基于城市軌道交通UPS系統蓄電池維護研究

王金永

科華數據股份有限公司，福建廈門，361000

0 引言

現在一些通信機房以及大型數據中心普遍采用集中供電的方式，UPS系統是非常重要的設備，而且容量很大，該技術已經成熟，可以為軌道交通工程集中供電。UPS系統中安裝有蓄電池，要保證持續供電，就要確保蓄電池不會存在質量問題，對其做好維護工作是非常必要的。

1 UPS系統的種類

UPS系統可以劃分為三種，即后備式UPS系統、在線互動式UPS系統、在線式UPS系統。

其一，后備式UPS系統。當市電正常的情況下，在后備式UPS系統的運行中，市電發揮主要的電能供應作用，其將電能傳輸給負載單元，當市電的電能供應已經超出負荷，或者產生停電故障，就要對開關進行轉換，由蓄電池進行逆變供電。此時，后備式UPS系統運行不是很穩定，有切換的時間，電能輸出的時候，波形呈現方形。

其二，在線互動式UPS系統。在線互動式UPS系統運行的過程中，當市電處于正常狀態的時候，市電將電能供應給負載單元，如果市電比較低或者非常高的時候，在UPS系統的內部有穩壓線路，可以起到很好穩定電壓的作用，之后輸出，如果市電不能處于正常運行狀態或者產生停電的現象，就要轉換開關為蓄電池逆變供電，以維持持續供電。在線互動式UPS系統運行中電壓穩定，有切換時間。

其三，在線式UPS系統。在線式UPS系統運行的過程中，當市電處于正常狀態的時候，市電整流之后將直流電壓提供給逆變器，逆變器將交流電提供給負載單元。當市電處于異常狀態的時候，蓄電池向逆變器供應能量，逆變器持續運行，確保電源輸出的持續性。在線式UPS系統所具備的特點是輸入電壓的范圍非常寬，幾乎沒有切換的時間，而且輸出的電壓有非常高的穩定性[1]。如果對電源有很高的要求可以使用該系統，但是所投入的成本是非常高的。

2 蓄電池使用現狀

UPS系統中，蓄電池所發揮的主要作用是對電能進行存儲。以蘇州市地鐵一號線為例，其有很多設備都使用了UPS系統，而且每個設備都配備有閥控式密封鉛酸蓄電池，以確保設備處于持續運行狀態。從各種專業設備所安裝的蓄電池情況來看，通信設備安裝的蓄電池數量最多，為6888塊；應急照明設備所安裝的蓄電池為2440塊；屏蔽門安裝的蓄電池為1104塊；BAS電源安裝的蓄電池為1000塊；高壓供電設備安裝的蓄電池為540塊；門禁電源安裝的蓄電池為432塊；信號專業設備安裝的蓄電池為424塊；APS中央系統安裝的蓄電池為48塊。

3 閥控式密封鉛酸蓄電池介紹

當前來看，閥控式密封鉛酸蓄電池的應用非常普遍，其不僅使用便捷，而且成本非常低。

閥控式密封鉛酸蓄電池為備用能量儲存設備。該設備的正常使用過程中，會呈現出氣密狀態和液密狀態。如果內部氣壓比預定值高，自動開啟安全閥門，有氣體釋放出來。隨著內部氣壓不斷降低，自動閉合安全閥，確保其保持密封狀態，外部空氣就不會進入蓄電池的內部[2]。

閥控式密封鉛酸蓄電池自身性能良好，其有很高的密封程度，電解液就好像凝膠，如果隔離板為高孔率的，就可以被吸收，此時通常不會處于流動狀態，所以可以橫著放置電池。這種類型的蓄電池極板柵材質為無銻鉛合金，電池幾乎不會存在自放電的現象。電池的正極以及負極周圍均為隔離板，確保物質不會脫落，因此使用壽命比較長。與老式敞開式蓄電池相比較，體積要小一些，而從容量上來看卻要高很多。當蓄電池處于長期運行狀態的時候，不需要任何液體的補充，不會有酸霧產生，不釋放氣體。

閥控式密封鉛酸蓄電池的優勢如下。

其一，便于使用。這種類型的蓄電池在使用的過程中，只要將整流器充電電壓控制好即可，由于浮充使用要求以及循環使用要求不同，恒壓充電的過程中需要使用規定電壓，電池充電的時候不需要值班人員監守，其中電池端的電壓以及放電容量是非常重要的，需要定期檢測[3]。

