UPS蓄電池組全壽命周期運行質量控制研究

曹智，張宇，王飛，郭志軍

（1.國網遼寧省電力有限公司信息通信分公司，遼寧沈陽111000；2.遼寧郵電規劃設計院有限公司，遼寧沈陽111000）

UPS蓄電池組全壽命周期運行質量控制研究

曹智1，張宇1，王飛1，郭志軍2

（1.國網遼寧省電力有限公司信息通信分公司，遼寧沈陽111000；2.遼寧郵電規劃設計院有限公司，遼寧沈陽111000）

通過對各地公司在運UPS電源系統的技術參數、制作工藝、安裝方式、運維模式等指標進行實地調研和分析，從而研究了影響UPS蓄電池組使用壽命的因素，為今后提升蓄電池組的運行可靠性、穩定性和使用壽命提供了參考。

UPS；蓄電池組；運行；維護

1 UPS電源

在電力行業信息系統機房中，供電是一個非常關鍵的問題，不可靠的供電會影響機房內信息設備的工作效率，造成數據傳輸的錯誤，影響正常的通信功能，對電力系統的安全運行造成極大的影響。電力行業信息機房中常見的電源問題有：市電中斷、電壓下陷、電壓突波、低或高電壓等幾種類型。這些問題可造成信息設備內部組件損壞、壽命減短以及數據流失與損壞等嚴重后果。不間斷電源（UPS），在市電電源中斷時，可立即通過蓄電池逆變出交流電給機房內用電設備供電，從而保證了這些設備工作的連續性與可靠性，極大的保證了電力系統運行的安全性、可靠性[1]。

1.1 UPS電源的組成及工作方式

UPS主要由整流器、儲能裝置、逆變器和靜態開關等幾部分組成。其中儲能裝置由若干蓄電池組串并聯而成，在市電正常工作時可將電能轉換為化學能儲存在蓄電池內部，當市電中斷時，將化學能轉換為電能提供給逆變器，為負載供電。UPS按工作方式可分為在線式和后備式，在線式圖1所示、后備式圖2所示：其中在線式UPS的逆變器始終處于工作狀態，保證無間斷輸出，適合對供電要求較高的場合，但成本較高；后備式UPS在停電時通過轉換開關轉為電池逆變器供電，結構簡單，成本低，但有切換時間。

圖1 在線式UPS電源工作方式示意圖

圖2 后備式UPS電源工作方式示意圖

1.2 UPS電源的作用

UPS對于保證信息設備的供電可靠性有著至關重要的作用。一方面，UPS能夠在市電中斷等應急情況下維持設備供電，防止突然斷電給用電設備造成損害；另一方面，UPS具有改善電能質量的作用，市電輸入的電能經過整流器后輸入逆變器，然后通過逆變器對負載供電，這樣就起到了市電和負載的隔離作用，消除市電上的電涌、噪聲，防止電壓、頻率的偏移對負載造成損壞，為用電設備提供高質量的電能。

2 影響UPS蓄電池組壽命的因素

一般情況下，UPS蓄電池組的壽命由電池的充放電次數決定。而其它外部因素，如放電電流的大小、電池所處環境溫度的高低等，均會對電池的使用壽命產生影響。一般認為，當電池的實際容量低于標稱容量的80%時，電池壽命終止，需要更換新的蓄電池組。影響蓄電池組壽命的主要因素如下[2]。

1）環境溫度。蓄電池組對溫度是十分敏感的。通常銘牌上標注的額定輸出容量是25℃（77 F）時的數據，當環境溫度改變時，蓄電池組的容量也將隨之改變，而過高或過低的環境溫度，也將很大程度上影響蓄電池組的使用壽命。一般情況下，蓄電池組要求的環境溫度應控制在20℃～25℃之間。過高的環境溫度會使蓄電池組的浮充電流增大，內部溫度升高，失水速度過快。一般認為，溫度每升高10℃，蓄電池組的壽命將減小一半。同樣的，當機房溫度過低時，每降低10℃，蓄電池組的壽命也將減小一半。可以看出，溫度是影響蓄電池組壽命的關鍵因素。所以，信息機房的電池室內應安裝空調設備，控制機房環境溫度，保證蓄電池組在合適的溫度條件下運行。但實地調研中發現，很多地區的空調設備已經損壞卻長期無人修理，導致機房內環境溫度偏高，蓄電池組及其它設備運行環境惡劣，壽命受到很大影響。

