قدرت سایت مخابرات خون یک شبکه مخابراتی در نظر گرفته می شود، در حالی که باتری به عنوان مخزن خون آن در نظر گرفته می شود و از عملکرد روان شبکه محافظت می کند. با این حال، نگهداری باتری همیشه یک جنبه چالش برانگیز بوده است. با کاهش مداوم قیمت ها توسط تولید کنندگان پس از خرید متمرکز، کیفیت باتری ها به طور قابل توجهی کاهش یافته است. هر ساله بیش از 70 درصد از خرابیهای سیستم برق مخابراتی به مشکلات باتری نسبت داده میشود و تعمیر و نگهداری باتری را به دردسر پرسنل تعمیر و نگهداری تبدیل میکند. این مقاله تجزیه و تحلیلی از دلایل اصلی خرابی باتری ارائه می دهد که ممکن است به عنوان یک مرجع مفید برای دیگران باشد.
1. بررسی اجمالی تجهیزات برق در محل
تجهیزات برق در محل شامل دو واحد یو پی اس 40 کیلو ولت آمپر از یک برند معروف بین المللی است. باتری ها در سال 2016 نصب شده اند. اطلاعات دقیق در زیر آمده است:
اطلاعات یو پی اس |
اطلاعات باتری |
نام تجاری و مدل: UPS UL33 با نام تجاری بین المللی |
نام تجاری و مدل: 12V 100Ah |
پیکربندی: 40 کیلوولت آمپر، 2 واحد در یک سیستم موازی، هر یک با بار تقریباً 5 کیلو وات |
تعداد باتری: 30 سلول در هر گروه، 2 گروه، مجموعا 60 سلول |
تاریخ راه اندازی: 2006 (10 سال خدمت) |
تاریخ راه اندازی: 2016 (5 سال خدمت) |
در 6 ژوئن، سازنده UPS تعمیر و نگهداری معمولی را انجام داد و خازن های AC و DC (5 سال خدمات) و فن ها را جایگزین کرد. در طول آزمایش تخلیه باتری (20 دقیقه)، مشخص شد که عملکرد تخلیه باتری ضعیف است. جریان تخلیه 16 آمپر بود و پس از 10 دقیقه تخلیه، ولتاژ چند سلول به 11.6 ولت کاهش یافت، اما برآمدگی باتری ها مشاهده نشد.
مشخص شد که هر دو گروه باتری UPS در طول بازرسی دارای مشکلات برآمدگی بودند. آنها با استفاده از یک مولتی متر، ولتاژ موجی شارژ باتری (اندازه گیری شده با استفاده از تنظیمات AC) را اندازه گیری کردند که تا 7 ولت (بسیار فراتر از استاندارد تعمیر و نگهداری) بود. در نتیجه، آنها در ابتدا مشکوک شدند که خازنهای فیلتر DC که توسط مهندسان سازنده UPS جایگزین شدهاند معیوب بوده و باعث ایجاد ولتاژ موجی بیش از حد در گذرگاه DC UPS شده و منجر به برآمدگی باتری میشود.
2. وضعیت شکست در محل
در 22 ژوئیه، تیم پژوهشکده یک بازرسی ایمنی را در یک شعبه انجام داد. آنها متوجه شدند که باتری های سیستم های یو پی اس در طبقه پنجم یک ساختمان به شدت برآمدگی دارند. اگر برق از شبکه قطع می شد، بیم آن می رفت که باتری ها به درستی تخلیه نشوند و به طور بالقوه منجر به تصادف شود. در نتیجه آنها بلافاصله توصیه کردند که پرسنل تعمیر و نگهداری شعبه با مهندسان سازنده تماس بگیرند تا بعدازظهر روز بعد یک جلسه بررسی و عیب یابی مشترک در محل با هر سه طرف ترتیب دهند.
برآمدگی باتری های 12 ولت
بعد از ظهر روز 23 جولای، سه طرف در محل حاضر شدند. پس از بازرسی، مشخص شد که هر دو واحد UPS به طور عادی کار می کنند، با ولتاژ شناور تقریباً 404 ولت برای باتری ها (در راستای پارامترهای تنظیم شده). مهندسان سازنده از یک مولتی متر Fluke 287C (دقت بالا) برای اندازه گیری ولتاژ ریپل شارژ باتری استفاده کردند که تقریباً 0.439 ولت بود. یک کلمپ متر Fluke 376 (دقت کمتر) با ولتاژ 0.4 ولت اندازه گیری می شود. نتایج حاصل از هر دو ابزار مشابه بود و در محدوده ولتاژ ریپل معمولی برای تجهیزات قرار داشت (معمولاً کمتر از 1٪ ولتاژ باس). این نشان می دهد که خازن های DC جایگزین شده مطابقت دارند و به طور معمول کار می کنند. بنابراین، تئوری مشکوک قبلی مبنی بر اینکه تعویض خازن باعث ایجاد ولتاژ ریپل بیش از حد و برآمدگی باتری شده است منتفی شد.
