Η ισχύς του τηλεπικοινωνιακού ιστότοπου θεωρείται το αίμα ενός τηλεπικοινωνιακού δικτύου, ενώ η μπαταρία θεωρείται ως η δεξαμενή αίματος του, διασφαλίζοντας την ομαλή λειτουργία του δικτύου. Ωστόσο, η συντήρηση της μπαταρίας ήταν πάντα μια πρόκληση. Με τους κατασκευαστές να μειώνουν συνεχώς τις τιμές μετά από κεντρική προμήθεια, η ποιότητα των μπαταριών έχει μειωθεί σημαντικά. Κάθε χρόνο, πάνω από το 70% των βλαβών του συστήματος τροφοδοσίας τηλεπικοινωνιών αποδίδονται σε προβλήματα μπαταρίας, καθιστώντας τη συντήρηση της μπαταρίας πονοκέφαλο για το προσωπικό συντήρησης. Αυτό το άρθρο προσφέρει μια ανάλυση των κύριων αιτιών της βλάβης της μπαταρίας, η οποία μπορεί να χρησιμεύσει ως χρήσιμη αναφορά για άλλους.
1. Επισκόπηση ηλεκτρικού εξοπλισμού επιτόπου
Ο επιτόπιος εξοπλισμός ισχύος αποτελείται από δύο μονάδες UPS 40 kVA από μια γνωστή διεθνή μάρκα. Οι μπαταρίες τοποθετήθηκαν το 2016. Ακολουθούν αναλυτικές πληροφορίες:
Πληροφορίες UPS |
Πληροφορίες μπαταρίας |
Μάρκα & Μοντέλο: International Brand UPS UL33 |
Μάρκα & Μοντέλο: 12V 100Ah |
Διαμόρφωση: 40 kVA, 2 μονάδες σε παράλληλο σύστημα, η καθεμία με φορτίο περίπου 5 kW |
Αριθμός μπαταριών: 30 κελιά ανά ομάδα, 2 ομάδες, συνολικά 60 κελιά |
Ημερομηνία έναρξης λειτουργίας: 2006 (10 χρόνια υπηρεσίας) |
Ημερομηνία έναρξης λειτουργίας: 2016 (5 χρόνια υπηρεσίας) |
Στις 6 Ιουνίου, ο κατασκευαστής του UPS πραγματοποίησε τακτική συντήρηση, αντικαθιστώντας τους πυκνωτές AC και DC (5 χρόνια υπηρεσίας) και τους ανεμιστήρες. Κατά τη διάρκεια της δοκιμής αποφόρτισης της μπαταρίας (20 λεπτά), διαπιστώθηκε ότι η απόδοση αποφόρτισης της μπαταρίας ήταν κακή. Το ρεύμα εκφόρτισης ήταν 16Α και μετά από 10 λεπτά εκφόρτισης, η τάση πολλών κυψελών έπεσε στα 11,6 V, αλλά δεν παρατηρήθηκε διόγκωση των μπαταριών.
Διαπιστώθηκε ότι και οι δύο ομάδες μπαταριών UPS είχαν προβλήματα διόγκωσης κατά την επιθεώρηση. Χρησιμοποιώντας ένα πολύμετρο, μέτρησαν την τάση κυματισμού φόρτισης της μπαταρίας (μετρούμενη με τη ρύθμιση AC), η οποία ήταν τόσο υψηλή όσο 7 V (υπερβαίνοντας κατά πολύ το πρότυπο συντήρησης). Ως αποτέλεσμα, αρχικά υποψιάστηκαν ότι οι πυκνωτές φίλτρου συνεχούς ρεύματος που αντικαταστάθηκαν από τους μηχανικούς του κατασκευαστή του UPS ήταν ελαττωματικοί, προκαλώντας υπερβολική τάση κυματισμού στο δίαυλο DC του UPS, με αποτέλεσμα τη διόγκωση της μπαταρίας.
2. Κατάσταση αποτυχίας επιτόπου
Στις 22 Ιουλίου, η ομάδα του Ερευνητικού Ινστιτούτου διενήργησε επιθεώρηση ασφαλείας σε ένα υποκατάστημα. Ανακάλυψαν ότι οι μπαταρίες των συστημάτων UPS στον 5ο όροφο ενός κτιρίου ήταν έντονα διογκωμένες. Εάν υπήρχαν διακοπές ρεύματος από το δίκτυο, υπήρχε φόβος ότι οι μπαταρίες μπορεί να μην αποφορτιστούν σωστά, οδηγώντας ενδεχομένως σε ατύχημα. Ως αποτέλεσμα, συνέστησαν αμέσως το προσωπικό συντήρησης του υποκαταστήματος να επικοινωνήσει με τους μηχανικούς του κατασκευαστή για να κανονίσουν μια κοινή επιτόπια συνεδρία έρευνας και αντιμετώπισης προβλημάτων και με τα τρία μέρη το επόμενο απόγευμα.
