從無形到有形—UPS電池精細(xì)化管理

方樹敏

北京首都國際機(jī)場股份有限公司航站樓管理部, 北京 100621

1 概述

3號航站樓UPS系統(tǒng)運(yùn)行已滿5年，現(xiàn)有電池組已經(jīng)接近壽命終止，需要在近兩年進(jìn)行更換。由于多數(shù)UPS的實(shí)際負(fù)載很輕（不足10%），現(xiàn)有電池組配置后備時間過長，造成資源浪費(fèi)。為降低更換電池成本，有必要對電池組進(jìn)行合理調(diào)整；調(diào)整后，電池組的實(shí)際后備時間仍在3小時以上，不僅可以滿足航站樓的運(yùn)行和維護(hù)需求，還可節(jié)省更換電池費(fèi)用。

2 問題的界定

3號航站樓在用的UPS蓄電池品牌為“武漢非凡”，該廠家提供的質(zhì)保時間為3年，并說明當(dāng)電池容量低于設(shè)計(jì)容量的80%時，稱電池壽命終止。如何準(zhǔn)確的監(jiān)控電池容量，精確預(yù)測電池失效時間，是我們工作中的重點(diǎn)。同時3號航站樓UPS系統(tǒng)為2007年投入使用，截至2012年底，已經(jīng)運(yùn)行滿五年；對比2012年電池放電數(shù)據(jù)和2009年電池放電數(shù)據(jù)，目前電池容量已經(jīng)低于或接近電池容量的80%，臨近壽命終止；需要對其進(jìn)行更換，以保障UPS系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3 診斷與分析

目前UPS主機(jī)負(fù)載量較小，平均負(fù)載量為11%，而UPS電池組是按照100%負(fù)載量配置的，實(shí)際電池冗余量很大。

3號航站樓UPS系統(tǒng)在建設(shè)時，設(shè)計(jì)后備供電時間為100%負(fù)載時0.5小時，但是實(shí)際負(fù)載量11%的情況下，供電時間可達(dá)到10小時或者更長時間；通過實(shí)際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，夜航后維護(hù)作業(yè)時間不會超過3小時，故實(shí)際運(yùn)行中，需要UPS系統(tǒng)后備時間3小時。

綜上所述，3號航站樓UPS系統(tǒng)蓄電池更換時，對電池重新進(jìn)行配置，可核減電池容量，減少電池更換的資金投入，同時又保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

UPS系統(tǒng)是為行業(yè)內(nèi)重要的生產(chǎn)系統(tǒng)提供可靠電源的系統(tǒng)，平時看似并不起眼，但是確非常的重要。而UPS系統(tǒng)的蓄電池組更是在市電停電的情況下，UPS系統(tǒng)能否保障供電的重中之重。航站樓內(nèi)也發(fā)生過因電池耗盡造成的供電中斷，可見平時關(guān)注蓄電池維護(hù)管理的重要性。我模塊在UPS系統(tǒng)的維護(hù)管理中，對蓄電池進(jìn)行每年一次的電池活化放電測試，并在測試時將負(fù)載功率和放電時間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

UPS電源中使用的鉛酸蓄電池的所謂失效和容量衰減，都直接表現(xiàn)為內(nèi)阻增大、端電壓升高、使用性能明顯下降等。影響蓄電池的內(nèi)在質(zhì)量主要表現(xiàn)在蓄電池硫化，造成硫化的兩個重要因素：一是極化電壓，二是記憶效應(yīng)，其中極化電壓是在充電過程中，電荷堆積于蓄電池電極上而產(chǎn)生的反向，實(shí)際上表現(xiàn)為蓄電池內(nèi)阻的增大。消除極化電壓的有效方法，是采用負(fù)極性脈沖在蓄電池兩端瞬間放掉電極上堆積的反極性電荷。記憶效應(yīng)則可通過多次充放電來消除。經(jīng)過活化激活后可恢復(fù)和提升電池的實(shí)際容量，提升蓄電池的使用壽命。

而負(fù)載功率以及放電時間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作，平時看似毫無意義，但是通過每一年與上一年的數(shù)據(jù)對比，我們可以了解電池容量，進(jìn)而掌握電池是否有效，何時需要對電池進(jìn)行更換，數(shù)據(jù)為這次電池更換打下了牢固的基礎(chǔ)。

根據(jù)電池放電時間計(jì)算方法，可以看出負(fù)載功率的不同，使得負(fù)荷電流I不同，而電池組容量可以估算為負(fù)荷電流I乘以放電時長T，3號航站樓目前電池組設(shè)計(jì)原則為100%負(fù)載情況下后備半小時，而實(shí)際運(yùn)行中，大部分UPS負(fù)載為11%，后備時間根據(jù)運(yùn)行維保要求，需要3個小時，所以在電池更換時，只需要按照實(shí)際使用需求配置電池容量即可。

而不同容量的電池，價格差異很大，按照原有電池容量配置，全部更換蓄電池需要大概人民幣630萬元，而按照實(shí)際使用需求重新配置蓄電池，只需要大概人民幣320萬元，節(jié)省成本約50%。

表1 參考文獻(xiàn)類型及載體類型標(biāo)識

4 公式

根據(jù)YD 5040-1997《通信電源設(shè)備安裝設(shè)計(jì)規(guī)范》,蓄電池組放電時間的計(jì)算公式為：

T=η*[1-a（t-25）]Q/KI

其中：

T——放電小時數(shù)，h；

η—— 放電容量系數(shù)；

a——電池溫度系數(shù)，當(dāng)放電小時率在1-10時，a取0.008；

t——實(shí)際電池所在地的環(huán)境溫度的數(shù)值；

Q——蓄電池組的容量，Ah；

K——老化系數(shù)，取1.25；

I——負(fù)荷電流，A。

5 結(jié)束語

在UPS系統(tǒng)的運(yùn)行中，大家往往容易忽視蓄電池的維保，并沒有意識到精細(xì)化電池維保管理，可以帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益。目前蓄電池市場上，大部分廠商的質(zhì)保期只有三年，而通過電池的精細(xì)化維護(hù)，可以將電池的壽命延長至五年或更長時間，直接節(jié)省近一倍的電池更換。可見重視電池維保的管理，注重電池放電時長的數(shù)據(jù)積累，不但有助于UPS系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，還可以為公司節(jié)約成本。

[1]張青泉. 通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范. YD5040-2005.