其二，安裝簡便。這種類型的蓄電池在制造完成之后，已經進行過一次小電流充電處理，為荷電出廠，安裝過程中不需要經歷初充電過程。如果放置時間過長，已經超過半年，就可以按照生產廠的有關規定進行電能補充，經過充電之后，實施放電檢查并做好容量測試工作，對電池容量進行判斷，明確其質量的可靠性。

4 蓄電池維護要點

4.1 合理控制電池間環境溫度

UPS系統的電池要保持良好的運行狀態，需要對環境溫度合理控制，通常在20℃至25℃之間，確保電池更好地發揮其性能，使用壽命得以延長。

4.2 保護蓄電池充電放電

如果UPS系統所采用的是單體蓄電池、12V的端電壓，要控制好浮充電壓，通常在13.5V至13.8V之間。如果浮充電壓持續維持在低水平狀態，電池就不能充滿；當浮充電壓非常高的情況下，就會產生過壓充電現象，導致電池的使用壽命縮短。所以，UPS系統蓄電池組的浮充電壓通常設置為13.5V，也就是說，充電端的電壓所采用的是過壓保護電壓[4]。

對蓄電池實施放電保護是延長電池壽命的有效方法。當電池處于放電狀態的時候，UPS系統運行過程中對蓄電池組端電壓要做好監測工作，采用實時監測的方法，能夠隨時了解電壓變化信息。在電池放電的時候，端電壓需要截止，保護裝置啟動，電池的電能供應被切斷，確保電池放電的時候不會產生過度現象，以保護好電池的性能。

運行UPS系統對城市軌道交通系統進行供電的時候，能夠保持穩定性，但是，要保證蓄電池有良好的性能，就要做好定期充電和放電工作。通常會采用人為放電方式，每間隔三個月就要按照后備時間進行放電，需要對電池容量有所了解，通過檢查明確其是否能夠對UPS系統的電能供應后備時間充分滿足。如果電池處于持續浮充狀態，就需要進行一次充放電，這樣的操作能夠延長電池使用壽命。

對蓄電池定期充電和放電是非常有好處的。通常每間隔三個月就要對蓄電池進行一次充電和放電，最遲不能超過半年。這樣做的好處主要體現為兩個方面：其一，能夠檢測蓄電池的容量并做好評估工作。其二，將硫酸鹽化消除。需要注意的是，進行放電的時候對于其深度要充分掌握，控制在規定的范圍內，否則會影響UPS系統蓄電池的放電深度，電池使用壽命也因此縮短。當電池放電的時候，其深度非常深的情況下，就要減少循環使用次數。進行放電的過程中，通常電壓要控制在終止電壓值，也就是說，總電壓標稱值88.5%是一個臨界點，不能超過這個值，否則就會導致嚴重的后果。

4.3 實時監測電池容量

UPS系統的蓄電池要能夠達到穩定持續供電的效果，就要對其容量做好監測工作，通常會采用專用的電池監控系統，監測采用遠程在線方式，包括充電數據和放電數據都能夠全面收集，詳細記錄，保證各項信息準確。將這些數據信息作為重要依據，將各個單體電池中容量的剩余部分計算出來。對蓄電池的容量進行在線監測的時候，所有的信息都會傳輸到監測報告中，自動生成報告，這就能夠實時獲得電池放電量，如此可以有效避免產生意外情況[5]。

4.4 定期檢查端電壓以及內阻

UPS系統蓄電池要在持續使用的過程中保證質量，就要按照規定定期檢查端電壓以及內阻，詳細記錄所獲得的信息并做好核對工作，比較電池初始值。如果單體蓄電池的電壓是12V，單體電池之間的端電壓差異已經達到0.4V以上，或者內阻與初始值之間存在很大的差異，就要對單體電池進行充電，而且保證均衡性，防止由于單節電池存在故障問題造成電池組不能持續供電。

