即通過(guò)蓄電池逆變出交流電給機(jī)房?jī)?nèi)用電設(shè)備供電，從而保證了這些設(shè)備工作的連續(xù)性與可靠性，極大的保證了電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性[1]。

1.1 UPS電源的組成及工作方式

UPS主要由整流器、儲(chǔ)能裝置、逆變器和靜態(tài)開關(guān)等幾部分組成。其中儲(chǔ)能裝置由若干蓄電池組串并聯(lián)而成，在市電正常工作時(shí)可將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存在蓄電池內(nèi)部，當(dāng)市電中斷時(shí)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能提供給逆變器，為負(fù)載供電。UPS按工作方式可分為在線式和后備式，在線式圖1所示、后備式圖2所示：其中在線式UPS的逆變器始終處于工作狀態(tài)，保證無(wú)間斷輸出，適合對(duì)供電要求較高的場(chǎng)合，但成本較高；后備式UPS在停電時(shí)通過(guò)轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)為電池逆變器供電，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但有切換時(shí)間。

圖1 在線式UPS電源工作方式示意圖

圖2 后備式UPS電源工作方式示意圖

1.2 UPS電源的作用

UPS對(duì)于保證信息設(shè)備的供電可靠性有著至關(guān)重要的作用。一方面，UPS能夠在市電中斷等應(yīng)急情況下維持設(shè)備供電，防止突然斷電給用電設(shè)備造成損害；另一方面，UPS具有改善電能質(zhì)量的作用，市電輸入的電能經(jīng)過(guò)整流器后輸入逆變器，然后通過(guò)逆變器對(duì)負(fù)載供電，這樣就起到了市電和負(fù)載的隔離作用，消除市電上的電涌、噪聲，防止電壓、頻率的偏移對(duì)負(fù)載造成損壞，為用電設(shè)備提供高質(zhì)量的電能。

2 影響UPS蓄電池組壽命的因素

一般情況下，UPS蓄電池組的壽命由電池的充放電次數(shù)決定。而其它外部因素，如放電電流的大小、電池所處環(huán)境溫度的高低等，均會(huì)對(duì)電池的使用壽命產(chǎn)生影響。一般認(rèn)為，當(dāng)電池的實(shí)際容量低于標(biāo)稱容量的80%時(shí)，電池壽命終止，需要更換新的蓄電池組。影響蓄電池組壽命的主要因素如下[2]。

1）環(huán)境溫度。蓄電池組對(duì)溫度是十分敏感的。通常銘牌上標(biāo)注的額定輸出容量是25℃（77 F）時(shí)的數(shù)據(jù)，當(dāng)環(huán)境溫度改變時(shí)，蓄電池組的容量也將隨之改變，而過(guò)高或過(guò)低的環(huán)境溫度，也將很大程度上影響蓄電池組的使用壽命。一般情況下，蓄電池組要求的環(huán)境溫度應(yīng)控制在20℃～25℃之間。過(guò)高的環(huán)境溫度會(huì)使蓄電池組的浮充電流增大，內(nèi)部溫度升高，失水速度過(guò)快。一般認(rèn)為，溫度每升高10℃，蓄電池組的壽命將減小一半。同樣的，當(dāng)機(jī)房溫度過(guò)低時(shí)，每降低10℃，蓄電池組的壽命也將減小一半。可以看出，溫度是影響蓄電池組壽命的關(guān)鍵因素。所以，信息機(jī)房的電池室內(nèi)應(yīng)安裝空調(diào)設(shè)備，控制機(jī)房環(huán)境溫度，保證蓄電池組在合適的溫度條件下運(yùn)行。但實(shí)地調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，很多地區(qū)的空調(diào)設(shè)備已經(jīng)損壞卻長(zhǎng)期無(wú)人修理，導(dǎo)致機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境溫度偏高，蓄電池組及其它設(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡劣，壽命受到很大影響。

2）放電電流的大小。放電電流的大小主要與負(fù)載電流的大小有關(guān)。若蓄電池組的放電電流過(guò)大，將導(dǎo)致內(nèi)部極板表面的硫酸鹽融化，在電解質(zhì)內(nèi)部形成硫酸鉛晶體沉淀，堵塞極板隔板微孔，使電池內(nèi)阻增大，充電困難；若蓄電池組的放電電流過(guò)小，會(huì)降低電池內(nèi)部的飽和度，使生成的晶體核少、結(jié)晶沉淀速度慢、充電困難，蓄電池組長(zhǎng)時(shí)間虧電，縮短使用壽命。一般情況下，在線式UPS選取額定功率70%～80%的負(fù)載量，后備式UPS選取額定功率60%～70%的負(fù)載量。但在實(shí)際中發(fā)現(xiàn)，許多地市單位在項(xiàng)目前期未與設(shè)計(jì)單位做好溝通工作，用電負(fù)荷估算出現(xiàn)偏差或者遠(yuǎn)期預(yù)留量考慮過(guò)大，導(dǎo)致蓄電池組放電電流較小；有些地區(qū)在機(jī)房新增設(shè)備的同時(shí)，并未考慮蓄電池組的增容，導(dǎo)致UPS負(fù)載率過(guò)高，放電電流較大。

