淺析地鐵弱電系統(tǒng)UPS蓄電池使用及維護(hù)

摘 要：文章結(jié)合西安地鐵弱電系統(tǒng)UPS蓄電池性能及參數(shù)，介紹蓄電池日常使用及維護(hù)方法，為相關(guān)人員提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：UPS電源蓄電池；使用；維護(hù)

1 地鐵弱電系統(tǒng)UPS電源供電方式及特點(diǎn)

根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50157-2013城市軌道交通的用電負(fù)荷按照用電可靠性要求及失電影響程度分為三級(jí)。一級(jí)負(fù)荷是最重要的負(fù)荷，如通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等弱電系統(tǒng)，一旦失電將對(duì)乘客生命安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此西安地鐵弱電系統(tǒng)由兩路獨(dú)立電源經(jīng)過UPS供電。UPS電源選型為在線雙轉(zhuǎn)換式，UPS由市電輸入輸出濾波器、整流/PFC、DC/DC充電器、逆變器、旁路、電池和輸出功能模塊組成（如圖1所示）。當(dāng)市電正常供電時(shí)，UPS可以看作是一臺(tái)穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源，經(jīng)過整流器、逆變器向負(fù)載輸出潔凈交流電的同時(shí)又向蓄電池組充電。市電停電時(shí)，由蓄電池經(jīng)逆變器向負(fù)載供電。在線雙轉(zhuǎn)換式UPS除了具有過流報(bào)警、短路報(bào)警、過壓保護(hù)、短路保護(hù)、過載保護(hù)功能外還有一個(gè)特點(diǎn)，那就是不管有無(wú)市電供應(yīng)，負(fù)載的全部功率都由逆變器提供，保證高質(zhì)量的電力輸出，這對(duì)于軌道交通精密的電子設(shè)備來(lái)說(shuō)非常重要。

2 蓄電池參數(shù)及工作原理

蓄電池是UPS的儲(chǔ)能裝置。市電正常供電時(shí)，它依靠充電電路將市電提供的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)。市電斷電時(shí)，它將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能釋放出來(lái)維持UPS不間斷供電。西安地鐵一號(hào)線弱電系統(tǒng)UPS采用荷貝克Power.com SB 12V 60Ah閥控密封式鉛酸蓄電池，額定電壓12V，額定容量60Ah，額定放電電流6A，每塊電池內(nèi)部封裝6個(gè)串聯(lián)的2V單體，終止放電電壓為1.8V/單體。蓄電池組數(shù)量根據(jù)各系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求所要滿足的后備時(shí)間的長(zhǎng)短而不同，電池間采用串聯(lián)方式連接。鉛酸蓄電池是由兩組極板插入稀硫酸溶液中構(gòu)成的。電池在充電后，正極板為二氧化鉛PbO2，負(fù)極板為海綿狀鉛Pb；放電后，在兩極板上都產(chǎn)生細(xì)小而松軟的硫酸鉛PbSO4，充電后又恢復(fù)為二氧化鉛PbO2和鉛Pb。（如圖2所示）

2.1 充電

充電方式有兩種：均充和浮充。均充指恒大電流充電，其特點(diǎn)是充電速度快，持續(xù)時(shí)間短。蓄電池放電后可以用均充法快速補(bǔ)充電能。使用均充法還可以消除個(gè)別電池的電壓偏差，使電壓趨于平衡。浮充指恒壓小電流充電，其特點(diǎn)是充電時(shí)間長(zhǎng)，充電速度慢，目的是補(bǔ)充電池由于自放電而虧損的小部分容量并增加充電深度。兩種充電方式之間的轉(zhuǎn)換由UPS監(jiān)控模塊自動(dòng)控制。西安地鐵弱電系統(tǒng)UPS的充電程序?yàn)橄染湓俑〕洌鶕?jù)電池放電程度，一般先均充12-48小時(shí)后再開始浮充。最大均充電流為6A，最高限壓為2.35-2.40V/單體。最大浮充電流為0.12A，浮充電壓為2.25V/單體。

2.2 放電

放電有兩種情況：一是市電掉電或電壓波動(dòng)在UPS工作范圍之外UPS主機(jī)自動(dòng)切換為電池供電。二是為延長(zhǎng)電池壽命而人工進(jìn)行的周期性放電作業(yè)。根據(jù)西安地鐵供電情況，自動(dòng)切換主要發(fā)生在夜間雙電源倒閘期間，倒閘結(jié)束則自動(dòng)轉(zhuǎn)入市電供電并同時(shí)對(duì)電池充電。而為延長(zhǎng)電池壽命所做的放電作業(yè)周期為三個(gè)月，放電時(shí)間較長(zhǎng)，需注意避免電池深度放電，當(dāng)單體電壓低于1.8V時(shí)繼續(xù)放電易形成不可逆硫酸鹽化，使充電恢復(fù)能力變差，嚴(yán)重?fù)p害電池，縮短其使用壽命。

