某通信機(jī)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(yùn)通信電源系統(tǒng)被認(rèn)為是通信網(wǎng)絡(luò)的心臟和血液，而蓄電池則認(rèn)為是心臟和血液的血庫，它是保障通信網(wǎng)絡(luò)暢通的最后一道關(guān)口，而蓄電池的維護(hù)也是電源維護(hù)工作的痛點(diǎn)和難點(diǎn)，由于集采后，廠家為了不斷壓價(jià)，造成蓄電池的質(zhì)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(hù)令維護(hù)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(jī)房現(xiàn)場電源設(shè)備情況

機(jī)房現(xiàn)場設(shè)備為某國際大品牌公司的2 臺40 kVA UPS 單機(jī)組成1+1 系統(tǒng)，電池為2016 年啟用的某品牌蓄電池。具體信息如下：

該套UPS 設(shè)備于6 月6 日由該著名UPS 廠家做了例行維保服務(wù)，更換了交、直流電容（使用年限5 年）以及風(fēng)扇，并對該UPS 蓄電池進(jìn)行了放電測試（測試時(shí)間20分鐘），發(fā)現(xiàn)蓄電池放電性能較差。放電電流為16 A，放電10 分鐘后發(fā)現(xiàn)多節(jié)單體電壓下降到11.6 V，但未有蓄電池鼓包故障現(xiàn)象。

該運(yùn)營商分公司維護(hù)人員在巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)兩臺UPS 所帶蓄電池組均出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象，并使用維護(hù)萬用表測量蓄電池充電紋波電壓（采用萬用表交流檔進(jìn)行測量），數(shù)值高達(dá)約7 V（遠(yuǎn)超維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)），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(xiàn)象。

3 現(xiàn)場故障情況

2020 年7 月22 日，研究院電源空調(diào)專業(yè)團(tuán)隊(duì)受某省公司委托到某分公司進(jìn)行電源專業(yè)“四不兩直”安全檢查。發(fā)現(xiàn)某機(jī)樓5 樓某品牌UPS 系統(tǒng)的配套某品牌蓄電池鼓包嚴(yán)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(fā)生事故。為此，研究院檢查人員立即建議分公司維護(hù)人員聯(lián)系廠家工程師于次日下午三方工程師技術(shù)人員一同趕到機(jī)房現(xiàn)場，共同進(jìn)行調(diào)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(dá)現(xiàn)場后，經(jīng)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(shù)設(shè)置），廠家技術(shù)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(shù)據(jù)比較接近，且均符合設(shè)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(guī)，工作正常，可以排除蓄電池鼓包的直接原因不應(yīng)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(shù)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(jīng)過查看UPS 歷史記錄，發(fā)現(xiàn)兩臺UPS 自6 月6 日蓄電池分別放電測試15 分鐘，恢復(fù)主電開關(guān)以后，先進(jìn)行了6 分鐘的短時(shí)間均充，然后UPS 廠家技術(shù)人員對電池進(jìn)行放電測試（約14 分鐘）。測試結(jié)束后，UPS 對蓄電池連續(xù)進(jìn)行了4 次12 小時(shí)的自動均充，每次均充狀態(tài)間隔1 分鐘，直到6 月9 日早上5:32 結(jié)束，此后一直保持浮充狀態(tài)至今。

經(jīng)過進(jìn)一步查看原UPS 電池設(shè)置參數(shù)：（1）蓄電池壽命設(shè)置為48 個(gè)月（4 年，實(shí)際12 V 蓄電池組應(yīng)該是5年）；（2）蓄電池均充設(shè)置為允許；（3）充電限流10 A；（4）轉(zhuǎn)均充充電電流1 A（浮充電流大于1 A 自動轉(zhuǎn)到入到均充狀態(tài)，其實(shí)該機(jī)型默認(rèn)值也是0.03C10～0.05C10，就是說浮充電流達(dá)到3～5 A 時(shí)，才能自動觸發(fā)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(dá)到1 A 就觸發(fā)均充模式，令人費(fèi)解。）；（5）均充保護(hù)時(shí)間720 分鐘（均充時(shí)間達(dá)到12 小時(shí)后自動停止），如5 圖所示。

4 故障原因分析

根據(jù)上述情況，基本可以推斷分析故障的發(fā)生過程經(jīng)過如下：

圖5 紅色標(biāo)識UPS 系統(tǒng)原參數(shù)設(shè)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(fā)生前蓄電池外觀正常，無鼓包現(xiàn)象。進(jìn)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(tǒng)清除）至2020 年6 月6 日維保前，UPS 設(shè)備系統(tǒng)對蓄電池進(jìn)行了12 次均充，但最長時(shí)間不超過15 分鐘，說明UPS 設(shè)備在維保以前的均充時(shí)間設(shè)置比較短，僅為15 分鐘，且短時(shí)間UPS 設(shè)備系統(tǒng)對蓄電池均充不會造成蓄電池鼓包故障現(xiàn)象。

