數據中心UPS蓄電池在線更換實戰經驗總結

肖 鑫， 王新芳

(1. 成方金融信息技術服務有限公司，北京 100032；2. 中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100038)

0 引言

數據中心全生命周期包括前期規劃設計、建設實施、投產運營到經濟壽命結束。運營階段是持續時間最長、最重要的階段，此階段中，可根據全生命周期和系統運行的需要對基礎設施進行升級改造，以確保基礎設施設備整體處于滿足要求的運行狀態，避免由于部分設備自身老化導致系統性能降低，甚至持續累積引發系統性風險。

我國自2010年起進入了數據中心數量和規模爆發式增長階段，目前投運10年以上的機房數量龐大。隨著IT設備負荷的不斷增加、業務的轉型和設備運行時間的延長，基礎設施設備故障逐漸增多，急需采用新技術對系統實施改造或進行設備更新來提升機房基礎設施設備性能以滿足現有及預期的IT設備使用需求。

1 UPS蓄電池更換工作基本情況

本文所述的數據中心案例已正常運行8年。考慮到UPS蓄電池系統運行時長超過廠家推薦的5～7年安全使用壽命期，為避免個別蓄電池性能降低給整組蓄電池的一致性帶來不利影響，本項目運維管理團隊決定對在用的UPS蓄電池進行整體更換，更換2V/1 500AH和2V/1 000AH蓄電池共計3 600余塊，總重量超過300t。本次蓄電池更換工作是對蓄電池老化和故障風險的主動排除與預防性處置，為整個UPS供電系統后期持續安全穩定運行提供了可靠保障。

2 UPS蓄電池更換的前期準備階段

在工程實施前期，工作人員以安全可靠完成蓄電池在線更換為目標，通過設計團隊的現場勘查，并會同業內專家進行風險評估、可行性研究和論證，制定了保障人員安全、設備安全和環境安全的嚴密施工方案。

2.1 確定需求

根據UPS主機配置蓄電池組的數量、每組蓄電池的數量組合、規格型號、蓄電池架利舊的可行性、以及電池室地板承重活荷載等因素綜合考慮確定擬采購蓄電池和配件的性能技術指標，并且根據現有IT設備的投入運行情況對所需要的蓄電池冗余配置進行了充分預估。

2.2 勘查設計

以蓄電池安放位置、現有空間的勘查結果為基本條件，結合擬采購蓄電池的數量和外形尺寸，精確完成蓄電池擺放布局設計，在確保電池架電氣接地可靠的前提下，使電池架疏密度和電池散熱性能滿足相關要求，便于電池安裝施工和后期運營維護。

2.3 風險評估

根據安全生產風險管理體系的要求進行危害識別，充分預測評估施工難度和工程量，對施工過程中可能發生的人身事故風險、停電風險和UPS主機故障風險等進行深入分析和預判，并就此制定精確施工工序和多個應急處置預案。

2.4 編制方案

本施工方案科學地選擇蓄電池更換工作的時間節點，細致規劃新電池進場和舊蓄電池出場路徑，包括新舊電池暫存的安全場所。此外，蓄電池進場、出場分別安排專門通道，蓄電池進場、出場工序完成后馬上封閉相應通道，避免現場出現擁堵，如圖1所示。結合前期風險評估合理調整施工順序、安排人員崗位、做好對應防護和測試步驟的質量把關，對整體方案進行了多次嚴密的推演驗證，并通過了外部專家的評審和認可。

圖1 蓄電池搬運路線圖

2.5 信息通報

向電力主管部門、客戶和相關單位通報工作計劃，避免與變電站倒閘操作時間或客戶業務系統重要保障時間出現沖突，爭取供電部門、客戶和相關單位最大限度支持配合，多方協同為蓄電池更換工作提供良好的外部環境。

3 UPS蓄電池在線更換的現場施工階段

施工階段是指從施工隊入場進行精細化防護開始，包括拆除舊電池、安裝新電池、緊固連接線路和器件、新電池接入原有UPS設備及合閘等各個階段。為避免意外情況影響機房內IT設備供電，本項目避開IT設備運行高峰的日間時段，組織施工人員在夜間施工。

3.1 現場防護

本項目在改造期間，對蓄電池室地面、墻面和蓄電池組進行物理防護。為保護蓄電池室自流平地面，鋪設了厚度≥5mm的中密度板，墻面和蓄電池組周圈使用絕緣輕質萬通板遮蓋，其他場所的地面使用竹膠板敷設以避免地板磚劃傷或地板磚碎裂。作業區域使用醒目的警戒帶，將作業區域與非作業區進行域隔，所有非相關作業人員不得進入圍擋隔離保護區域內，確保施工風險的可控性。

