Síla telekomunikační sítě je považována za krev telekomunikační sítě, zatímco baterie je považována za její zásobárnu krve, která zajišťuje hladký provoz sítě. Údržba baterie však byla vždy náročným aspektem. Vzhledem k tomu, že výrobci po centralizovaném nákupu neustále snižují ceny, kvalita baterií se výrazně snížila. Každý rok je více než 70 % poruch telekomunikačního napájecího systému připisováno problémům s bateriemi, takže údržba baterií je pro personál údržby bolestí hlavy. Tento článek nabízí analýzu hlavních příčin selhání baterie, která může sloužit jako užitečná reference pro ostatní.
1. Přehled energetického zařízení na místě
Napájecí zařízení na místě se skládá ze dvou 40kVA UPS od známé mezinárodní značky. Baterie byly instalovány v roce 2016. Níže jsou uvedeny podrobné informace:
Informace UPS |
Informace o baterii |
Značka a model: Mezinárodní značka UPS UL33 |
Značka a model: 12V 100Ah |
Konfigurace: 40 kVA, 2 jednotky v paralelním systému, každá se zátěží cca 5 kW |
Počet baterií: 30 článků na skupinu, 2 skupiny, celkem 60 článků |
Datum uvedení do provozu: 2006 (10 let provozu) |
Datum uvedení do provozu: 2016 (5 let provozu) |
6. června provedl výrobce UPS běžnou údržbu, vyměnil AC a DC kondenzátory (5 let provozu) a ventilátory. Během testování vybití baterie (20 minut) bylo zjištěno, že vybíjecí výkon baterie byl špatný. Vybíjecí proud byl 16A a po 10 minutách vybíjení kleslo napětí několika článků na 11,6V, ale nebylo pozorováno žádné vyboulení baterií.
Bylo zjištěno, že obě skupiny baterií UPS měly během kontroly vyboulené problémy. Pomocí multimetru změřili napětí zvlnění nabíjení baterie (měřeno pomocí nastavení AC), které bylo až 7 V (daleko překračovalo standard údržby). V důsledku toho měli zpočátku podezření, že stejnosměrné filtrační kondenzátory, které vyměnili konstruktéři výrobce UPS, byly vadné a způsobily nadměrné zvlnění napětí na stejnosměrné sběrnici UPS, což vedlo k vyboulení baterie.
2. Poruchová situace na místě
Tým z Výzkumného ústavu provedl 22. července bezpečnostní kontrolu na pobočce. Zjistili, že baterie systémů UPS v 5. patře budovy jsou silně vyboulené. Pokud došlo k výpadkům proudu ze sítě, panovala obava, že by se baterie nemusely správně vybít, což by mohlo vést k nehodě. V důsledku toho okamžitě doporučili, aby pracovníci údržby pobočky kontaktovali inženýry výrobce a dohodli se na společném šetření na místě a sezení o řešení problémů se všemi třemi stranami následující odpoledne.
Vyboulení 12V baterií
Odpoledne 23. července dorazily všechny tři strany na místo. Při kontrole bylo zjištěno, že obě UPS jednotky fungují normálně, s udržovacím napětím přibližně 404V pro baterie (v souladu s nastavenými parametry). Inženýři výrobce použili multimetr Fluke 287C (vysoká přesnost) k měření napětí zvlnění nabíjení baterie, které bylo přibližně 0,439 V. Klešťový měřič Fluke 376 (nižší přesnost) měří kolem 0,4 V. Výsledky z obou přístrojů byly podobné a spadaly do typického rozsahu zvlnění napětí pro zařízení (obecně méně než 1 % napětí sběrnice). To znamenalo, že vyměněné stejnosměrné kondenzátory byly vyhovující a fungovaly normálně. Proto byla vyloučena dříve podezřelá teorie, že výměna kondenzátoru způsobila nadměrné zvlnění napětí a vyboulení baterie.
Multimetr: 0,439V
Klešťový měřič: přibližně 0,4V
Kontrola historických záznamů systému UPS ukázala, že 6. června obě jednotky UPS prošly 15minutovým testem vybití baterie. Po obnovení hlavního vypínače bylo provedeno 6minutové vyrovnání nabíjení, po kterém následoval 14minutový test vybití baterie inženýry výrobce. Po testu systém UPS automaticky inicioval čtyři po sobě jdoucí 12hodinové vyrovnávané nabíjení, přičemž každá fáze byla oddělena 1minutovým intervalem a skončila 9. června v 5:32. Od té doby baterie zůstaly v režimu plovoucího nabíjení.
Další zkoumání původního nastavení baterie UPS odhalilo následující:
Životnost baterie byla nastavena na 48 měsíců (4 roky), ačkoli skutečná životnost 12V baterie by měla být 5 let.
Vyrovnané nabíjení bylo nastaveno na 'povoleno'.
Limit nabíjecího proudu byl nastaven na 10A.
Spoušť pro přepnutí na ekvalizované nabíjení byla nastavena na 1A (systém by se automaticky přepnul na ekvalizované nabíjení, pokud by plovoucí nabíjecí proud překročil 1A, i když výchozí hodnota pro tento model je 0,03C10~0,05C10, což znamená, že ekvalizované nabíjení se spustí, když plovoucí nabíjecí proud dosáhne 3–5A. Z neznámých důvodů by však pracovníci údržby výrobce C10 upravili toto spouštění.010 plovoucí nabíjecí proud dosahuje 1A).
Doba ochrany proti vyrovnání nabíjení byla nastavena na 720 minut (vyrovnané nabíjení se automaticky zastaví po 12 hodinách).