（2）該套UPS 設(shè)備系統(tǒng)維保更換電容后，重新開機(jī)，UPS 控制邏輯認(rèn)定該蓄電池為新接入蓄電池，因此開啟均充6 分鐘后轉(zhuǎn)入浮充。但隨后進(jìn)行14 分鐘放電測試，放電后UPS 設(shè)備系統(tǒng)通過自動均充來充滿蓄電池，然而可能由于蓄電池使用時(shí)間較長，已達(dá)到4 年，其內(nèi)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(fā)了UPS 設(shè)備設(shè)置的1 A 均充觸發(fā)條件（其實(shí)該機(jī)型默認(rèn)值是浮充電流達(dá)到3～5 A 時(shí)，才能自動觸發(fā)均充模式，但不知廠家維保人員為何修改為1 A），從而導(dǎo)致 UPS 設(shè)備系統(tǒng)反復(fù)開啟均充充電模式，直至蓄電池內(nèi)部開路才停止均充（真是萬幸！否則UPS 設(shè)備系統(tǒng)一直會這樣反復(fù)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(jīng)連續(xù)均充了4 次，達(dá)48 小時(shí)（每隔12 小時(shí)均充才暫停1 分鐘，就又開始均充模式）。經(jīng)過長時(shí)間多次均充后，蓄電池最終產(chǎn)生鼓包現(xiàn)象，甚至連排氣閥都已發(fā)生變形。

5 結(jié)論

根據(jù)以上現(xiàn)象和分析，本次UPS 設(shè)備系統(tǒng)造成蓄電池故障的原因如下：

（1）直接原因是UPS 設(shè)備系統(tǒng)對蓄電池充電參數(shù)設(shè)置不夠合理，造成了UPS 設(shè)備系統(tǒng)連續(xù)48 小時(shí)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(shí)間的連續(xù)強(qiáng)均充，從而導(dǎo)致此次蓄電池發(fā)生鼓脹變形故障現(xiàn)象。

（2）該UPS 設(shè)備系統(tǒng)型號是早期產(chǎn)品，功能欠缺。該型號UPS 機(jī)型比較老舊（20 年前設(shè)計(jì)的產(chǎn)品），沒有“均充間隔保護(hù)時(shí)間”（友商默認(rèn)設(shè)置為7 天）設(shè)置功能，從而造成連續(xù)多次均充現(xiàn)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(shè)置的均浮充轉(zhuǎn)換電流值不夠合理（100 AH蓄電池僅為1 A），其實(shí)UPS設(shè)備系統(tǒng)默認(rèn)值也是3～5 A，然而廠家維保人員竟修改為1 A，令人費(fèi)解。

（4）由于UPS 設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間長（14 年），已超過報(bào)廢年限，檢測誤差難以避免，可能因?yàn)闄z測充電電流不準(zhǔn)而造成連續(xù)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(shè)備系統(tǒng)在連續(xù)4 次均充后，還會不斷繼續(xù)對蓄電池進(jìn)行反復(fù)均充而可能引起蓄電池起火的可怕后果。

5.1 故障補(bǔ)救處理措施

補(bǔ)救措施包括兩個(gè)方面：

其一、暫時(shí)修改UPS 蓄電池充電參數(shù)，包括：

（1）將UPS 設(shè)備系統(tǒng)均充設(shè)置為禁止；

（2）浮充轉(zhuǎn)均充觸發(fā)電流調(diào)整3 A（其實(shí)調(diào)整到3 A 也有些偏低了，因?yàn)槟J(rèn)值最低也是3 A，原來設(shè)置為1 A）；

（3）均充保護(hù)時(shí)間調(diào)整為1 小時(shí)（原來為12 小時(shí)）。

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(shí)應(yīng)急之用。后續(xù)計(jì)劃將該套UPS 設(shè)備系統(tǒng)的負(fù)載割接到其他電源，徹底解決供電安全問題。

6 結(jié)語

運(yùn)營商每年花不少費(fèi)用請廠家進(jìn)行UPS 設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行維保，然而卻因?yàn)閺S家維保人員的馬虎大意，甚至將UPS 設(shè)備系統(tǒng)的默認(rèn)值也修改錯誤，實(shí)在令人難以置信，為此建議UPS 設(shè)備系統(tǒng)廠家應(yīng)該足夠重視后續(xù)的維保業(yè)務(wù)，不能再犯如此低級的錯誤，提高維保質(zhì)量；同時(shí)建議運(yùn)營商應(yīng)該對UPS 設(shè)備廠家的后續(xù)維保業(yè)務(wù)也予以重視，并進(jìn)行考核，以不斷提高UPS 設(shè)備系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。