UPS运行模式及CSB蓄电池风险管理
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火箭蓄电池 发布时间：2024-10-19 08:57:09 阅读：
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UPS运行模式及CSB蓄电池风险管理速发展,信息系统的数据量以20%逐年递增,标志着咸阳机场公司已经朝着数字时代企业逐渐转型升级。航站区管理部电力站以精细化管理为手段,以管理清单化、清单事项化、事项规范化、规范体系化为工具,总结出机房的电源、空调、防雷接地系统以及信息系统的重要载体(服务器、存储磁盘阵列、交换机、光模块等)四大领域。系统性的分析了信息系统支撑的平台。在这里,我们要解决的主要问题是机房的一个领域:不间断电源(UPS)。
如果把机房四大领域比喻成人体器官,电源就是人体的“消化系统”,为整个人体提供可靠的能量支撑。而电源主要包括电源主机以及后备电池等两个部分。而这两部分又可拆分成近千个技术指标,航站区管理部电力站以问题为导向,以精细化管理为工具,梳理出以下技术管理经验分享。
一、电源主机
1.电源供电模式选择
根据现有机场公司建设设计要求,UPS供电模式参差不齐,对于供电模式选择均有不同的模式,应用的场景也均有不同,航站区管理部电力站通过精细化管理方式,梳理出以下几种模式:
1）双总线单机运行UPS供电系统:2套同步运行的UPS两路输出,形成A、B路双总线供电,并分别连接至两套相互独立的负载侧配电柜。
2）UPS并联冗余运行模式:指的是两台及以上UPS单机或模块并联同步输出供电。当采用“1+1”并机模式时,任何一部UPS的单机或模块均应具备承担99.99%负载的能力。
3）单线路UPS供电系统:一台UPS单独输出,直接接入负载设备。(可靠性按照顺序编号依次降低)。因此,在电源配置时,建议根据负载重要性选择不同的供电模式以供选择。
2.电源设备维护周期
UPS内部结构主要以主控、整流器、逆变器、静态开关、通讯模块、散热装置等零部件为主,这些单元内部有着复杂的逻辑关系以及集成系统。一是因UPS为7×24小时不间断运行,且部分机房地理位置及外部因素限制(包括温度、湿度、粉尘及负载率等),导致不同机房的UPS内部元器件寿命稍有差异,但主要因素还是考虑整体使用年限,其中UPS风扇建议更换周期为6年,UPS电容建议更换周期为6～8年,UPS主控板建议更换周期为8年;二是UPS主要核心作用是为下端供电设备设施提供可靠的供电运行保障，即在常规运行中，当外界出现电网波动和电网中断等情况下，可以保证下端设备设施的连续性运行。因此对UPS试验主要应分三种方式，包括中断市电、中断电池开关和切换静态旁路等，确保UPS主机的可靠性，防止在重要时间节点上电网波动对下端设备造成影响。
3.电源设备应急处理
当UPS出现异常情况时(包括故障报警、过载、寿命到期、电池失效等等),能够迅速恢复下端电源,通过了解设备的运行状态,迅速隔离故障点。现存部分UPS(容量在20kVA以下(含))未设置手动维修旁路,也就意味着当出现故障时UPS无法短时间退出运行。因此,为了保证故障应急处理的时效性,经电力站专业技术人员研讨论证,对此类UPS加装旁路开关,可确保在紧急状态下迅速退出设备,保证电源的连续性,经实际测试,此类UPS在故障时恢复时间可由40min缩短至5min。
二、后备储能装置（电池）
1.蓄电池选型及更换标准:
1）锂电池和铅酸电池的对比分析:蓄电池作为储能的核心装置,以内部属性分类法主要是:锂电池(典型的以磷酸铁锂电池为主)、铅酸蓄电池(典型的以VLAN电池为主,胶体电池是VLAN电池的升级版本)、镍氢电池等。以电压等级分类常见的主要是:2V、12V、24V、48V电池为主(跟内部结构有关)。目前航站区内的电池最常见的以12V的VLAN(阀控式铅酸蓄电池为主),选择的优点:其一,VLAN电池的能量密度相对较小,安全性受到外界干扰的影响性相比磷酸铁锂电池受到外界的干扰小。其二,满足现有机房的物理条件,且12V电池串联选择提供的后备时间较长。其三,在同等能量密度时,同等充放电循环次数下,铅酸蓄电池成本优势更加明显。
2）电池的更换标准:通过查阅大量资料文献及标准,包括国家标准(GB)、电力行业标准(DL)、通讯行业标准(YD)等标准,以及注明电池检测仪表厂家(福禄克、日置)等,其中各种标准说法不一,其原因主要是因为市面上生产电池厂商品牌不一,难以进行统一,其中具有代表性的以电池容量为指标,日置仪表检测厂商以内阻检测值的1.5倍为指标,而在实际的生产运行过程当中,蓄电池的负荷能力只是蓄电池检测过程当中一项指标,其中尤为重要的安全风险问题在各类标准中又未曾提及,而安全风险问题对于航站区内等地点又是坚决不能接受的。