3. Analýza příčin poruch
Na základě výše uvedených okolností lze proces selhání analyzovat následovně:
Dvě bateriové skupiny tohoto UPS systému byly v provozu 4 roky (životnost 12V baterií je 5 let) a kapacita baterie se výrazně snížila. Před poruchou byl však vnější vzhled baterie normální, bez známek vyboulení. Další přezkum historických záznamů UPS od 30. ledna 2019 (záznamy před tímto datem byly vymazány) do 6. června 2020 ukázal, že systém UPS provedl 12 vyrovnávaných nabíjení, přičemž nejdelší doba trvání nebyla delší než 15 minut. To znamená, že doba vyrovnání nabíjení nastavená v systému UPS před údržbou byla relativně krátká, pouze 15 minut, a krátkodobé vyrovnání nabíjení systému UPS nezpůsobí vyboulení baterií.
Po údržbě a výměně kondenzátoru byl systém UPS restartován. Řídící logika identifikovala baterii jako nově připojenou, a tak zahájila 6minutové vyrovnávací nabíjení a poté přešla na plovoucí nabíjení. Po následném 14minutovém testu vybíjení však systém UPS automaticky zahájil vyrovnávací nabíjení, aby se baterie plně dobily. Vzhledem k tomu, že baterie byly používány po dobu 4 let, se zhoršila jejich vnitřní schopnost zadržování nabití, což způsobilo, že udržovací nabíjecí proud překročil 1A, čímž se spustil 1A vyrovnávací práh nabíjení nastavený v systému UPS (výchozí hodnota pro tento model je 3~5A plovoucí nabíjecí proud pro spuštění vyrovnávacího nabíjení, ale z nějakého důvodu to personál údržby upravil na 1A). To vedlo k tomu, že systém UPS opakovaně spustil vyrovnávací nabíjení, dokud jej vnitřní otevřený obvod baterie nakonec nezastavil (V opačném případě by systém UPS pokračoval v opakovaném vyrovnávání nabíjení, což by mohlo vést k požáru skupiny baterií). Během této doby baterie prošly čtyřmi nepřetržitými cykly ekvalizovaného nabíjení po dobu 48 hodin (každý cyklus se každých 12 hodin pozastavil pouze na 1 minutu, než se obnovilo ekvalizované nabíjení). Po takto prodlouženém vyrovnávacím nabíjení se baterie nakonec vyboulily a dokonce se zdeformovaly odvzdušňovací ventily.
4. Závěr
Na základě výše uvedených pozorování a analýzy jsou příčiny selhání baterie v tomto systému UPS následující:
Přímou příčinou bylo nesprávné nastavení nabíjecích parametrů systému UPS, které vedlo k nepřetržitému vyrovnávanému nabíjení po dobu 48 hodin s pouze 1minutovými intervaly mezi jednotlivými cykly. Ani nové baterie by nevydržely tak dlouhé a intenzivní vyrovnávací nabíjení, což v tomto případě vedlo k vyboulení baterie.
Model systému UPS je raný návrh s funkčními omezeními. Tento starší model UPS (navržený před 20 lety) postrádal nastavení 'doba ochrany intervalu vyrovnání nabíjení' (jiné značky obvykle nastavují tento interval na 7 dní), což vedlo k nepřetržitému vícenásobnému vyrovnání nabíjecích cyklů.
Výkon baterií se snížil v důsledku stáří (4 roky provozu), se sníženou vybíjecí kapacitou a špatným udržením nabití. Před 6. červnem byla prahová hodnota konverzního proudu z vyrovnání na plovoucí nabíjení nastavena nepřiměřeně nízko (pouze 1A pro 100Ah baterie). Výchozí hodnota systému UPS je 3~5A, ale personál údržby ji nepochopitelně upravil na 1A.
Systém UPS byl v provozu 14 let, což je mnohem déle, než bylo jeho vyřazení z provozu, takže chyby měření byly nevyhnutelné. Tyto chyby mohly způsobit, že systém opakovaně spustil vyrovnávací nabíjení kvůli nepřesné detekci proudu.
Naštěstí otevřený obvod v jednom z bateriových článků zabránil systému UPS pokračovat v opakovaných cyklech vyrovnání nabíjení po čtvrtém vyrovnání nabíjení, čímž se zabránilo možnému vznícení baterií.
5. Opatření k nápravě poruchy
Nápravná opatření zahrnují dva aspekty:
Nejprve dočasně upravte parametry nabíjení baterie UPS:
Deaktivujte nastavení ekvalizovaného nabíjení v systému UPS.
Upravte spouštěcí proud pro přepnutí z udržovacího nabíjení na vyrovnávací nabíjení na 3A (ačkoli 3A je stále poněkud málo, protože výchozí minimum je 3A, ale dříve bylo nastaveno na 1A).
Upravte dobu ochrany vyrovnání nabíjení na 1 hodinu (dříve nastaveno na 12 hodin).
Za druhé, pobočka vyměnila dvě skupiny baterií za záložní baterie, ale záložní baterie mají kapacitu pouze 50 Ah, takže je lze použít pouze pro dočasné nouzové účely. V budoucnu se plánuje přesun zátěže ze systému UPS na jiné zdroje energie, aby se důkladně vyřešily problémy s bezpečností napájení.
Provozovatel vynakládá ročně nemalé částky na údržbu systému UPS, přesto kvůli nedbalosti a neopatrnosti personálu údržby dokonce omylem upravil výchozí hodnoty systému UPS, což je opravdu neuvěřitelné. Doporučuje se, aby výrobce UPS bral údržbu svých produktů vážně a vyvaroval se takovýchto základních chyb v budoucnu a zlepšil tak kvalitu svých služeb údržby. Mezitím se doporučuje, aby provozovatel také věnoval větší pozornost následným údržbářským službám poskytovaným výrobcem UPS a vytvořil systém hodnocení pro neustálé zlepšování bezpečného a spolehlivého provozu systému UPS.