Διόγκωση μπαταριών 12V
Το απόγευμα της 23ης Ιουλίου τα τρία μέρη έφτασαν επί τόπου. Κατά τον έλεγχο, διαπιστώθηκε ότι και οι δύο μονάδες UPS λειτουργούσαν κανονικά, με τάση πλωτήρα περίπου 404 V για τις μπαταρίες (σύμφωνα με τις καθορισμένες παραμέτρους). Οι μηχανικοί του κατασκευαστή χρησιμοποίησαν ένα πολύμετρο Fluke 287C (υψηλής ακρίβειας) για να μετρήσουν την τάση κυματισμού φόρτισης της μπαταρίας, η οποία ήταν περίπου 0,439 V. Ένας μετρητής σφιγκτήρα Fluke 376 (χαμηλότερη ακρίβεια) με μέτρηση περίπου 0,4 V. Τα αποτελέσματα και από τα δύο όργανα ήταν παρόμοια και εμπίπτουν στο τυπικό εύρος τάσης κυματισμού για τον εξοπλισμό (γενικά λιγότερο από το 1% της τάσης του διαύλου). Αυτό έδειξε ότι οι αντικατασταθέντες πυκνωτές DC ήταν συμβατοί και λειτουργούσαν κανονικά. Επομένως, η προηγουμένως ύποπτη θεωρία ότι η αντικατάσταση του πυκνωτή προκάλεσε υπερβολική τάση κυματισμού και η διόγκωση της μπαταρίας αποκλείστηκε.
Πολύμετρο: 0,439V
Μετρητής σφιγκτήρα: περίπου 0,4V
Μια ανασκόπηση των ιστορικών αρχείων του συστήματος UPS έδειξε ότι, στις 6 Ιουνίου, και οι δύο μονάδες UPS είχαν υποβληθεί σε δοκιμή αποφόρτισης μπαταρίας διάρκειας 15 λεπτών. Μετά την επαναφορά του κύριου διακόπτη τροφοδοσίας, πραγματοποιήθηκε εξισορροπημένη φόρτιση 6 λεπτών, ακολουθούμενη από δοκιμή εκφόρτισης μπαταρίας 14 λεπτών από τους μηχανικούς του κατασκευαστή. Μετά τη δοκιμή, το σύστημα UPS ξεκίνησε αυτόματα τέσσερις διαδοχικές ισοσταθμισμένες φορτίσεις 12 ωρών, με κάθε φάση να χωρίζεται με ένα διάστημα 1 λεπτού, ολοκληρώνοντας στις 5:32 π.μ. της 9ης Ιουνίου. Έκτοτε, οι μπαταρίες παρέμειναν σε λειτουργία float charge.
Η περαιτέρω εξέταση των αρχικών ρυθμίσεων της μπαταρίας του UPS αποκάλυψε τα εξής:
Η διάρκεια ζωής της μπαταρίας ορίστηκε σε 48 μήνες (4 χρόνια), αν και η πραγματική προσδοκώμενη διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας 12 V θα πρέπει να είναι 5 χρόνια.
Η εξισορροπημένη φόρτιση ορίστηκε σε 'ενεργοποιημένη'.
Το όριο ρεύματος φόρτισης ορίστηκε στα 10Α.
Η σκανδάλη για τη μετάβαση σε εξισορροπημένη φόρτιση ορίστηκε σε 1A (το σύστημα θα άλλαζε αυτόματα σε εξισορροπημένη φόρτιση εάν το ρεύμα φόρτισης πλωτήρα υπερέβαινε το 1Α, παρόλο που η προεπιλεγμένη τιμή για αυτό το μοντέλο είναι 0,03C10~0,05C10, πράγμα που σημαίνει ότι η εξισορροπημένη φόρτιση ενεργοποιείται όταν το ρεύμα φόρτισης πλωτήρα φτάσει τα 3-5A. 0,01C10, που σημαίνει ότι η εξισορροπημένη φόρτιση θα ενεργοποιηθεί όταν το ρεύμα φόρτισης πλωτήρα φτάσει στο 1Α).
Ο χρόνος προστασίας εξισορροπημένης φόρτισης ορίστηκε στα 720 λεπτά (η εξισορροπημένη φόρτιση σταματά αυτόματα μετά από 12 ώρες).