电池的表象及风险演化结果如表1。结合航站区内实际现场原因及情况,对电池观测及检查增加了难度,因此主要判断依据应做相应的标准结合,判断出故障电池、落后电池及良好电池。其中故障电池是应当进行立即更换的,落后电池是可以通过均衡进行维护的。提出以下几个建议供选择:
其一,新电池一致性比较好,更换个别电池虽然会对整组电池有影响,但相对影响较小。旧电池组一致性本身较差,更换个别电池时对整组电池影响相对会大些。
其二,电池设计寿命一般8-12年，根据电池制作工艺以及内部质量而定，在设计寿命期间内如果配有自动均衡维护系统，都可以个别更换故障或落后电池。超过设计寿命的电池组建议及时整组更换。
其三,目前修复电池的技术主要有三种:大电流充放电循环激活,尖峰脉冲除硫激活,补充电解液或蒸馏水。这些技术对蓄电池容量恢复有一定效果,主要用于动力电池或启动电池的容量修复,但对电池的安全性能方面没有改善,甚至会影响电池的安全性能,不建议在应急后备电源蓄电池组使用,否则容易发生事故。
电池的管理及维护标准建议:针对现有咸阳机场公司航站区实际情况,总结出电池管理及维护主要包括以下几个方面:
1）认真了解每一个UPS的电池配组原则,对电池准确进行编号及配色,方便检测;
2）按照电池安装说明书使用力矩扳手进行适当紧固螺丝;
3）日常巡检过程中注意2.1.2中现象;
4）在对电池进行核对性容量放电时注意电池放电压降,同组电池放电过程当中压降明显低于平均值的即可判断电池故障。
2.电池配件的选择:
1）电池支撑架(电池箱):依据《蓄电池施工及验收规范》GB-50172-2012中4.1.3所描
述,“蓄电池放置的基架及间距应符合设计要求;蓄电池放置在基架后,基架不应有变形;基架应接地”,由此可知,蓄电池在放置时以出图设计为验收标准。但在实际的使用过程当中,因蓄电池在维护过程中众多的检查事项与标准,蓄电池架的安装至少还须符合可以直接目视到电池等因素,因此更换的电池架配置标准至少应为敞开式,具备观测功能的电池架。
2）电池开关:
其一,电池开关的选择,电池属于直流开关,因此电池开关选型应为DC型开关;
其二,电池开关的选择,应符合电池组串联的更高电压等级,即耐压等级必须高于N×13.8V(N为每组串联电池个数);
其三,电池开关选择3P还是4P?对于直流开关来讲,3P开关一般应用为单级开关,4P开关一般应用为正负极开关,中间应当选用汇流排,如果UPS电池正极对地电压为电池串联个数,负极具有良好的接地,为对地等电位点,则应选用3级开关,具体方式如图1所示:
3）电池放电开关:放电开关主要为蓄电池放电时的便捷性、安全性,设置方式与电池开关原则一致。但应考虑放电开关的容量以及绝缘性能,仅须按照电池开关布置,选择对应的型号。
4）电池连接线及线鼻子选择:蓄电池连接线及线鼻子作为连接汇流排的核心导体,应具备可靠的导电性能及载流性能,载流能力计算公式为:
Q(UPS容量)÷√3÷380×η(逆变器转换效率)=V(串联直流电压)×组数×I(直流电流)
即电池连接线经选择应大于计算值I对应值一个级别。
三、信息化应用（检测系统）
1.UPS在线监测
UPS自问世以来,已从最初的动态式,发展到现在采用全控功率器件产品。UPS在使用过程中运行状态如图2所示:
在实际的使用过程当中,当UPS运行状态改变时的风险远大于正常运行时的风险,运行状态的改变指的是图2中的一种模式到另外一种模式的转变。因此,按照现行机场电网运行规律,在进行设备试验时,一般为计划性工作,时间与风险时可控的,即是故障情况下,人员具有应急措施,立即发现问题;而在电网波动或故障时,UPS的运行状态从市电状态到电池工作模式的转变,时间一般为50～3000ms,因敷设点位问题,如无UPS监控设备,将无法在第一时间判断UPS是否在此过程当中出现故障。因此UPS监控设备在于核心机房的UPS监控过程中的遥测与遥信功能必不可少。
2.电池在线监测
航站区目前电池总数为3719块,经过3年时间的历史数据资料积累,及检测标准的复杂性与多样性。人力检查时对专业技术要求比较高;电池数量基数大,在检测过程当中的纰漏;部分检测手段无法达到相应的检测要求。
因此借鉴于企业平台化管理的核心思路，通过信息化及数据化的应用，解决人力所不能达到的新高度。电池在线监控系统的核心主要以三大技术参数作为指标，一是电压及内阻的检测精度，确定检测精度应当以DL/T1397.5-2014中检测方式作为依据。二是具备核心风险点的告警功能。三是具备均衡维护等手段以及完整的信息链路传递。
