地鐵通信電源系統(tǒng)中蓄電池維護(hù)保養(yǎng)建議

摘要：本文從地鐵通信電源系統(tǒng)蓄電池常見故障分析入手，闡述當(dāng)前蓄電池日常檢修及維護(hù)保養(yǎng)中可能忽視的環(huán)節(jié)，從而引出新的設(shè)備檢測(cè)、保養(yǎng)建議方案，明確新方案、技術(shù)引入蓄電池日常維護(hù)保養(yǎng)的必要性。直流假負(fù)載智能測(cè)試系統(tǒng)可以精確測(cè)量各類蓄電池組及UPS設(shè)備的輸出功率和帶載能力，通過(guò)自帶的分析軟件記錄整個(gè)測(cè)試過(guò)程的各種數(shù)據(jù)，并自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告反饋設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。ABM電池管理技術(shù)通過(guò)對(duì)UPS內(nèi)部充電器的精確控制實(shí)現(xiàn)在“需要的時(shí)候”對(duì)電池進(jìn)行快速充電，使電池工作在理想的充放電環(huán)境之中，從而有效地延長(zhǎng)電池的使用壽命。

關(guān)鍵詞：蓄電池內(nèi)阻;直流假負(fù)載智能測(cè)試系統(tǒng);智能充放電ABM

引言

隨著我國(guó)軌道交通行業(yè)的迅猛發(fā)展，各個(gè)城市地下鐵交通網(wǎng)絡(luò)體系的逐漸完善，乘坐地鐵，成為了千家萬(wàn)戶出行的主要選擇。專用通信系統(tǒng)在地鐵運(yùn)營(yíng)中擔(dān)任著重要工作，而電源系統(tǒng)為通信各子系統(tǒng)設(shè)備提供穩(wěn)定的電源輸入，是地鐵專用通信中不可或缺的重要子系統(tǒng)，為通信系統(tǒng)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠保障。為了確保系統(tǒng)供電的持續(xù)性及可靠性，則后備電源系統(tǒng)是必不可少的，一旦市電停止輸入或UPS部分設(shè)備出現(xiàn)故障，蓄電池組會(huì)立刻經(jīng)逆變器提供給各系統(tǒng)穩(wěn)定電壓，保證通信專業(yè)設(shè)備不會(huì)掉電，并在其放電時(shí)間內(nèi)確保其它系統(tǒng)設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。本文將對(duì)地鐵中蓄電池組的運(yùn)維方式進(jìn)行介紹，并通過(guò)案例分析適合蓄電池維護(hù)的可行性方案。

1系統(tǒng)架構(gòu)

1.1總體架構(gòu)

整流器（Rectifier）、逆變器（Inverter）、蓄電池組（Batterypack）、靜態(tài)開關(guān)電路（StaticSwitch）、維護(hù)旁路（Maintenancebypass）及偵測(cè)控制電路（Detectioncontrolcircuit）組成整個(gè)UPS供電系統(tǒng)，負(fù)責(zé)給通信專業(yè)所有交流設(shè)備提供交流用電。（如圖1）

1.2蓄電池組成

蓄電池組主要由一定數(shù)量特定容量的（與當(dāng)前交流設(shè)備總負(fù)載功率、所需后備放電時(shí)長(zhǎng)、逆變器效率、溫度等因素有關(guān)）蓄電池、蓄電池巡檢儀（如圖2）、蓄電池網(wǎng)管（如圖3）組成。

蓄電池一般處于UPS浮充狀態(tài)，維護(hù)人員通過(guò)蓄電池網(wǎng)管時(shí)刻監(jiān)控整組蓄電池運(yùn)行狀態(tài)，并于每個(gè)季度進(jìn)行充放電保養(yǎng)。目前南京地鐵專網(wǎng)通信系統(tǒng)主要使用選擇為武漢非凡電源有限公司提供的FIAMMXL系列閥控式全密封免維護(hù)膠體蓄電池，主要有12XL105，12XL175兩種。

2設(shè)備使用及維護(hù)

2.1正常供電模式

在UPS正常供電模式下，交流輸入電源由輸入開關(guān)送至整流器，整流器將輸入的交流電源整流成直流電源輸出給逆變器，同時(shí)給蓄電池進(jìn)行浮充充電，浮充電壓為2.25-2.27V/cell，逆變器將輸入的直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源，同時(shí)將通過(guò)濾波后的交流電源供給交流屏負(fù)載。

設(shè)備正常階段，蓄電池組由整流器的輸出電流持續(xù)浮充，處于恒壓、低電流的持續(xù)充電狀態(tài)。

2.2市電異常模式

當(dāng)交流市電無(wú)法正常提供穩(wěn)定電源時(shí)，如發(fā)生電壓不穩(wěn)、跳電、突波或者電力中斷或UPS整流模塊發(fā)生異常情況時(shí)，UPS會(huì)自動(dòng)從正常供電模式轉(zhuǎn)換至蓄電池供電模式。此時(shí)蓄電池的直流電由逆變器轉(zhuǎn)換為交流電源，給交流屏負(fù)載供電。具體放電時(shí)長(zhǎng)，由現(xiàn)場(chǎng)交流設(shè)備負(fù)載總量及蓄電池組總體容量決定，設(shè)計(jì)放電的后備時(shí)長(zhǎng)>2h。

