某通信機樓UPS 蓄電池鼓包疑難故障案例分析

［慕家驍 范永聰 宗凌 張桂林 陳勇杰］

1 引言

某運通信電源系統被認為是通信網絡的心臟和血液，而蓄電池則認為是心臟和血液的血庫，它是保障通信網絡暢通的最后一道關口，而蓄電池的維護也是電源維護工作的痛點和難點，由于集采后，廠家為了不斷壓價，造成蓄電池的質量也大幅度下降，每年由于蓄電池的故障所造成的通信電源故障占到總電源故障的70%以上，因此蓄電池的維護令維護人員頭疼不已。而本文則為大家提供了一種最主要的故障原因。希大家可以借鑒。

2 機房現場電源設備情況

機房現場設備為某國際大品牌公司的2 臺40 kVA UPS 單機組成1+1 系統，電池為2016 年啟用的某品牌蓄電池。具體信息如下：

該套UPS 設備于6 月6 日由該著名UPS 廠家做了例行維保服務，更換了交、直流電容（使用年限5 年）以及風扇，并對該UPS 蓄電池進行了放電測試（測試時間20分鐘），發現蓄電池放電性能較差。放電電流為16 A，放電10 分鐘后發現多節單體電壓下降到11.6 V，但未有蓄電池鼓包故障現象。

該運營商分公司維護人員在巡檢時發現兩臺UPS 所帶蓄電池組均出現鼓包現象，并使用維護萬用表測量蓄電池充電紋波電壓（采用萬用表交流檔進行測量），數值高達約7 V（遠超維護標準），因此初步懷疑UPS 廠家工程師更換的直流濾波電容存在問題，才造成了UPS 直流母線紋波電壓過大，從而引起蓄電池鼓包現象。

3 現場故障情況

2020 年7 月22 日，研究院電源空調專業團隊受某省公司委托到某分公司進行電源專業“四不兩直”安全檢查。發現某機樓5 樓某品牌UPS 系統的配套某品牌蓄電池鼓包嚴重，如圖1、圖2 所示。如果再遇市電停電惟恐電池難以正常放電并發生事故。為此，研究院檢查人員立即建議分公司維護人員聯系廠家工程師于次日下午三方工程師技術人員一同趕到機房現場，共同進行調查分析及排查處理故障。

圖1 某品牌12 V 蓄電池鼓包情況

圖2 某品牌12 V 蓄電池鼓包情況

7 月23 日下午，三方到達現場后，經查看兩臺UPS均工作正常，蓄電池浮充電壓404 V 左右（符合參數設置），廠家技術人員采用Fluke 287 C 萬用表（精度較高）測量UPS蓄電池充電輸出紋波電壓約0.439 V，如圖3、圖4所示，再用Fluke 376 鉗流表（精度較低）約0.4 V，兩種儀表測試數據比較接近，且均符合設備典型紋波電壓值（一般為小于母線電壓的1%）。由此判斷更換后的直流電容合規，工作正常，可以排除蓄電池鼓包的直接原因不應該是更換的電容所引起的紋波所引起，排除了分公司工程師技術人員的看法。

圖3 用萬用表量充電輸出紋波電壓0.439 V

圖4 用鉗流表測量充電輸出紋波電壓約0.4 V

經過查看UPS 歷史記錄，發現兩臺UPS 自6 月6 日蓄電池分別放電測試15 分鐘，恢復主電開關以后，先進行了6 分鐘的短時間均充，然后UPS 廠家技術人員對電池進行放電測試（約14 分鐘）。測試結束后，UPS 對蓄電池連續進行了4 次12 小時的自動均充，每次均充狀態間隔1 分鐘，直到6 月9 日早上5:32 結束，此后一直保持浮充狀態至今。

經過進一步查看原UPS 電池設置參數：（1）蓄電池壽命設置為48 個月（4 年，實際12 V 蓄電池組應該是5年）；（2）蓄電池均充設置為允許；（3）充電限流10 A；（4）轉均充充電電流1 A（浮充電流大于1 A 自動轉到入到均充狀態，其實該機型默認值也是0.03C10～0.05C10，就是說浮充電流達到3～5 A 時，才能自動觸發均充模式，然而之前不知何故，廠家維保人員卻修改為0.01C10，即浮充電流達到1 A 就觸發均充模式，令人費解。）；（5）均充保護時間720 分鐘（均充時間達到12 小時后自動停止），如5 圖所示。

