數據中心蓄電池標準化維護策略探究

李銀碧

（浙江郵電職業技術學院，浙江 紹興 312366）

0 引 言

數據中心電源系統是通信的心臟，嚴重故障會導致通信網絡大面積退服。可靠穩定的供電系統是數據中心穩定運行的基礎。而蓄電池是供電系統的重要組成部分，其狀態直接影響通信企業能否正常運行，是通信電源供電系統的最后一道保障防線。當市電中斷時，蓄電池通過逆變器將直流電轉變為交流電，對負載供電[1]。實際使用過程中，通信電源系統由于蓄電池缺乏維護而引起的問題占據較大比例。正確維護蓄電池，對提高蓄電池的使用壽命和降低故障率具有極大幫助，是電源系統穩定、可靠運行的保證，是供電系統的中流砥柱。隨著IDC數據中心機房設施規模的增大，對運維人員的技能水平、操作維護的標準規范和維護手段的智能管控提出了更高要求。

1 蓄電池維護現狀

據維護規程要求，全浮充供電方式的閥控式密封（VRLA）蓄電池，使用壽命為5～8年。而實際應用過程中，有的蓄電池在使用了2～3年后就出現劣化，成為落后電池，壽命無法達到設計要求。落后電池會對整組電池造成影響，過放電還會導致電池反極，產生“木桶效應”。失效電池嚴重時會因高內阻造成過熱，引發火災。近幾年，機房動力專業發生的一些典型故障凸顯了蓄電池在基礎網絡承載能力方面的短板[2]。

造成此問題的原因除了蓄電池廠家較為理想化預測蓄電池使用年限外，使用過程中沒有及時、有效維護管理蓄電池。（1）沒有實時了解蓄電池端的電壓均衡性、大電流放電能力和當前容量等；（2）缺乏監控、記錄和分析蓄電池充放電、環境溫度及溫度補償等，沒有充分了解蓄電池的運行情況；（3）不重視蓄電池的檢測手段和維護儀表。這些問題都會損失電池容量。

實際運行中，由于維護人員經驗不足，沒有維護保養蓄電池，導致不少電池性能提前失效，使用周期縮短，用電系統中斷，從而造成重大損失。蓄電池是“免維護”電池，不需維護，這種想法明顯錯誤。蓄電池需要實施標準化維護和檢測，及時發現落后電池，保證保障關鍵設備的不間斷供電[3]。為確保通信網絡的供電安全，必須科學有效維護電池，掌握機房蓄電池組的實際續航能力，確保通信設備直流供電的安全穩定。

2 蓄電池的定期（日常）檢測項目

蓄電池需要精益維護，從建設到維護，嚴格把關每個細節，保證蓄電池的穩定工作。日常巡檢中，人們需要細心，盡早發現、消除蓄電池存在的隱患，做到防患于未然，比發生故障再啟動應急方案更有效。數據機房全生命周期包括規劃設計、施工安裝、檢測驗收和運維管理。運維管理是機房生命周期中最后一個，也是歷時最長的一個階段，可謂三分建設，七分運維。為了避免停電造成巨大經濟損失，確保數據中心穩定運行，必須定期管理和維護數據中心的蓄電池組，及時了解其運行情況，避免變成危險的“定時炸彈”。維護項目主要包括外觀、連接、環境和性能檢查等。VRLA蓄電池定期測量項目如表1所示。

3 蓄電池標準化維護的具體實施

電源供電系統安全運行，歸根結底是設備運行參數必須符合指標要求，保證測試過程安全、規范，檢測參數的準確性。此過程中，人們要關注幾個問題，即如何做、采用什么儀器儀表、如何分析數據、如何判斷指標是否合格、維護過程中是否存在安全操作隱患、維護人員作業效率以及維護結果。數據中心蓄電池的標準化維護要求做到維護項目標準化、維護方式標準化、維護工具標準化、維護流程標準化、輸出結果標準化和判斷依據標準化[4]。標準化維護可以降低維護難度和風險，提升維護質量和效率。