2.3蓄電池保養(yǎng)

為了掌握每節(jié)蓄電池的性能，提高蓄電池的使用壽命，按照檢修規(guī)程，每季度需要對(duì)蓄電池組人為進(jìn)行充放電測(cè)試，請(qǐng)點(diǎn)施工期間，斷開市電主路輸入，使UPS從正常供電模式轉(zhuǎn)換至蓄電池供電模式。持續(xù)放電1-2小時(shí)后，恢復(fù)主路輸入供電，轉(zhuǎn)為正常供電模式。蓄電池在放電前、中、后時(shí)間段內(nèi)，維護(hù)人員均會(huì)記錄每節(jié)蓄電池及整個(gè)蓄電池組當(dāng)時(shí)電壓，通過(guò)數(shù)值對(duì)比確認(rèn)蓄電池工作狀態(tài)性能。

2.4蓄電池故障

蓄電池長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)造成的活性物質(zhì)鈍化、電解液固化;大電流放電或過(guò)放電造成極板變形、硫化;設(shè)備房溫度不達(dá)標(biāo)造成的設(shè)備加速老化等問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致蓄電池內(nèi)阻升高，蓄電池實(shí)際容量下降，影響著蓄電池的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致蓄電池組整體無(wú)法工作。

3案例分析

3.1事件經(jīng)過(guò)

3月1日00：28分，供電分公司對(duì)翔宇路南站一、二負(fù)荷停一路電源，部分三類負(fù)荷停電作業(yè)，通信專業(yè)班組人員在翔宇路南站保障。0：38網(wǎng)管報(bào)翔宇路南站UPS通信失敗，時(shí)鐘、廣播、視頻監(jiān)視、錄音儀、辦公自動(dòng)化設(shè)備及PIS設(shè)備斷電，班組人員現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)系廠家，并現(xiàn)場(chǎng)對(duì)UPS開機(jī)，負(fù)載上電等操作，1：48設(shè)備恢復(fù)正常。

4.2故障影響

故障導(dǎo)致翔宇路南站UPS通信失敗，時(shí)鐘、廣播、視頻監(jiān)視、PIS系統(tǒng)、錄音儀、辦公自動(dòng)化設(shè)備斷電42分鐘。

3.3處理經(jīng)過(guò)

00：28供電分公司對(duì)翔宇路南站一、二負(fù)荷停一路電源，部分三類負(fù)荷停電操作。本班組人員在翔宇路南站保障。

0：38網(wǎng)管值班人員報(bào)翔宇路南站UPS通信失敗，時(shí)鐘、廣播、視頻監(jiān)視、錄音儀、辦公自動(dòng)化設(shè)備及PIS設(shè)備斷電。

0：50通信正線班長(zhǎng)，通信技術(shù)員，班組員工到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)檢查，交流配電屏兩路市電輸入正常，交流配電屏負(fù)載空開指示燈全部熄滅。UPS主路輸入空開F2和蓄電池空開F1正常閉合，UPS顯示關(guān)機(jī)狀態(tài)。

1：09現(xiàn)場(chǎng)與UPS廠家取得聯(lián)系，并對(duì)UPS故障現(xiàn)象遠(yuǎn)程指導(dǎo)，給出結(jié)論，可以對(duì)UPS進(jìn)行開機(jī)上電操作。

1：15現(xiàn)場(chǎng)人員首先將交流配電屏上所有負(fù)載斷開，并對(duì)UPS各開關(guān)位置進(jìn)行確認(rèn)，然后嘗試給UPS開機(jī)。

1：25UPS正常開機(jī)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)正常。

1：27現(xiàn)場(chǎng)人員逐一對(duì)負(fù)載上電，除視頻監(jiān)視系統(tǒng)、PIS系統(tǒng)外，其他設(shè)備均恢復(fù)正常。

1：32由于視頻監(jiān)視系統(tǒng)和PIS系統(tǒng)負(fù)載功率較大，只能分批對(duì)各攝像機(jī)和AP進(jìn)行上電，上電后設(shè)備正常運(yùn)行。

1：37廣播系統(tǒng)啟動(dòng)失敗，車控室綜合監(jiān)控飄紅，重啟工控機(jī)后，故障現(xiàn)象消除，經(jīng)測(cè)試，廣播系統(tǒng)正常工作。

1：48報(bào)備二調(diào)和網(wǎng)管各系統(tǒng)均恢復(fù)正常。班組人員保障至9：00。

2：00技術(shù)組和廠家人員對(duì)UPS告警信息進(jìn)行查看，發(fā)現(xiàn)市電一、二路切換過(guò)程中，蓄電池?zé)o法正常供電，導(dǎo)致UPS關(guān)機(jī)。測(cè)量UPS蓄電池電阻后，發(fā)現(xiàn)第32節(jié)蓄電池內(nèi)阻為59.9mΩ，偏離正常值（≤8.4mΩ）。