3. Ανάλυση των αιτιών αποτυχίας
Με βάση τις παραπάνω συνθήκες, η διαδικασία αποτυχίας μπορεί να αναλυθεί ως εξής:
Οι δύο ομάδες μπαταριών αυτού του συστήματος UPS χρησιμοποιήθηκαν για 4 χρόνια (η διάρκεια ζωής των μπαταριών 12V είναι 5 χρόνια) και η χωρητικότητα της μπαταρίας είχε μειωθεί σημαντικά. Ωστόσο, πριν την αποτυχία, η εξωτερική εμφάνιση της μπαταρίας ήταν φυσιολογική, χωρίς σημάδια διόγκωσης. Μια περαιτέρω ανασκόπηση των ιστορικών αρχείων της UPS από τις 30 Ιανουαρίου 2019 (τα αρχεία πριν από αυτήν την ημερομηνία διαγράφηκαν) έως τις 6 Ιουνίου 2020, έδειξε ότι το σύστημα UPS είχε πραγματοποιήσει 12 εξισορροπημένες φόρτιση, με τη μεγαλύτερη διάρκεια να μην υπερβαίνει τα 15 λεπτά. Αυτό υποδηλώνει ότι η εξισορροπημένη διάρκεια φόρτισης που ορίστηκε στο σύστημα UPS πριν από τη συντήρηση ήταν σχετικά σύντομη, μόνο 15 λεπτά, και η βραχυπρόθεσμη εξισορροπημένη φόρτιση του συστήματος UPS δεν θα προκαλέσει διόγκωση των μπαταριών.
Μετά τη συντήρηση και την αντικατάσταση του πυκνωτή, το σύστημα UPS επανεκκινήθηκε. Η λογική του ελέγχου αναγνώρισε την μπαταρία ως πρόσφατα συνδεδεμένη, έτσι ξεκίνησε μια εξισορροπημένη φόρτιση διάρκειας 6 λεπτών και στη συνέχεια άλλαξε σε φόρτιση πλωτή. Ωστόσο, μετά από μια επακόλουθη δοκιμή αποφόρτισης 14 λεπτών, το σύστημα UPS ξεκίνησε αυτόματα την εξισορροπημένη φόρτιση για την πλήρη επαναφόρτιση των μπαταριών. Λόγω της χρήσης των μπαταριών για 4 χρόνια, η ικανότητα διατήρησης της εσωτερικής φόρτισής τους είχε επιδεινωθεί, με αποτέλεσμα το ρεύμα φόρτισης πλωτήρα να ξεπεράσει το 1A, ενεργοποιώντας το εξισορροπημένο όριο φόρτισης 1Α που ορίστηκε στο σύστημα UPS (η προεπιλεγμένη τιμή για αυτό το μοντέλο είναι 3~5A ρεύμα φόρτισης πλωτήρα για να ενεργοποιήσει την εξισορροπημένη φόρτιση, αλλά για κάποιο λόγο το άτομο είχε τροποποιήσει το άτομο1). Αυτό είχε ως αποτέλεσμα το σύστημα UPS να εκκινεί επανειλημμένα την εξισορροπημένη φόρτιση έως ότου ένα εσωτερικό ανοιχτό κύκλωμα μπαταρίας το σταμάτησε τελικά (Διαφορετικά, το σύστημα UPS θα συνέχιζε την επαναλαμβανόμενη εξισορροπημένη φόρτιση, γεγονός που θα μπορούσε να είχε οδηγήσει στην ανάφλεξη φωτιάς στην ομάδα μπαταριών). Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, οι μπαταρίες υποβλήθηκαν σε τέσσερις συνεχείς κύκλους εξισορροπημένης φόρτισης σε διάστημα 48 ωρών (κάθε κύκλος σταματούσε μόνο για 1 λεπτό κάθε 12 ώρες πριν συνεχιστεί η εξισορροπημένη φόρτιση). Μετά από μια τέτοια παρατεταμένη εξισορροπημένη φόρτιση, οι μπαταρίες τελικά παρουσίασαν διόγκωση και ακόμη και οι βαλβίδες εξαερισμού παραμορφώθηκαν.
4. Σύναψη
Με βάση τις παραπάνω παρατηρήσεις και αναλύσεις, οι αιτίες της βλάβης της μπαταρίας σε αυτό το σύστημα UPS είναι οι εξής:
Η άμεση αιτία ήταν η ακατάλληλη ρύθμιση των παραμέτρων φόρτισης του συστήματος UPS, η οποία οδήγησε σε συνεχή εξισορροπημένη φόρτιση για 48 ώρες με διαστήματα μόνο 1 λεπτού μεταξύ κάθε κύκλου. Ακόμη και οι νέες μπαταρίες δεν θα άντεχαν τόσο παρατεταμένη και έντονη εξισορροπημένη φόρτιση, οδηγώντας σε αστοχία διόγκωσης της μπαταρίας σε αυτή την περίπτωση.
