數(shù)據(jù)中心蓄電池標(biāo)準(zhǔn)化維護策略探究

李銀碧

（浙江郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 紹興 312366）

0 引 言

數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)是通信的心臟，嚴(yán)重故障會導(dǎo)致通信網(wǎng)絡(luò)大面積退服?？煽糠€(wěn)定的供電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。而蓄電池是供電系統(tǒng)的重要組成部分，其狀態(tài)直接影響通信企業(yè)能否正常運行，是通信電源供電系統(tǒng)的最后一道保障防線。當(dāng)市電中斷時，蓄電池通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，對?fù)載供電[1]。實際使用過程中，通信電源系統(tǒng)由于蓄電池缺乏維護而引起的問題占據(jù)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(tǒng)穩(wěn)定、可靠運行的保證，是供電系統(tǒng)的中流砥柱。隨著IDC數(shù)據(jù)中心機房設(shè)施規(guī)模的增大，對運維人員的技能水平、操作維護的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(xiàn)狀

據(jù)維護規(guī)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(yīng)用過程中，有的蓄電池在使用了2～3年后就出現(xiàn)劣化，成為落后電池，壽命無法達(dá)到設(shè)計要求。落后電池會對整組電池造成影響，過放電還會導(dǎo)致電池反極，產(chǎn)生“木桶效應(yīng)”。失效電池嚴(yán)重時會因高內(nèi)阻造成過熱，引發(fā)火災(zāi)。近幾年，機房動力專業(yè)發(fā)生的一些典型故障凸顯了蓄電池在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)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(yù)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(dāng)前容量等；（2）缺乏監(jiān)控、記錄和分析蓄電池充放電、環(huán)境溫度及溫度補償?shù)?，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(jīng)驗不足，沒有維護保養(yǎng)蓄電池，導(dǎo)致不少電池性能提前失效，使用周期縮短，用電系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)化維護和檢測，及時發(fā)現(xiàn)落后電池，保證保障關(guān)鍵設(shè)備的不間斷供電[3]。為確保通信網(wǎng)絡(luò)的供電安全，必須科學(xué)有效維護電池，掌握機房蓄電池組的實際續(xù)航能力，確保通信設(shè)備直流供電的安全穩(wěn)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(shè)到維護，嚴(yán)格把關(guān)每個細(xì)節(jié)，保證蓄電池的穩(wěn)定工作。日常巡檢中，人們需要細(xì)心，盡早發(fā)現(xiàn)、消除蓄電池存在的隱患，做到防患于未然，比發(fā)生故障再啟動應(yīng)急方案更有效。數(shù)據(jù)機房全生命周期包括規(guī)劃設(shè)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(shè)，七分運維。為了避免停電造成巨大經(jīng)濟損失，確保數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定運行，必須定期管理和維護數(shù)據(jù)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(huán)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(biāo)準(zhǔn)化維護的具體實施

電源供電系統(tǒng)安全運行，歸根結(jié)底是設(shè)備運行參數(shù)必須符合指標(biāo)要求，保證測試過程安全、規(guī)范，檢測參數(shù)的準(zhǔn)確性。此過程中，人們要關(guān)注幾個問題，即如何做、采用什么儀器儀表、如何分析數(shù)據(jù)、如何判斷指標(biāo)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(yè)效率以及維護結(jié)果。數(shù)據(jù)中心蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)化維護要求做到維護項目標(biāo)準(zhǔn)化、維護方式標(biāo)準(zhǔn)化、維護工具標(biāo)準(zhǔn)化、維護流程標(biāo)準(zhǔn)化、輸出結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)化和判斷依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化[4]。標(biāo)準(zhǔn)化維護可以降低維護難度和風(fēng)險，提升維護質(zhì)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(xiàn)。

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(xiàn)象。滲漏會減少電池容量或腐蝕電池架，與電池架構(gòu)成短路，導(dǎo)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(xiàn)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(yán)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(huán)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(guān)閉的排氣閥，平時處于密閉狀態(tài)，防止電解液揮發(fā)。當(dāng)電池內(nèi)壓超過開閥壓力時，釋放盈余氣體后自動關(guān)閉，保持內(nèi)部壓力在正常范圍。

