從無形到有形—UPS電池精細化管理

方樹敏

北京首都國際機場股份有限公司航站樓管理部, 北京 100621

1 概述

3號航站樓UPS系統運行已滿5年，現有電池組已經接近壽命終止，需要在近兩年進行更換。由于多數UPS的實際負載很輕（不足10%），現有電池組配置后備時間過長，造成資源浪費。為降低更換電池成本，有必要對電池組進行合理調整；調整后，電池組的實際后備時間仍在3小時以上，不僅可以滿足航站樓的運行和維護需求，還可節省更換電池費用。

2 問題的界定

3號航站樓在用的UPS蓄電池品牌為“武漢非凡”，該廠家提供的質保時間為3年，并說明當電池容量低于設計容量的80%時，稱電池壽命終止。如何準確的監控電池容量，精確預測電池失效時間，是我們工作中的重點。同時3號航站樓UPS系統為2007年投入使用，截至2012年底，已經運行滿五年；對比2012年電池放電數據和2009年電池放電數據，目前電池容量已經低于或接近電池容量的80%，臨近壽命終止；需要對其進行更換，以保障UPS系統的正常運行。

3 診斷與分析

目前UPS主機負載量較小，平均負載量為11%，而UPS電池組是按照100%負載量配置的，實際電池冗余量很大。

3號航站樓UPS系統在建設時，設計后備供電時間為100%負載時0.5小時，但是實際負載量11%的情況下，供電時間可達到10小時或者更長時間；通過實際運行發現，夜航后維護作業時間不會超過3小時，故實際運行中，需要UPS系統后備時間3小時。

綜上所述，3號航站樓UPS系統蓄電池更換時，對電池重新進行配置，可核減電池容量，減少電池更換的資金投入，同時又保障系統的正常運行。

UPS系統是為行業內重要的生產系統提供可靠電源的系統，平時看似并不起眼，但是確非常的重要。而UPS系統的蓄電池組更是在市電停電的情況下，UPS系統能否保障供電的重中之重。航站樓內也發生過因電池耗盡造成的供電中斷，可見平時關注蓄電池維護管理的重要性。我模塊在UPS系統的維護管理中，對蓄電池進行每年一次的電池活化放電測試，并在測試時將負載功率和放電時間進行了統計。

UPS電源中使用的鉛酸蓄電池的所謂失效和容量衰減，都直接表現為內阻增大、端電壓升高、使用性能明顯下降等。影響蓄電池的內在質量主要表現在蓄電池硫化，造成硫化的兩個重要因素：一是極化電壓，二是記憶效應，其中極化電壓是在充電過程中，電荷堆積于蓄電池電極上而產生的反向，實際上表現為蓄電池內阻的增大。消除極化電壓的有效方法，是采用負極性脈沖在蓄電池兩端瞬間放掉電極上堆積的反極性電荷。記憶效應則可通過多次充放電來消除。經過活化激活后可恢復和提升電池的實際容量，提升蓄電池的使用壽命。

而負載功率以及放電時間的數據統計工作，平時看似毫無意義，但是通過每一年與上一年的數據對比，我們可以了解電池容量，進而掌握電池是否有效，何時需要對電池進行更換，數據為這次電池更換打下了牢固的基礎。

根據電池放電時間計算方法，可以看出負載功率的不同，使得負荷電流I不同，而電池組容量可以估算為負荷電流I乘以放電時長T，3號航站樓目前電池組設計原則為100%負載情況下后備半小時，而實際運行中，大部分UPS負載為11%，后備時間根據運行維保要求，需要3個小時，所以在電池更換時，只需要按照實際使用需求配置電池容量即可。

而不同容量的電池，價格差異很大，按照原有電池容量配置，全部更換蓄電池需要大概人民幣630萬元，而按照實際使用需求重新配置蓄電池，只需要大概人民幣320萬元，節省成本約50%。

表1 參考文獻類型及載體類型標識

4 公式

根據YD 5040-1997《通信電源設備安裝設計規范》,蓄電池組放電時間的計算公式為：

T=η*[1-a（t-25）]Q/KI

其中：

T——放電小時數，h；

η—— 放電容量系數；

a——電池溫度系數，當放電小時率在1-10時，a取0.008；

t——實際電池所在地的環境溫度的數值；

Q——蓄電池組的容量，Ah；

K——老化系數，取1.25；

I——負荷電流，A。

5 結束語

在UPS系統的運行中，大家往往容易忽視蓄電池的維保，并沒有意識到精細化電池維保管理，可以帶來的直接經濟效益。目前蓄電池市場上，大部分廠商的質保期只有三年，而通過電池的精細化維護，可以將電池的壽命延長至五年或更長時間，直接節省近一倍的電池更換。可見重視電池維保的管理，注重電池放電時長的數據積累，不但有助于UPS系統的穩定運行，還可以為公司節約成本。

[1]張青泉. 通信電源設備安裝工程設計規范. YD5040-2005.