3.2 技術交底

在蓄電池更換工作開始前，由業主牽頭召集設計團隊、施工部門、監理部門、運維部門、UPS供貨商和蓄電池供貨商的技術支持人員進行施工階段的技術交底，明確各崗位職責、安全施工要求和注意事項，把安全生產責任落實到每個人。

3.3 施工組織

本數據中心機房安裝了多臺工頻UPS主機，每臺UPS主機配置1組蓄電池。基于多年的運維經驗并征詢業內相關專家的意見，確定對每一組蓄電池按照先拆除舊電池再安裝新電池的順序更為穩妥。由于現場蓄電池組間距有限，拆除與安裝工作并行易導致作業面交叉，存在電池碰撞、掉落和工作人員受傷等安全隱患。另外，蓄電池安裝宜從上往下逐層擺放，蓄電池在入位時底部與電池架接觸并摩擦易導致電池本體劃傷，每裝完一層蓄電池應從下方觀察蓄電池殼體是否劃傷、破裂，有利于增加施工安全系數。

3.4 配合檢查

本項目單位按照蓄電池安裝和更換施工的相關安全及環保要求準備符合相關資質的廢舊蓄電池運輸車輛，有針對性編制了避免蓄電池破裂污染環境、漏液引起火災等危險情況的應急處置預案，配合當地環保主管單位現場督查。

4 UPS蓄電池在線更換的驗證測試階段

項目按照相關規定，對蓄電池進行了施工過程階段性驗證測試和施工結束后的結論性驗證測試。

4.1 階段性驗證測試

過程中的階段性驗證測試是在施工階段進行的測試內容，蓄電池更換過程中始終要關注新蓄電池的電壓和內阻數值：在安裝前，測試蓄電池電壓和內阻的目的是避免蓄電池在運輸、拆箱過程中受到損傷；在通電前，測試蓄電池電壓和內阻的目的是確認每塊蓄電池電壓和內阻合格且整組蓄電池的端電壓在UPS主機直流母線電壓的安全范圍內以防止對UPS主機正常運行產生威脅；在蓄電池組連接UPS主機后，仍需每日查看蓄電池電壓和內阻參數，確保蓄電池技術參數穩定。

4.2 結論性驗證測試

施工結束后的結論性驗證測試是蓄電池飽和充電后通過帶載放電驗證整個UPS主機和蓄電池系統的功能。對蓄電池組均充24h后，通過帶載放電至一定深度再浮充至飽和狀態，充分激活蓄電池電化學性能，在上述過程中觀察記錄UPS主機和蓄電池的各項技術參數，驗證整個UPS蓄電池系統的工作能力，作為確認更新蓄電池后整個UPS蓄電池系統可以安全穩定運行的依據。

5 注意事項

5.1 申報審批

宜盡早到環保主管部門報備項目信息并申報廢舊蓄電池轉運，避免由于不熟悉流程或修改申報材料導致進度拖延。

5.2 廢舊蓄電池合規處置

廢舊蓄電池的回收處置涉及危險物品運輸以及合規處置兩個方面，要求承辦單位必須具備危險物品運輸的道路運輸經營許可證和危險物品經營許可證，跨省運輸還需按規定向兩地環保主管部門申辦跨省轉運聯單。

5.3 廢舊蓄電池轉運

廢舊蓄電池拆除后不宜進行現場存儲，因廢舊蓄電池存儲涉及場地危險品環境的要求以及場地租賃和二次搬運的費用。所以，蓄電池拆除后直接裝車運輸為首選方案。

5.4 輔料準備

蓄電池連接線固定螺栓(含墊片)應提前集中裝配，有利于提高連接線安裝的效率和安全性。同理，規格不一的蓄電池連接線也要提前整理核對，減少施工過程中的忙亂動作。

5.5 施工人員安全性保障

蓄電池更換工作大部分都是夜間施工，要觀察施工人員的體力和精神狀態，如有疲勞或精力不集中的應及時安排調整臨時休息，不能因趕工期令工人超負荷工作，前期應做好人員調配的處置預案。

5.6 聯調聯試并設定關鍵參數

蓄電池連接至UPS主機前、后，以及蓄電池飽和充電測試與放電測試過程中，施工部門應召集蓄電池廠商和UPS主機廠商技術工程師等相關人員進行聯調聯試，根據實際情況科學設定均充電壓、浮充電壓參數并把握充放電時間。

5.7 蓄電池應有備件