因此，在項(xiàng)目前期，建設(shè)單位應(yīng)與設(shè)計(jì)人員做好溝通工作，合理估算用電負(fù)荷；在機(jī)房設(shè)備增容改造的同時(shí)，應(yīng)注意蓄電池組容量同步增加，保證UPS蓄電池組的放電電流在合理的范圍內(nèi)。

3）蓄電池狀態(tài)。在供電質(zhì)量較高的地區(qū)，很少發(fā)生停電事故，UPS蓄電池組長(zhǎng)期與市電連接，處于浮充狀態(tài)。若長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)，會(huì)使蓄電池組的內(nèi)阻增大，化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換的活性降低，加速老化，縮短使用壽命。所以對(duì)于那些在很少停電的環(huán)境中使用的蓄電池，應(yīng)每隔2～3個(gè)月有意關(guān)掉市電，讓蓄電池組處于放電狀態(tài)，這樣才能延長(zhǎng)蓄電池組的使用壽命。實(shí)際運(yùn)行中，相關(guān)維護(hù)人員往往忽視了這一點(diǎn)，使電池長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)，壽命受到很大影響[3]。

4）運(yùn)行環(huán)境。UPS蓄電池組要求室內(nèi)清潔、少塵，并防止陽(yáng)光直射。特別是在氣候干燥的地區(qū)，空氣中塵粒較多，遇到空氣潮濕時(shí)會(huì)引起主機(jī)控制紊亂，并使蓄電池組散熱不佳。因此，UPS蓄電池組的防塵和定期除塵顯得十分重要。但經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，很多機(jī)房?jī)?nèi)的蓄電池組是裸露放置在電池架上，并缺少相關(guān)維護(hù)人員的除塵工作，導(dǎo)致蓄電池組各連接件和插接件之間沾滿灰塵和污垢；有些蓄電池組直接擺放在窗邊，受陽(yáng)光直射，溫度很高，運(yùn)行條件十分惡劣，隨之壽命受到很大影響。

3 結(jié)語(yǔ)

在項(xiàng)目前期考慮機(jī)房建設(shè)規(guī)模與遠(yuǎn)期發(fā)展時(shí)，應(yīng)做好機(jī)房負(fù)荷的預(yù)測(cè)工作，合理設(shè)計(jì)蓄電池組的容量，保證蓄電池組的放電電流在合理范圍內(nèi)；在日常運(yùn)行中，應(yīng)分清資產(chǎn)管理責(zé)任界面，加強(qiáng)對(duì)維護(hù)人員的培訓(xùn)與管理，做好對(duì)UPS電源的除塵與維護(hù)工作；對(duì)于長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)的蓄電池組，應(yīng)定期對(duì)電池進(jìn)行充放電，確保其時(shí)刻處于良好狀態(tài)。只有這樣，才能有效提升電池組運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性和使用壽命，減少UPS電源系統(tǒng)事故，增強(qiáng)信息系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的安全性、可靠性。

[1]李考明.UPS電源系統(tǒng)的維護(hù)與管理[J],通信電源技術(shù),2011(1): 69-70.

[2]萬(wàn)康,白永磊.淺談變電站的UPS設(shè)備[J].天津電力技術(shù),2007(1): 41-42.

[3]王俊杰,郭天艷，不間斷電源（UPS）的功能、原理及維護(hù)[J].中國(guó)新通信,2013(5):48-51.

（編輯：劉楠）

Research on the Quality Control of theWhole Life Cycle of UPSBattery

Cao Zhi1,Zhang Yu1,Wang Fei1,Guo Zhijun2
(1.State Grid Liaoning Electric Power Co.,Ltd.,Shenyang Liaoning 111000;2.Liaoning Post and Telecommunications Planning and Design Institute Co.,Ltd.,Shenyang Liaoning 111000)

This paper analyzes the technical parameters,around the city of company in the UPS power system production process, installationmode,operationmode of investigation,the effectof UPSbattery service life factors,make guidance for the reliability,stability and lifetime of the battery in the future upgrade.

UPS;battery;operation;maintenance

TN86

A

2095-0748(2016)20-0062-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.20.27

2016-10-01

曹智（1983—），男，遼寧沈陽(yáng)人，本科，畢業(yè)于北京工業(yè)大學(xué)，工程師，研究方向：信息計(jì)劃管理。