第三，連接條檢查。連接條應(yīng)接觸良好，緊密無松動，確保系統(tǒng)達(dá)到滿負(fù)荷狀態(tài)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(xiàn)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(xiàn)象，目測電池殼體有無滲漏和變形。維護標(biāo)準(zhǔn)：（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(xiàn)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(guān)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(nèi)各單體電池的質(zhì)量差異。雖然標(biāo)準(zhǔn)中沒有要求測量電池內(nèi)阻，但有條件最好測量內(nèi)阻。

檢測電池端電壓及偏差步驟如下：（1）確認(rèn)蓄電池組處于浮充狀態(tài)（蓄電池組浮充24 h后進行測試）；（2）用4位半數(shù)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(shù)據(jù)；（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(biāo)要求進行比較，各單體電池電壓之差應(yīng)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(nèi)氧復(fù)合通道的差異、不正確充電的電壓或方法、環(huán)境條件造成單體溫度相差大于3 ℃（如圖1所示）以及產(chǎn)品質(zhì)量問題，都會引起蓄電池單體電壓不平衡。對應(yīng)解決辦法分別是：新電池需運行3～6個月；電池組內(nèi)單體電壓相差90 mV時進行均衡充電；若低電壓的電池經(jīng)均衡充電無效，應(yīng)單獨處理和更換有質(zhì)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(dá)到指標(biāo)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(jù)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(xiàn)低電壓的個別單體進行充放電循環(huán)；（2）先行隔離出現(xiàn)低電壓的單體，其余電池繼續(xù)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(fù)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(fā)生滲漏、氧化、腐蝕等情況，就會出現(xiàn)連接不良。當(dāng)蓄電池大電流充放電時，壓降過大導(dǎo)致受電端電壓下降，影響通信，發(fā)熱嚴(yán)重時甚至使連接條發(fā)紅，電池殼體熔化，引起火災(zāi)[6]。嚴(yán)格按照廠家要求的方式進行連接，按規(guī)定扭力適當(dāng)緊固電池連接處。當(dāng)蓄電池進行容量放電測試時，用鉗形表測出放電電流，用數(shù)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(yīng)不大于10 mV。

列舉一起故障案例。一蓄電池組，動環(huán)監(jiān)控中顯示有電池單體電壓高，產(chǎn)生原因可能是動環(huán)監(jiān)控問題、該蓄電池單體嚴(yán)重?fù)p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(xì)查看此電池單體，發(fā)現(xiàn)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(huán)監(jiān)控業(yè)務(wù)臺電池電壓恢復(fù)正常?？偠灾?，應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)工程質(zhì)量關(guān)，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(nèi)每3年一次，6年后則每年測試。核對性容量測試以實際負(fù)荷對電池進行放電，放出額定容量的30%～40%后恢復(fù)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(fā)現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)化容量測試。

第一，放電操作前準(zhǔn)備。按照規(guī)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(tǒng)核對。第三，放電電纜連接。確認(rèn)主機關(guān)機狀態(tài)，接線狀態(tài)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(fù)極，做好絕緣防護措施。第四，參數(shù)設(shè)置。儀表開機，進入主界面，正確設(shè)置放電參數(shù)。第五，充放電測試。啟動放電前，調(diào)整開關(guān)電源均充狀態(tài)為手動均充或禁止；放電啟動后查看放電電流值和開關(guān)電源輸出值，實時監(jiān)控各參數(shù)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(zhuǎn)為充電恢復(fù)狀態(tài)，當(dāng)充電恢復(fù)到壓差0.5 V以內(nèi)且電流較小時，完成測試，主機退出充電狀態(tài)。第六，數(shù)據(jù)拷貝。點擊“數(shù)據(jù)管理”，選擇相應(yīng)測試數(shù)據(jù)，點擊U盤轉(zhuǎn)存，關(guān)閉主機開關(guān)。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(shù)據(jù)分析。生成報表并分析，正確判斷蓄電池容量和狀況。

4 結(jié) 論

機房設(shè)施的安全可靠運行，離不開合理應(yīng)用與維護，蓄電池亦是如此。隨著大容量、長壽命電池技術(shù)的進步，蓄電池越來越深刻影響數(shù)據(jù)中心行業(yè)未來的發(fā)展。通過科學(xué)管理蓄電池，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，客觀上延長蓄電池的使用壽命，達(dá)到節(jié)能增效的目的。