表1 VRLA蓄電池定期測量項目

3.1 電池外觀的檢查

蓄電池的殼體、安全閥、極柱、槽蓋以及安裝架等部件是外觀安全評估的要素，也是最直接的表現。

第一，殼體檢查。主要檢查殼體有無變形、開裂、漏液。外殼是蓄電池的載體，重點觀察蓄電池安全閥口、極柱、槽蓋密封處和槽體底部4個角有無漏液爬酸現象。滲漏會減少電池容量或腐蝕電池架，與電池架構成短路，導致蓄電池組起火。通過肉眼觀察或pH試紙可檢測電池是否漏液。閥控鉛酸電池為緊密裝配，輕微鼓脹（≤3 mm）屬于正常現象，判定方法可以肉眼觀察或角尺測量。如果蓄電池外殼變形、嚴重外凸，會影響蓄電池的正常使用[5]。長期過量充電、電池間安裝緊密無散熱空間、環境溫度過高和安全閥不能正常開啟等因素都會引起電池鼓脹。

第二，安全閥檢查。主要檢查安全閥有無脫落、開裂、漏液。安全閥具有單向性，是密封閥控蓄電池自動開啟和關閉的排氣閥，平時處于密閉狀態，防止電解液揮發。當電池內壓超過開閥壓力時，釋放盈余氣體后自動關閉，保持內部壓力在正常范圍。

第三，連接條檢查。連接條應接觸良好，緊密無松動，確保系統達到滿負荷狀態下放電時的壓降要求。由于連接條變形和腐蝕會增加連接阻抗，因此需檢查電池單體之間極性有無反接。

月度維護中，全面清潔蓄電池，并檢查連接處、極柱、安全閥有無酸霧酸液溢出和腐蝕現象，電池殼體有無滲漏和變形。（1）用半干毛巾、毛刷清潔電池殼體表面、電池扣板和連接條；（2）目測每根電池連接條及安全閥周圍有無酸霧溢出和腐蝕現象，目測電池殼體有無滲漏和變形。維護標準：（1）表面清潔，無明顯浮灰；（2）極柱、安全閥周圍無酸霧溢出，連接條無腐蝕現象，電池殼體無滲漏、變形。

3.2 蓄電池端電壓及偏差檢測

月度維護要求測量每個單體的電壓。蓄電池端電壓是否一致關系到蓄電池組能否可靠運行。單體電壓過高或過低，充電或放電不均衡，都會造成單個電池間的容量均勻性差。測量電池端電壓的均勻性，有助于判斷電池組內各單體電池的質量差異。雖然標準中沒有要求測量電池內阻，但有條件最好測量內阻。

檢測電池端電壓及偏差步驟如下：（1）確認蓄電池組處于浮充狀態（蓄電池組浮充24 h后進行測試）；（2）用4位半數字萬用表電壓直流檔測量各單體電池極柱底部的端電壓，并記錄數據；（3）找出電池單體端電壓的最大值與最小值，計算電池之間的最大差值，最大壓差=Umax-Umin；（4）與指標要求進行比較，各單體電池電壓之差應不大于90 mV（2 V電池）、240 mV（6 V電池）、480 mV（12 V電池）。

新電池內氧復合通道的差異、不正確充電的電壓或方法、環境條件造成單體溫度相差大于3 ℃（如圖1所示）以及產品質量問題，都會引起蓄電池單體電壓不平衡。對應解決辦法分別是：新電池需運行3～6個月；電池組內單體電壓相差90 mV時進行均衡充電；若低電壓的電池經均衡充電無效，應單獨處理和更換有質量問題的電池。

維護過程中，如果蓄電池組端電壓均勻性沒有達到指標要求，一般通過均充等手段減少不平衡。這未必是最理想及唯一的解決辦法，也可根據實際情況進行如下操作。蓄電池組各單體電壓偏差如圖2所示。