對于蓄電池的端電壓值，每周都要進行一次測試。要合理控制電壓，如果其處于非常低的狀態，且一些電池長期持續充電，但充電不充足，就會導致浮充鈍化的問題，不能使蓄電池的性能達到良好效果。如果電壓非常高，就會增加溢出的氣體量，氣體再化合的效率不是很高。對蓄電池進行充電，平均電壓值是2.35V，可以適當地升高，但是要控制在2.4V以內[6]。如果充電電壓非常高，就會導致過大的充電電流，此時就會有熱量產生，提升電解液溫度，因此降低了電池內阻，此時充電電流會加大。就這樣不斷地循環，蓄電池就會產生變形或者開裂的問題，導致其性能不能充分發揮。

對于單體蓄電池，每個月都要進行一次電壓值測量。當蓄電池處于串聯狀態的時候，由于是多個電池連接在一起的，電壓不能保持均衡狀態，此時就會有電池的容量相對落后，其主要體現為不能完全充電，對蓄電池進行放電的時候，會加重放電深度，充電的過程中就會更加落后。隨著充電和放電的次數不斷增多，就會出現不均衡的現象，落后電池不能很好地發揮性能。所以，對于單體蓄電池的電壓值要定期測量，每個月都要測量并詳細記錄結果。如果蓄電池的電壓不超過2.2V，就要做好均衡充電工作，保證其充電處于完全狀態，防止個別落后電池存在而影響整個蓄電池組的性能。

4.5 清潔蓄電池

保持蓄電池清潔干燥，通氣孔要通暢。只有蓄電池保持清潔，才能很好地發揮其性能，所以，每周都要做好衛生工作，電池以及機架會由于電池使用的過程中產生靜電效應而布滿灰塵，需要清除干凈。如果蓄電池箱積累了很多的灰塵，就會造成蓄電池組連接點的位置不能正常接觸，蓄電池進行充電和放電的時候，電壓值就會發生改變，甚至導致故障問題。如果極板或夾頭出現氧化物時應將其擦干凈，將少許黃油涂在上面，避免產生腐蝕現象。對蓄電池進行擦拭的時候，要使用干布，也可以用毛刷將灰塵刷去，用吸塵器的效果是最好的[7]。

4.6 每天巡視蓄電池

工作人員每天都要巡視蓄電池，定時察看工作環境以及運行狀態。通過嗅覺判斷，如果空氣中微酸氣味彌漫，可以判斷是蓄電池使用過程中有酸霧排出，此時就要及時通風。觀察蓄電池的外形，如果產生變形，就要及時處理。查看蓄電池的端子以及安全閥是否有滲液產生，明確安全閥的啟動是否正常，如果處于不正常狀態，就要拆除舊的蓄電池，更換新的蓄電池。

4.7 不混合使用新舊蓄電池

不能將舊的蓄電池與新的蓄電池混合使用，這是因為處于充電狀態下，新的蓄電池電壓快速提升，舊電池不能被充飽，導致欠電壓的問題經常存在，蓄電池不能很好地發揮作用，縮短使用壽命。

4.8 閑置蓄電池每三個月充電一次

蓄電池加足電解液，不得長期在充電不足的情況下放置，要定期充電，否則會造成電池報廢。當蓄電池長期閑置的時候，負極位置就會有PbSO4結晶產生，非常粗大，不能保證有效充電，這就意味著出現不可逆硫酸鹽化的現象，蓄電池還未達到使用壽命就不能很好地發揮其效能了。給蓄電池充電的時候，電壓要符合要求，如果蓄電池為12V，充電標準電壓為13.5V至14.5V，如果為24V，充電標準電壓則為28V至29.9V。需要注意的是，電解液液面高度要超過無極板10mm至15mm，如果液面非常低，就要及時補充蒸餾水，此時不能補充電解液，在沒有蒸餾水的情況下可以使用雨水或者雪水，注意不能使用河水，也不能使用自來水。

5 結語

通過上面的研究可以明確，從當前的軌道交通建設工程情況來看，其應用弱電自動化控制系統的過程中要保證供電質量，UPS電源集中供電可以滿足要求。UPS系統中安裝有蓄電池，其作為新技術產品，中國各個廠家沒有采用統一的技術標準，也沒有出臺維護標準。在測定蓄電池品質的時候，無論是內容還是流程都非常復雜，當其投入使用之后，檢測其特性存在一定的風險。如果UPS系統處于運行狀態的時候電池產生故障問題，會導致嚴重的后果。為了保證其安全持續供電，就要在日常的工作中做好技術維護，使其更好地發揮功能。