基于城市軌道交通UPS系統(tǒng)蓄電池維護(hù)研究

王金永

科華數(shù)據(jù)股份有限公司，福建廈門(mén)，361000

0 引言

現(xiàn)在一些通信機(jī)房以及大型數(shù)據(jù)中心普遍采用集中供電的方式，UPS系統(tǒng)是非常重要的設(shè)備，而且容量很大，該技術(shù)已經(jīng)成熟，可以為軌道交通工程集中供電。UPS系統(tǒng)中安裝有蓄電池，要保證持續(xù)供電，就要確保蓄電池不會(huì)存在質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)其做好維護(hù)工作是非常必要的。

1 UPS系統(tǒng)的種類(lèi)

UPS系統(tǒng)可以劃分為三種，即后備式UPS系統(tǒng)、在線(xiàn)互動(dòng)式UPS系統(tǒng)、在線(xiàn)式UPS系統(tǒng)。

其一，后備式UPS系統(tǒng)。當(dāng)市電正常的情況下，在后備式UPS系統(tǒng)的運(yùn)行中，市電發(fā)揮主要的電能供應(yīng)作用，其將電能傳輸給負(fù)載單元，當(dāng)市電的電能供應(yīng)已經(jīng)超出負(fù)荷，或者產(chǎn)生停電故障，就要對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由蓄電池進(jìn)行逆變供電。此時(shí)，后備式UPS系統(tǒng)運(yùn)行不是很穩(wěn)定，有切換的時(shí)間，電能輸出的時(shí)候，波形呈現(xiàn)方形。

其二，在線(xiàn)互動(dòng)式UPS系統(tǒng)。在線(xiàn)互動(dòng)式UPS系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，當(dāng)市電處于正常狀態(tài)的時(shí)候，市電將電能供應(yīng)給負(fù)載單元，如果市電比較低或者非常高的時(shí)候，在UPS系統(tǒng)的內(nèi)部有穩(wěn)壓線(xiàn)路，可以起到很好穩(wěn)定電壓的作用，之后輸出，如果市電不能處于正常運(yùn)行狀態(tài)或者產(chǎn)生停電的現(xiàn)象，就要轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)為蓄電池逆變供電，以維持持續(xù)供電。在線(xiàn)互動(dòng)式UPS系統(tǒng)運(yùn)行中電壓穩(wěn)定，有切換時(shí)間。

其三，在線(xiàn)式UPS系統(tǒng)。在線(xiàn)式UPS系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，當(dāng)市電處于正常狀態(tài)的時(shí)候，市電整流之后將直流電壓提供給逆變器，逆變器將交流電提供給負(fù)載單元。當(dāng)市電處于異常狀態(tài)的時(shí)候，蓄電池向逆變器供應(yīng)能量，逆變器持續(xù)運(yùn)行，確保電源輸出的持續(xù)性。在線(xiàn)式UPS系統(tǒng)所具備的特點(diǎn)是輸入電壓的范圍非常寬，幾乎沒(méi)有切換的時(shí)間，而且輸出的電壓有非常高的穩(wěn)定性[1]。如果對(duì)電源有很高的要求可以使用該系統(tǒng)，但是所投入的成本是非常高的。

2 蓄電池使用現(xiàn)狀

UPS系統(tǒng)中，蓄電池所發(fā)揮的主要作用是對(duì)電能進(jìn)行存儲(chǔ)。以蘇州市地鐵一號(hào)線(xiàn)為例，其有很多設(shè)備都使用了UPS系統(tǒng)，而且每個(gè)設(shè)備都配備有閥控式密封鉛酸蓄電池，以確保設(shè)備處于持續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。從各種專(zhuān)業(yè)設(shè)備所安裝的蓄電池情況來(lái)看，通信設(shè)備安裝的蓄電池?cái)?shù)量最多，為6888塊；應(yīng)急照明設(shè)備所安裝的蓄電池為2440塊；屏蔽門(mén)安裝的蓄電池為1104塊；BAS電源安裝的蓄電池為1000塊；高壓供電設(shè)備安裝的蓄電池為540塊；門(mén)禁電源安裝的蓄電池為432塊；信號(hào)專(zhuān)業(yè)設(shè)備安裝的蓄電池為424塊；APS中央系統(tǒng)安裝的蓄電池為48塊。