Το μοντέλο συστήματος UPS είναι ένα πρώιμο σχέδιο με λειτουργικούς περιορισμούς. Αυτό το παλαιότερο μοντέλο UPS (που σχεδιάστηκε πριν από 20 χρόνια) δεν είχε τη ρύθμιση 'εξισορροπημένος χρόνος προστασίας διαστήματος φόρτισης' (άλλες μάρκες συνήθως ορίζουν αυτό το διάστημα σε 7 ημέρες), με αποτέλεσμα συνεχείς πολλαπλούς εξισωμένους κύκλους φόρτισης.
Η απόδοση των μπαταριών είχε υποβαθμιστεί λόγω παλαιότητας (4 χρόνια σε λειτουργία), με μειωμένη ικανότητα εκφόρτισης και κακή διατήρηση φόρτισης. Πριν από τις 6 Ιουνίου, το όριο ρεύματος μετατροπής εξισορροπημένης φόρτισης σε φόρτιση είχε οριστεί αδικαιολόγητα χαμηλό (μόνο 1Α για μπαταρίες 100Ah). Η προεπιλεγμένη τιμή του συστήματος UPS είναι 3~5A, ωστόσο το προσωπικό συντήρησης την τροποποίησε ανεξήγητα σε 1A.
Το σύστημα UPS λειτουργούσε για 14 χρόνια, πολύ πέρα από την ηλικία παροπλισμού του, καθιστώντας αναπόφευκτα τα σφάλματα μέτρησης. Αυτά τα σφάλματα μπορεί να προκάλεσαν επανειλημμένα εκκίνηση του συστήματος εξισορροπημένης φόρτισης λόγω ανακριβούς εντοπισμού ρεύματος.
Ευτυχώς, ένα ανοιχτό κύκλωμα σε μία από τις κυψέλες της μπαταρίας εμπόδισε το σύστημα UPS να συνεχίσει τους επαναλαμβανόμενους κύκλους φόρτισης εξισορρόπησης μετά την τέταρτη εξισορροπημένη φόρτιση, αποφεύγοντας έτσι την πιθανότητα να πιάσουν φωτιά οι μπαταρίες.
5. Μέτρα αποκατάστασης για την αποτυχία
Τα διορθωτικά μέτρα περιλαμβάνουν δύο πτυχές:
Πρώτα, τροποποιήστε προσωρινά τις παραμέτρους φόρτισης της μπαταρίας του UPS:
Απενεργοποιήστε τη ρύθμιση εξισορροπημένης φόρτισης στο σύστημα UPS.
Ρυθμίστε το ρεύμα σκανδάλης για εναλλαγή από φόρτιση πλωτήρα σε εξισορροπημένη φόρτιση στα 3Α (αν και το 3Α εξακολουθεί να είναι κάπως χαμηλό, καθώς το προεπιλεγμένο ελάχιστο είναι 3Α, αλλά προηγουμένως είχε ρυθμιστεί σε 1Α).
Ρυθμίστε τον εξισορροπημένο χρόνο προστασίας φόρτισης σε 1 ώρα (προηγουμένως είχε οριστεί σε 12 ώρες).
Δεύτερον, το υποκατάστημα αντικατέστησε τις δύο ομάδες μπαταριών με εφεδρικές μπαταρίες, αλλά οι εφεδρικές μπαταρίες έχουν χωρητικότητα μόνο 50 Ah, επομένως μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο για προσωρινούς σκοπούς έκτακτης ανάγκης. Υπάρχουν σχέδια για μεταφορά του φορτίου από το σύστημα UPS σε άλλες πηγές τροφοδοσίας στο μέλλον, για να επιλυθούν διεξοδικά τα ζητήματα ασφάλειας του τροφοδοτικού.
Ο χειριστής ξοδεύει ένα σημαντικό ποσό ετησίως για υπηρεσίες συντήρησης του συστήματος UPS, ωστόσο λόγω της αμέλειας και της απροσεξίας του προσωπικού συντήρησης, τροποποίησαν ακόμη και κατά λάθος τις προεπιλεγμένες τιμές του συστήματος UPS, κάτι που είναι πραγματικά απίστευτο. Συνιστάται στον κατασκευαστή του UPS να λάβει σοβαρά υπόψη τη συντήρηση των προϊόντων του και να αποφύγει τέτοια βασικά λάθη στο μέλλον, βελτιώνοντας την ποιότητα των υπηρεσιών συντήρησης. Εν τω μεταξύ, προτείνεται ο χειριστής να δώσει μεγαλύτερη προσοχή στις επακόλουθες υπηρεσίες συντήρησης που παρέχονται από τον κατασκευαστή του UPS και να δημιουργήσει ένα σύστημα αξιολόγησης για τη συνεχή βελτίωση της ασφαλούς και αξιόπιστης λειτουργίας του συστήματος UPS.