2）放電電流的大小。放電電流的大小主要與負載電流的大小有關。若蓄電池組的放電電流過大，將導致內部極板表面的硫酸鹽融化，在電解質內部形成硫酸鉛晶體沉淀，堵塞極板隔板微孔，使電池內阻增大，充電困難；若蓄電池組的放電電流過小，會降低電池內部的飽和度，使生成的晶體核少、結晶沉淀速度慢、充電困難，蓄電池組長時間虧電，縮短使用壽命。一般情況下，在線式UPS選取額定功率70%～80%的負載量，后備式UPS選取額定功率60%～70%的負載量。但在實際中發現，許多地市單位在項目前期未與設計單位做好溝通工作，用電負荷估算出現偏差或者遠期預留量考慮過大，導致蓄電池組放電電流較小；有些地區在機房新增設備的同時，并未考慮蓄電池組的增容，導致UPS負載率過高，放電電流較大。

因此，在項目前期，建設單位應與設計人員做好溝通工作，合理估算用電負荷；在機房設備增容改造的同時，應注意蓄電池組容量同步增加，保證UPS蓄電池組的放電電流在合理的范圍內。

3）蓄電池狀態。在供電質量較高的地區，很少發生停電事故，UPS蓄電池組長期與市電連接，處于浮充狀態。若長期處于浮充狀態，會使蓄電池組的內阻增大，化學能與電能相互轉換的活性降低，加速老化，縮短使用壽命。所以對于那些在很少停電的環境中使用的蓄電池，應每隔2～3個月有意關掉市電，讓蓄電池組處于放電狀態，這樣才能延長蓄電池組的使用壽命。實際運行中，相關維護人員往往忽視了這一點，使電池長期處于浮充狀態，壽命受到很大影響[3]。

4）運行環境。UPS蓄電池組要求室內清潔、少塵，并防止陽光直射。特別是在氣候干燥的地區，空氣中塵粒較多，遇到空氣潮濕時會引起主機控制紊亂，并使蓄電池組散熱不佳。因此，UPS蓄電池組的防塵和定期除塵顯得十分重要。但經過實地調研后發現，很多機房內的蓄電池組是裸露放置在電池架上，并缺少相關維護人員的除塵工作，導致蓄電池組各連接件和插接件之間沾滿灰塵和污垢；有些蓄電池組直接擺放在窗邊，受陽光直射，溫度很高，運行條件十分惡劣，隨之壽命受到很大影響。

3 結語

在項目前期考慮機房建設規模與遠期發展時，應做好機房負荷的預測工作，合理設計蓄電池組的容量，保證蓄電池組的放電電流在合理范圍內；在日常運行中，應分清資產管理責任界面，加強對維護人員的培訓與管理，做好對UPS電源的除塵與維護工作；對于長期處于浮充狀態的蓄電池組，應定期對電池進行充放電，確保其時刻處于良好狀態。只有這樣，才能有效提升電池組運行的可靠性、穩定性和使用壽命，減少UPS電源系統事故，增強信息系統設備運行的安全性、可靠性。

[1]李考明.UPS電源系統的維護與管理[J],通信電源技術,2011(1): 69-70.

[2]萬康,白永磊.淺談變電站的UPS設備[J].天津電力技術,2007(1): 41-42.

[3]王俊杰,郭天艷，不間斷電源（UPS）的功能、原理及維護[J].中國新通信,2013(5):48-51.

（編輯：劉楠）

Research on the Quality Control of theWhole Life Cycle of UPSBattery

Cao Zhi1,Zhang Yu1,Wang Fei1,Guo Zhijun2
(1.State Grid Liaoning Electric Power Co.,Ltd.,Shenyang Liaoning 111000;2.Liaoning Post and Telecommunications Planning and Design Institute Co.,Ltd.,Shenyang Liaoning 111000)

This paper analyzes the technical parameters,around the city of company in the UPS power system production process, installationmode,operationmode of investigation,the effectof UPSbattery service life factors,make guidance for the reliability,stability and lifetime of the battery in the future upgrade.

UPS;battery;operation;maintenance

TN86

A

2095-0748(2016)20-0062-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.20.27

2016-10-01

曹智（1983—），男，遼寧沈陽人，本科，畢業于北京工業大學，工程師，研究方向：信息計劃管理。