3 閥控式密封鉛酸蓄電池介紹

當(dāng)前來(lái)看，閥控式密封鉛酸蓄電池的應(yīng)用非常普遍，其不僅使用便捷，而且成本非常低。

閥控式密封鉛酸蓄電池為備用能量?jī)?chǔ)存設(shè)備。該設(shè)備的正常使用過(guò)程中，會(huì)呈現(xiàn)出氣密狀態(tài)和液密狀態(tài)。如果內(nèi)部氣壓比預(yù)定值高，自動(dòng)開(kāi)啟安全閥門(mén)，有氣體釋放出來(lái)。隨著內(nèi)部氣壓不斷降低，自動(dòng)閉合安全閥，確保其保持密封狀態(tài)，外部空氣就不會(huì)進(jìn)入蓄電池的內(nèi)部[2]。

閥控式密封鉛酸蓄電池自身性能良好，其有很高的密封程度，電解液就好像凝膠，如果隔離板為高孔率的，就可以被吸收，此時(shí)通常不會(huì)處于流動(dòng)狀態(tài)，所以可以橫著放置電池。這種類(lèi)型的蓄電池極板柵材質(zhì)為無(wú)銻鉛合金，電池幾乎不會(huì)存在自放電的現(xiàn)象。電池的正極以及負(fù)極周?chē)鶠楦綦x板，確保物質(zhì)不會(huì)脫落，因此使用壽命比較長(zhǎng)。與老式敞開(kāi)式蓄電池相比較，體積要小一些，而從容量上來(lái)看卻要高很多。當(dāng)蓄電池處于長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，不需要任何液體的補(bǔ)充，不會(huì)有酸霧產(chǎn)生，不釋放氣體。

閥控式密封鉛酸蓄電池的優(yōu)勢(shì)如下。

其一，便于使用。這種類(lèi)型的蓄電池在使用的過(guò)程中，只要將整流器充電電壓控制好即可，由于浮充使用要求以及循環(huán)使用要求不同，恒壓充電的過(guò)程中需要使用規(guī)定電壓，電池充電的時(shí)候不需要值班人員監(jiān)守，其中電池端的電壓以及放電容量是非常重要的，需要定期檢測(cè)[3]。

其二，安裝簡(jiǎn)便。這種類(lèi)型的蓄電池在制造完成之后，已經(jīng)進(jìn)行過(guò)一次小電流充電處理，為荷電出廠，安裝過(guò)程中不需要經(jīng)歷初充電過(guò)程。如果放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，已經(jīng)超過(guò)半年，就可以按照生產(chǎn)廠的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行電能補(bǔ)充，經(jīng)過(guò)充電之后，實(shí)施放電檢查并做好容量測(cè)試工作，對(duì)電池容量進(jìn)行判斷，明確其質(zhì)量的可靠性。

4 蓄電池維護(hù)要點(diǎn)

4.1 合理控制電池間環(huán)境溫度

UPS系統(tǒng)的電池要保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，需要對(duì)環(huán)境溫度合理控制，通常在20℃至25℃之間，確保電池更好地發(fā)揮其性能，使用壽命得以延長(zhǎng)。

4.2 保護(hù)蓄電池充電放電

如果UPS系統(tǒng)所采用的是單體蓄電池、12V的端電壓，要控制好浮充電壓，通常在13.5V至13.8V之間。如果浮充電壓持續(xù)維持在低水平狀態(tài)，電池就不能充滿(mǎn)；當(dāng)浮充電壓非常高的情況下，就會(huì)產(chǎn)生過(guò)壓充電現(xiàn)象，導(dǎo)致電池的使用壽命縮短。所以，UPS系統(tǒng)蓄電池組的浮充電壓通常設(shè)置為13.5V，也就是說(shuō)，充電端的電壓所采用的是過(guò)壓保護(hù)電壓[4]。

對(duì)蓄電池實(shí)施放電保護(hù)是延長(zhǎng)電池壽命的有效方法。當(dāng)電池處于放電狀態(tài)的時(shí)候，UPS系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)蓄電池組端電壓要做好監(jiān)測(cè)工作，采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法，能夠隨時(shí)了解電壓變化信息。在電池放電的時(shí)候，端電壓需要截止，保護(hù)裝置啟動(dòng)，電池的電能供應(yīng)被切斷，確保電池放電的時(shí)候不會(huì)產(chǎn)生過(guò)度現(xiàn)象，以保護(hù)好電池的性能。

運(yùn)行UPS系統(tǒng)對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)進(jìn)行供電的時(shí)候，能夠保持穩(wěn)定性，但是，要保證蓄電池有良好的性能，就要做好定期充電和放電工作。通常會(huì)采用人為放電方式，每間隔三個(gè)月就要按照后備時(shí)間進(jìn)行放電，需要對(duì)電池容量有所了解，通過(guò)檢查明確其是否能夠?qū)PS系統(tǒng)的電能供應(yīng)后備時(shí)間充分滿(mǎn)足。如果電池處于持續(xù)浮充狀態(tài)，就需要進(jìn)行一次充放電，這樣的操作能夠延長(zhǎng)電池使用壽命。