مولتی متر: 0.439 ولت
گیره متر: تقریباً 0.4 ولت
بررسی سوابق تاریخی سیستم UPS نشان داد که در 6 ژوئن، هر دو واحد UPS تحت آزمایش تخلیه باتری 15 دقیقه ای قرار گرفته بودند. پس از بازگردانی کلید برق اصلی، شارژ 6 دقیقه ای برابر انجام شد و پس از آن آزمایش تخلیه باتری 14 دقیقه ای توسط مهندسان سازنده انجام شد. پس از آزمایش، سیستم UPS به طور خودکار چهار بار متوالی 12 ساعته را شروع کرد که هر فاز با یک فاصله زمانی 1 دقیقهای از هم جدا میشد و در ساعت 5:32 صبح روز 9 ژوئن به پایان رسید. از آن زمان، باتریها در حالت شارژ شناور باقی ماندهاند.
بررسی بیشتر تنظیمات باتری اصلی UPS موارد زیر را نشان داد:
عمر باتری روی 48 ماه (4 سال) تنظیم شده بود، اگرچه امید به عمر واقعی باتری 12 ولت باید 5 سال باشد.
شارژ برابر روی 'فعال' تنظیم شد.
محدودیت جریان شارژ روی 10 آمپر تنظیم شد.
ماشه برای تغییر به شارژ برابر روی 1 آمپر تنظیم شد (اگر جریان شارژ شناور از 1 آمپر بیشتر شود، سیستم به طور خودکار به شارژ برابر تغییر می کند، حتی اگر مقدار پیش فرض برای این مدل 0.03C10~0.05C10 است، به این معنی که شارژ یکسان شده زمانی آغاز می شود که جریان شارژ شناور به دلایل ناشناخته تعمیر و نگهداری این جریان شارژ شناور را به 3 تا 5 آمپر می رساند، اما به دلایل ناشناخته ای تنظیم شده است. 0.01C10، به این معنی که وقتی جریان شارژ شناور به 1 آمپر میرسد، شارژ یکسانی آغاز میشود.
زمان حفاظت از شارژ برابر روی 720 دقیقه تنظیم شد (شارژ برابر پس از 12 ساعت به طور خودکار متوقف می شود).
3. تجزیه و تحلیل علل شکست
با توجه به شرایط فوق، فرآیند شکست را می توان به صورت زیر تحلیل کرد:
دو گروه باتری این سیستم یو پی اس به مدت 4 سال مورد استفاده قرار گرفته بودند (عمر باتری های 12 ولتی 5 سال است) و ظرفیت باتری به میزان قابل توجهی کاهش یافته بود. با این حال، قبل از خرابی، ظاهر خارجی باتری عادی بود و هیچ نشانه ای از برآمدگی نداشت. بررسی بیشتر سوابق تاریخی UPS از 30 ژانویه 2019 (سوابق قبل از این تاریخ پاک شد) تا 6 ژوئن 2020، نشان داد که سیستم UPS 12 بار شارژ یکسان شده را انجام داده است که طولانی ترین مدت آن بیش از 15 دقیقه نبوده است. این نشان می دهد که مدت زمان شارژ برابر تنظیم شده در سیستم UPS قبل از تعمیر و نگهداری نسبتاً کوتاه بوده است، فقط 15 دقیقه، و شارژ یکسان شده کوتاه مدت سیستم UPS باعث برآمدگی باتری ها نمی شود.
پس از تعمیر و نگهداری و تعویض خازن، سیستم یو پی اس مجددا راه اندازی شد. منطق کنترل باتری را به عنوان تازه وصل شده شناسایی میکند، بنابراین یک شارژ برابر ۶ دقیقهای را آغاز کرده و سپس به شارژ شناور تغییر میدهد. با این حال، پس از آزمایش تخلیه 14 دقیقه ای بعدی، سیستم UPS به طور خودکار شارژ یکسانی را برای شارژ کامل باتری ها شروع کرد. به دلیل استفاده از باتری ها به مدت 4 سال، قابلیت نگهداری شارژ داخلی آنها بدتر شده بود، که باعث شد جریان شارژ شناور از 1A تجاوز کند و آستانه شارژ برابر با 1A را در سیستم UPS تنظیم کرده است (مقدار پیش فرض برای این مدل 3 ~ 5A جریان شارژ شناور برای راه اندازی شارژ یکسان شده است، اما به دلایلی این شخص تعمیر و نگهداری را اصلاح کرده است). این منجر به این شد که سیستم UPS بارها و بارها شارژ یکسان شده را شروع کند تا زمانی که یک مدار باز باتری داخلی در نهایت آن را متوقف کند (در غیر این صورت، سیستم UPS به شارژ یکسانی مکرر ادامه می داد، که می توانست منجر به آتش گرفتن گروه باتری شود). در طول این مدت، باتری ها تحت چهار چرخه شارژ یکسان شده مداوم در طول 48 ساعت قرار گرفتند (هر چرخه قبل از از سرگیری شارژ برابر، تنها به مدت 1 دقیقه هر 12 ساعت مکث می کرد). پس از چنین شارژ مساوی طولانیمدت، باتریها در نهایت دچار برآمدگی شدند و حتی دریچههای هواگیری تغییر شکل دادند.