4 故障原因分析

根據上述情況，基本可以推斷分析故障的發生過程經過如下：

圖5 紅色標識UPS 系統原參數設置

（1）該套UPS 的兩組某品牌電池已使用4 年（12V蓄電池使用壽命年限是5 年），蓄電池容量下降明顯，但故障事故發生前蓄電池外觀正常，無鼓包現象。進一步查看UPS 歷史記錄，從2019 年1 月30 日（更早之前的歷史已被系統清除）至2020 年6 月6 日維保前，UPS 設備系統對蓄電池進行了12 次均充，但最長時間不超過15 分鐘，說明UPS 設備在維保以前的均充時間設置比較短，僅為15 分鐘，且短時間UPS 設備系統對蓄電池均充不會造成蓄電池鼓包故障現象。

（2）該套UPS 設備系統維保更換電容后，重新開機，UPS 控制邏輯認定該蓄電池為新接入蓄電池，因此開啟均充6 分鐘后轉入浮充。但隨后進行14 分鐘放電測試，放電后UPS 設備系統通過自動均充來充滿蓄電池，然而可能由于蓄電池使用時間較長，已達到4 年，其內電荷自保持能力較差，使得浮充充電電流始終大于1 A，觸發了UPS 設備設置的1 A 均充觸發條件（其實該機型默認值是浮充電流達到3～5 A 時，才能自動觸發均充模式，但不知廠家維保人員為何修改為1 A），從而導致 UPS 設備系統反復開啟均充充電模式，直至蓄電池內部開路才停止均充（真是萬幸！否則UPS 設備系統一直會這樣反復均充下去，很可能就會造成蓄電池組自燃的可怕后果！）在此期間，蓄電池已經連續均充了4 次，達48 小時（每隔12 小時均充才暫停1 分鐘，就又開始均充模式）。經過長時間多次均充后，蓄電池最終產生鼓包現象，甚至連排氣閥都已發生變形。

5 結論

根據以上現象和分析，本次UPS 設備系統造成蓄電池故障的原因如下：

（1）直接原因是UPS 設備系統對蓄電池充電參數設置不夠合理，造成了UPS 設備系統連續48 小時不斷對蓄電池均充（每次僅間隔1 分鐘），即使是新安裝的蓄電池也無法承受如此長時間的連續強均充，從而導致此次蓄電池發生鼓脹變形故障現象。

（2）該UPS 設備系統型號是早期產品，功能欠缺。該型號UPS 機型比較老舊（20 年前設計的產品），沒有“均充間隔保護時間”（友商默認設置為7 天）設置功能，從而造成連續多次均充現象。

（3）客觀原因是蓄電池性能老化（已使用4 年），放電容量下降，電荷自保持能力過差。

6 月6 日前設置的均浮充轉換電流值不夠合理（100 AH蓄電池僅為1 A），其實UPS設備系統默認值也是3～5 A，然而廠家維保人員竟修改為1 A，令人費解。

（4）由于UPS 設備系統運行時間長（14 年），已超過報廢年限，檢測誤差難以避免，可能因為檢測充電電流不準而造成連續均充。

（5）很僥幸，蓄電池組中有單體蓄電池開路后才避免了UPS 設備系統在連續4 次均充后，還會不斷繼續對蓄電池進行反復均充而可能引起蓄電池起火的可怕后果。

5.1 故障補救處理措施

補救措施包括兩個方面：

其一、暫時修改UPS 蓄電池充電參數，包括：

（1）將UPS 設備系統均充設置為禁止；

（2）浮充轉均充觸發電流調整3 A（其實調整到3 A 也有些偏低了，因為默認值最低也是3 A，原來設置為1 A）；

（3）均充保護時間調整為1 小時（原來為12 小時）。

其二、分公司將該兩組蓄電池更換為備用蓄電池，但備用蓄電池容量僅為50 Ah，只能作臨時應急之用。后續計劃將該套UPS 設備系統的負載割接到其他電源，徹底解決供電安全問題。

6 結語

運營商每年花不少費用請廠家進行UPS 設備系統進行維保，然而卻因為廠家維保人員的馬虎大意，甚至將UPS 設備系統的默認值也修改錯誤，實在令人難以置信，為此建議UPS 設備系統廠家應該足夠重視后續的維保業務，不能再犯如此低級的錯誤，提高維保質量；同時建議運營商應該對UPS 設備廠家的后續維保業務也予以重視，并進行考核，以不斷提高UPS 設備系統安全可靠的運行。