對(duì)蓄電池定期充電和放電是非常有好處的。通常每間隔三個(gè)月就要對(duì)蓄電池進(jìn)行一次充電和放電，最遲不能超過(guò)半年。這樣做的好處主要體現(xiàn)為兩個(gè)方面：其一，能夠檢測(cè)蓄電池的容量并做好評(píng)估工作。其二，將硫酸鹽化消除。需要注意的是，進(jìn)行放電的時(shí)候?qū)τ谄渖疃纫浞终莆眨刂圃谝?guī)定的范圍內(nèi)，否則會(huì)影響UPS系統(tǒng)蓄電池的放電深度，電池使用壽命也因此縮短。當(dāng)電池放電的時(shí)候，其深度非常深的情況下，就要減少循環(huán)使用次數(shù)。進(jìn)行放電的過(guò)程中，通常電壓要控制在終止電壓值，也就是說(shuō)，總電壓標(biāo)稱(chēng)值88.5%是一個(gè)臨界點(diǎn)，不能超過(guò)這個(gè)值，否則就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。

4.3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池容量

UPS系統(tǒng)的蓄電池要能夠達(dá)到穩(wěn)定持續(xù)供電的效果，就要對(duì)其容量做好監(jiān)測(cè)工作，通常會(huì)采用專(zhuān)用的電池監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)采用遠(yuǎn)程在線(xiàn)方式，包括充電數(shù)據(jù)和放電數(shù)據(jù)都能夠全面收集，詳細(xì)記錄，保證各項(xiàng)信息準(zhǔn)確。將這些數(shù)據(jù)信息作為重要依據(jù)，將各個(gè)單體電池中容量的剩余部分計(jì)算出來(lái)。對(duì)蓄電池的容量進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的時(shí)候，所有的信息都會(huì)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)報(bào)告中，自動(dòng)生成報(bào)告，這就能夠?qū)崟r(shí)獲得電池放電量，如此可以有效避免產(chǎn)生意外情況[5]。

4.4 定期檢查端電壓以及內(nèi)阻

UPS系統(tǒng)蓄電池要在持續(xù)使用的過(guò)程中保證質(zhì)量，就要按照規(guī)定定期檢查端電壓以及內(nèi)阻，詳細(xì)記錄所獲得的信息并做好核對(duì)工作，比較電池初始值。如果單體蓄電池的電壓是12V，單體電池之間的端電壓差異已經(jīng)達(dá)到0.4V以上，或者內(nèi)阻與初始值之間存在很大的差異，就要對(duì)單體電池進(jìn)行充電，而且保證均衡性，防止由于單節(jié)電池存在故障問(wèn)題造成電池組不能持續(xù)供電。

對(duì)于蓄電池的端電壓值，每周都要進(jìn)行一次測(cè)試。要合理控制電壓，如果其處于非常低的狀態(tài)，且一些電池長(zhǎng)期持續(xù)充電，但充電不充足，就會(huì)導(dǎo)致浮充鈍化的問(wèn)題，不能使蓄電池的性能達(dá)到良好效果。如果電壓非常高，就會(huì)增加溢出的氣體量，氣體再化合的效率不是很高。對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，平均電壓值是2.35V，可以適當(dāng)?shù)厣?，但是要控制?.4V以?xún)?nèi)[6]。如果充電電壓非常高，就會(huì)導(dǎo)致過(guò)大的充電電流，此時(shí)就會(huì)有熱量產(chǎn)生，提升電解液溫度，因此降低了電池內(nèi)阻，此時(shí)充電電流會(huì)加大。就這樣不斷地循環(huán)，蓄電池就會(huì)產(chǎn)生變形或者開(kāi)裂的問(wèn)題，導(dǎo)致其性能不能充分發(fā)揮。

對(duì)于單體蓄電池，每個(gè)月都要進(jìn)行一次電壓值測(cè)量。當(dāng)蓄電池處于串聯(lián)狀態(tài)的時(shí)候，由于是多個(gè)電池連接在一起的，電壓不能保持均衡狀態(tài)，此時(shí)就會(huì)有電池的容量相對(duì)落后，其主要體現(xiàn)為不能完全充電，對(duì)蓄電池進(jìn)行放電的時(shí)候，會(huì)加重放電深度，充電的過(guò)程中就會(huì)更加落后。隨著充電和放電的次數(shù)不斷增多，就會(huì)出現(xiàn)不均衡的現(xiàn)象，落后電池不能很好地發(fā)揮性能。所以，對(duì)于單體蓄電池的電壓值要定期測(cè)量，每個(gè)月都要測(cè)量并詳細(xì)記錄結(jié)果。如果蓄電池的電壓不超過(guò)2.2V，就要做好均衡充電工作，保證其充電處于完全狀態(tài)，防止個(gè)別落后電池存在而影響整個(gè)蓄電池組的性能。