3.4原因分析

此次故障由于蓄電池老化導(dǎo)致內(nèi)阻過(guò)高，使得UPS蓄電池組不能正常放電。

4維保優(yōu)化

4.1溫度與浮充電壓

由于電解液界面上的電化反應(yīng)與溫度有直接關(guān)系，溫度（環(huán)境）因素對(duì)蓄電池充放電性能（容量、電壓）、內(nèi)阻等有一定的影響，從而直接影響蓄電池的使用壽命。電池在過(guò)高的溫度條件工作壽命會(huì)縮短，（如圖8）：

圖8蓄電池預(yù)計(jì)工作壽命與工作溫度的關(guān)系

電池的工作壽命同樣還受充電時(shí)所選定的浮充電壓的影響，溫度越高所需浮充電壓越小。作為備用電源用途時(shí)，建議每單格浮充電壓根據(jù)型號(hào)與安裝現(xiàn)場(chǎng)溫度不同控制電池的浮充電壓，如下圖9為25℃時(shí)各型號(hào)蓄電池建議浮充電壓：

由圖9可知，XL系列蓄電池在20℃-25℃條件下，浮充電壓范圍為2.25-2.27V/cell，單節(jié)12V蓄電池即為13.5-13.62V/bloc。

所以保持適宜并穩(wěn)定的設(shè)備房溫度，設(shè)定好相應(yīng)的浮充電壓對(duì)當(dāng)前模式運(yùn)行下的蓄電池壽命會(huì)有一定的提高。

4.2儀器的使用

由于蓄電池巡檢儀采集信息存在少許偏差，或者在蓄電池停止浮充時(shí)存在一定影響，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)每節(jié)蓄電池狀態(tài)性能，導(dǎo)致蓄電池組未能及時(shí)工作，在市電不穩(wěn)定或逆變器故障時(shí)候會(huì)引起UPS關(guān)機(jī)，設(shè)備房?jī)?nèi)交流設(shè)備斷電。

所以在市電切換、蓄電池保養(yǎng)前，需要使用專業(yè)的內(nèi)阻測(cè)試儀、直流假負(fù)載，對(duì)蓄電池性能，整組蓄電池輸出狀態(tài)進(jìn)行模擬，確認(rèn)好設(shè)備狀態(tài)，避免對(duì)通信設(shè)備造成不必要的影響。

4.3智能充放電ABM

與傳統(tǒng)的恒功率充電式電池管理技術(shù)不同，ABM電池管理技術(shù)通過(guò)對(duì)UPS內(nèi)部充電器的精確控制實(shí)現(xiàn)在”需要的時(shí)候”對(duì)電池進(jìn)行快速充電，在“不需要”時(shí)降低充電電流甚至完全關(guān)閉充電器，使整個(gè)電池組的管理處于充電、浮充、休眠三段式循環(huán)充放電過(guò)程之中。在ABM過(guò)程中，“浮充”過(guò)程只占據(jù)整個(gè)電池組充放電管理的少量時(shí)間，有效地減少了”浮充”電流對(duì)電池壽命的影響，使電池工作在理想的充放電環(huán)境之中，從而有效地延長(zhǎng)電池的使用壽命。

ABM是個(gè)非常有價(jià)值的特點(diǎn)。在以下情況時(shí)控制、開始充電：

（1）開動(dòng)設(shè)備時(shí)

（2）未充電長(zhǎng)達(dá)18天后

（3）如開放電池電壓低于預(yù)定電壓水平

經(jīng)大量的應(yīng)用實(shí)踐證明，在相同的工作環(huán)境下，長(zhǎng)期使用ABM電池管理技術(shù)對(duì)電池進(jìn)行管理，將會(huì)比傳統(tǒng)的電池管理技術(shù)有效地延長(zhǎng)電池的使用壽命50%以上。

5結(jié)束語(yǔ)

在軌道交通運(yùn)輸行業(yè)通信電源系統(tǒng)是通信系統(tǒng)的心臟，后備電源又是電源系統(tǒng)的后備保障，因此后備電源的穩(wěn)定和有效是確保通信暢通的必要條件。只有從主觀上足夠重視，并創(chuàng)造良好的客觀運(yùn)行環(huán)境，做到管理專業(yè)化、制度化，設(shè)備、技術(shù)先進(jìn)化，操作、維護(hù)現(xiàn)代化，才能保證通信電源系統(tǒng)和軌道交通通信系統(tǒng)的安全生產(chǎn)運(yùn)行，確保專網(wǎng)通信的可靠暢通，服務(wù)于軌道交通運(yùn)輸安全生產(chǎn)。

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作者簡(jiǎn)介：喻璽;男;1987年10月生;南京地鐵運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司通信技術(shù)管理、工程師。