3 電池性能檢測(cè)

由于西安地鐵弱電系統(tǒng)UPS蓄電池采用的是密封式鉛酸蓄電池，充電時(shí)幾乎沒有腐蝕性氣體釋放，并且電解液的消耗非常少，在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)不需添加蒸餾水，所以對(duì)于電池性能的檢查主要在于以下兩點(diǎn)：電池電壓和電池容量。

3.1 電壓的檢測(cè)

電池電壓要在長(zhǎng)時(shí)間浮充后測(cè)量，每單體電壓為2.25V，整塊電池電壓為13.5V；若是在均充狀態(tài)，每單體電壓在2.35V-2.40V之間，整塊電池電壓在14.1V-14.4V之間。

3.2 容量的檢測(cè)

常溫下，電池的容量是電池達(dá)到放電終止電壓的時(shí)間及放電電流大小的乘積。參照IEC896-11/DIN EN60896-11標(biāo)準(zhǔn)，鉛酸蓄電池一般進(jìn)行10小時(shí)率容量測(cè)試。放電電流I=60Ah/10h=6A，放電終止電壓為1.8V/單體，記錄每單體電壓下降至1.8V所用的時(shí)間T，則測(cè)量出的電池容量C=I×T。只要測(cè)出的電池容量大于其額定容量，我們就判定電池容量合格。

4 電池維護(hù)

（1）在日常巡檢中應(yīng)密切觀察電池的外觀，表面灰塵用干的無(wú)紡布擦除。電池的端極柱容易發(fā)生微小的電化學(xué)腐蝕，為了防止電池極柱氧化腐蝕，需定期向極柱添加防護(hù)油。運(yùn)輸安裝過程中的磕碰有可能產(chǎn)生肉眼看不見的裂紋，經(jīng)過一段時(shí)間的充放電后，裂紋擴(kuò)大會(huì)導(dǎo)致漏液，從而腐蝕電池架甚至造成鋼結(jié)構(gòu)柜體的損壞。如果有電解液溢出，應(yīng)用氫氧化鉀溶液中和，然后徹底沖洗整個(gè)區(qū)域。若皮膚接觸電解液，需用清水充分沖洗。

（2）電池外殼膨脹，破裂甚至漏液時(shí)一般會(huì)伴隨電池內(nèi)阻升高，溫度上升的現(xiàn)象，需要及時(shí)更換故障電池。由于大量電池串聯(lián)，整個(gè)電池組端電壓會(huì)達(dá)到DC430V以上，對(duì)人身構(gòu)成致命威脅。因此更換電池的全程應(yīng)穿戴絕緣手套和護(hù)目鏡，做好防護(hù)。更換電池首先要斷開電池充電器和輸出空開，松開螺母并拆除電池的連接片，拆除電池，檢查電池架、絕緣子、基座板處在良好狀態(tài)并更換任何有缺陷或可疑的零件。安裝新電池，一定注意極性順序，即新電池的正極連至前一個(gè)電池的負(fù)極，負(fù)極連至后一個(gè)電池的正極。

（3）電池最佳工作溫度在15℃-25℃之間，溫度過低會(huì)減少電池容量，溫度過高會(huì)縮短電池使用壽命，實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)表明，溫度每升高10℃，化學(xué)腐蝕速率加快一倍，電池壽命減少一半。另外，在實(shí)際使用中應(yīng)考慮到不同位置電池的溫度差異，由于UPS主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)散發(fā)大量熱量，如果柜內(nèi)通風(fēng)不好，或者電池距離UPS主機(jī)過近，會(huì)造成個(gè)別電池溫度升高影響其壽命，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性造成影響。這一點(diǎn)需要在設(shè)計(jì)安裝時(shí)格外注意。

5 結(jié)束語(yǔ)

蓄電池作為UPS的儲(chǔ)能裝置，在市電失電時(shí)為負(fù)載供電，蓄電池的性能直接決定了通信、信號(hào)、火災(zāi)報(bào)警等弱電系統(tǒng)的工作狀態(tài)，關(guān)系到乘客的生命安全。作為軌道交通運(yùn)營(yíng)維保人員，應(yīng)盡可能使蓄電池性能長(zhǎng)期保持在高質(zhì)量、高可靠性、高安全性的水平上。

參考文獻(xiàn)

[1]梁明暉.UPS在軌道交通中的應(yīng)用[J].通信電源技術(shù)，2012（4）.

[2]中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].中國(guó)電力出版社，2007.

[3]GB50157-2013.地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].