4.5 清潔蓄電池

保持蓄電池清潔干燥，通氣孔要通暢。只有蓄電池保持清潔，才能很好地發(fā)揮其性能，所以，每周都要做好衛(wèi)生工作，電池以及機(jī)架會(huì)由于電池使用的過(guò)程中產(chǎn)生靜電效應(yīng)而布滿(mǎn)灰塵，需要清除干凈。如果蓄電池箱積累了很多的灰塵，就會(huì)造成蓄電池組連接點(diǎn)的位置不能正常接觸，蓄電池進(jìn)行充電和放電的時(shí)候，電壓值就會(huì)發(fā)生改變，甚至導(dǎo)致故障問(wèn)題。如果極板或夾頭出現(xiàn)氧化物時(shí)應(yīng)將其擦干凈，將少許黃油涂在上面，避免產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。對(duì)蓄電池進(jìn)行擦拭的時(shí)候，要使用干布，也可以用毛刷將灰塵刷去，用吸塵器的效果是最好的[7]。

4.6 每天巡視蓄電池

工作人員每天都要巡視蓄電池，定時(shí)察看工作環(huán)境以及運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)嗅覺(jué)判斷，如果空氣中微酸氣味彌漫，可以判斷是蓄電池使用過(guò)程中有酸霧排出，此時(shí)就要及時(shí)通風(fēng)。觀察蓄電池的外形，如果產(chǎn)生變形，就要及時(shí)處理。查看蓄電池的端子以及安全閥是否有滲液產(chǎn)生，明確安全閥的啟動(dòng)是否正常，如果處于不正常狀態(tài)，就要拆除舊的蓄電池，更換新的蓄電池。

4.7 不混合使用新舊蓄電池

不能將舊的蓄電池與新的蓄電池混合使用，這是因?yàn)樘幱诔潆姞顟B(tài)下，新的蓄電池電壓快速提升，舊電池不能被充飽，導(dǎo)致欠電壓的問(wèn)題經(jīng)常存在，蓄電池不能很好地發(fā)揮作用，縮短使用壽命。

4.8 閑置蓄電池每三個(gè)月充電一次

蓄電池加足電解液，不得長(zhǎng)期在充電不足的情況下放置，要定期充電，否則會(huì)造成電池報(bào)廢。當(dāng)蓄電池長(zhǎng)期閑置的時(shí)候，負(fù)極位置就會(huì)有PbSO4結(jié)晶產(chǎn)生，非常粗大，不能保證有效充電，這就意味著出現(xiàn)不可逆硫酸鹽化的現(xiàn)象，蓄電池還未達(dá)到使用壽命就不能很好地發(fā)揮其效能了。給蓄電池充電的時(shí)候，電壓要符合要求，如果蓄電池為12V，充電標(biāo)準(zhǔn)電壓為13.5V至14.5V，如果為24V，充電標(biāo)準(zhǔn)電壓則為28V至29.9V。需要注意的是，電解液液面高度要超過(guò)無(wú)極板10mm至15mm，如果液面非常低，就要及時(shí)補(bǔ)充蒸餾水，此時(shí)不能補(bǔ)充電解液，在沒(méi)有蒸餾水的情況下可以使用雨水或者雪水，注意不能使用河水，也不能使用自來(lái)水。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上面的研究可以明確，從當(dāng)前的軌道交通建設(shè)工程情況來(lái)看，其應(yīng)用弱電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的過(guò)程中要保證供電質(zhì)量，UPS電源集中供電可以滿(mǎn)足要求。UPS系統(tǒng)中安裝有蓄電池，其作為新技術(shù)產(chǎn)品，中國(guó)各個(gè)廠家沒(méi)有采用統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也沒(méi)有出臺(tái)維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。在測(cè)定蓄電池品質(zhì)的時(shí)候，無(wú)論是內(nèi)容還是流程都非常復(fù)雜，當(dāng)其投入使用之后，檢測(cè)其特性存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。如果UPS系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候電池產(chǎn)生故障問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。為了保證其安全持續(xù)供電，就要在日常的工作中做好技術(shù)維護(hù)，使其更好地發(fā)揮功能。