4. نتیجه گیری
بر اساس مشاهدات و تحلیل های فوق، علل خرابی باتری در این سیستم یو پی اس به شرح زیر است:
علت مستقیم تنظیم نادرست پارامترهای شارژ سیستم UPS بود که منجر به شارژ یکسان شده مداوم به مدت 48 ساعت با فواصل زمانی 1 دقیقه ای بین هر چرخه شد. حتی باتریهای جدید نیز در برابر شارژ طولانیمدت و شدید مقاومت نمیکنند، که در این مورد منجر به خرابی برآمدگی باتری میشود.
مدل سیستم یو پی اس یک طراحی اولیه با محدودیت های عملکردی است. این مدل قدیمیتر UPS (طراحیشده 20 سال پیش) فاقد تنظیم 'زمان حفاظت از فاصله شارژ برابر شده' بود (مارکهای دیگر معمولاً این فاصله را 7 روز تعیین میکنند)، که منجر به چرخههای شارژ چندگانه یکسان شده مداوم میشود.
عملکرد باتری ها به دلیل قدیمی بودن (4 سال در خدمت)، با کاهش ظرفیت تخلیه و نگهداری شارژ ضعیف کاهش یافته بود. قبل از 6 ژوئن، آستانه جریان تبدیل برابر به شارژ شناور به طور غیرمنطقی پایین تنظیم شده بود (فقط 1 آمپر برای باتری های 100 آمپر ساعت). مقدار پیشفرض سیستم UPS 3~5A است، اما پرسنل تعمیر و نگهداری بهطور غیرقابل توضیحی آن را به 1A تغییر دادند.
سیستم یو پی اس به مدت 14 سال، بسیار فراتر از سن انحلال آن، کار می کرد و خطاهای اندازه گیری را اجتناب ناپذیر می کرد. این خطاها ممکن است باعث شده باشد که سیستم بارها و بارها به دلیل تشخیص نادرست جریان، شارژ برابر را آغاز کند.
خوشبختانه، یک مدار باز در یکی از سلولهای باتری، سیستم یو پی اس را از ادامه چرخههای شارژ یکسان شده مکرر پس از چهارمین بار شارژ برابر جلوگیری کرد، بنابراین از پتانسیل آتش گرفتن باتریها جلوگیری کرد.
5. اقدامات اصلاحی برای شکست
اقدامات اصلاحی شامل دو جنبه است:
ابتدا پارامترهای شارژ باتری UPS را به طور موقت تغییر دهید:
تنظیم شارژ یکسان شده را در سیستم UPS غیرفعال کنید.
جریان ماشه را برای تغییر از شارژ شناور به شارژ برابر به 3 آمپر تنظیم کنید (اگرچه 3 آمپر هنوز تا حدودی کم است، زیرا حداقل پیش فرض 3 آمپر است، اما قبلاً روی 1 آمپر تنظیم شده بود).
زمان محافظت از شارژ برابر شده را روی ۱ ساعت تنظیم کنید (قبلاً ۱۲ ساعت تنظیم شده بود).
دوم، شعبه دو گروه باتری را با باتری های پشتیبان جایگزین کرد، اما باتری های پشتیبان تنها 50 Ah ظرفیت دارند، بنابراین فقط می توانند برای اهداف اضطراری موقت استفاده شوند. برنامههایی برای انتقال بار از سیستم UPS به سایر منابع برق در آینده وجود دارد تا مشکلات ایمنی منبع تغذیه به طور کامل حل شود.
اپراتور سالانه مبلغ قابل توجهی را صرف خدمات تعمیر و نگهداری سیستم یو پی اس می کند، اما به دلیل سهل انگاری و بی احتیاطی پرسنل تعمیر و نگهداری، حتی مقادیر پیش فرض سیستم یو پی اس را به اشتباه تغییر داده اند که واقعا غیر قابل باور است. توصیه می شود سازنده یو پی اس تعمیر و نگهداری محصولات خود را جدی گرفته و از انجام چنین اشتباهات اساسی در آینده خودداری کند و کیفیت خدمات تعمیر و نگهداری خود را ارتقا دهد. در همین حال، پیشنهاد میشود که اپراتور به خدمات تعمیر و نگهداری بعدی که توسط سازنده UPS ارائه میشود نیز توجه بیشتری داشته باشد و یک سیستم ارزیابی برای بهبود مستمر عملکرد ایمن و قابل اعتماد سیستم UPS ایجاد کند.