圖1 溫度相差大于3 ℃，電壓不平衡

圖2 蓄電池組各單體電壓偏差

（1）對出現低電壓的個別單體進行充放電循環；（2）先行隔離出現低電壓的單體，其余電池繼續進行放電；（3）待整組電池的單體電壓接近后，將整組電池串接進行均衡充電；（4）處理后仍不能恢復則更換電池。

3.3 電池極柱壓降的測量

如果電池間的連接條螺絲不擰緊，極柱發生滲漏、氧化、腐蝕等情況，就會出現連接不良。當蓄電池大電流充放電時，壓降過大導致受電端電壓下降，影響通信，發熱嚴重時甚至使連接條發紅，電池殼體熔化，引起火災[6]。嚴格按照廠家要求的方式進行連接，按規定扭力適當緊固電池連接處。當蓄電池進行容量放電測試時，用鉗形表測出放電電流，用數字萬用表測量每2個電池極柱底部間的連接壓降，并選出壓降最大的一組進行換算，且電池極柱連接條壓降應不大于10 mV。

列舉一起故障案例。一蓄電池組，動環監控中顯示有電池單體電壓高，產生原因可能是動環監控問題、該蓄電池單體嚴重損壞、電池連接條連接松動。用萬用表測量兩組電池總電壓約為54 V，1#電池組單體電壓均為2.25 V左右，2#電池組單體電壓均為2.17 V左右，明顯偏低。2#電池組中，15#單體電壓為5.0 V左右，仔細查看此電池單體，發現其連接條的1個螺釘沒有擰緊。解決措施：（1）將螺釘擰緊；（2）再次測量此組電池的單體電壓，均為2.25 V左右，動環監控業務臺電池電壓恢復正常。總而言之，應嚴格把關工程質量關，以免螺絲松動引起蓄電池后備時過短，定期緊固蓄電池連接條，定期測量電池極柱壓降。

3.4 蓄電池容量測試

蓄電池維護中最重要的工作是容量測試，要求2 V電池每年做一次核對性容量測試，全容量則是6年內每3年一次，6年后則每年測試。核對性容量測試以實際負荷對電池進行放電，放出額定容量的30%～40%后恢復正常的浮充電壓，并開啟均充功能，對蓄電池進行充電。若測試過程中發現有落后電池嫌疑，則需對該組電池進行容量測試。若該年按計劃需做全容量測試，則不需做核對性試驗。

以福光FBI-3048CT在線容量測試儀為例，對蓄電池組進行標準化容量測試。

第一，放電操作前準備。按照規范檢查和清潔測試電池，工具做好絕緣處理，緊固電池極柱；維護人員禁止佩戴手表、項鏈等金屬飾品，穿戴絕緣鞋、手套。第二，無線模塊連接。查看編號是否正確接線，連接過程中及時與系統核對。第三，放電電纜連接。確認主機關機狀態，接線狀態與主機面板上的接線示意圖相同；測試電纜正確連接，先連接測試主機，再連接電池端，且電池端先連正極后連負極，做好絕緣防護措施。第四，參數設置。儀表開機，進入主界面，正確設置放電參數。第五，充放電測試。啟動放電前，調整開關電源均充狀態為手動均充或禁止；放電啟動后查看放電電流值和開關電源輸出值，實時監控各參數信息；放電過程中，正確測量蓄電池組極柱壓降和溫升；放電停止后轉為充電恢復狀態，當充電恢復到壓差0.5 V以內且電流較小時，完成測試，主機退出充電狀態。第六，數據拷貝。點擊“數據管理”，選擇相應測試數據，點擊U盤轉存，關閉主機開關。第七，拆卸電纜。電纜的拆線順序與起始接線順序相反，拆線過程無不安全操作。第八，數據分析。生成報表并分析，正確判斷蓄電池容量和狀況。

4 結 論

機房設施的安全可靠運行，離不開合理應用與維護，蓄電池亦是如此。隨著大容量、長壽命電池技術的進步，蓄電池越來越深刻影響數據中心行業未來的發展。通過科學管理蓄電池，及時發現故障隱患，客觀上延長蓄電池的使用壽命，達到節能增效的目的。