Analyse de la défaillance de la batterie UPS dans un centre de données Internet

La puissance du site de télécommunications est considérée comme le sang d'un réseau de télécommunications, tandis que la batterie est considérée comme son réservoir de sang, protégeant le fonctionnement en douceur du réseau. Cependant, l'entretien des batteries a toujours été un aspect difficile. Les fabricants ont constamment réduit les prix après les achats centralisés, la qualité des batteries a considérablement diminué. Chaque année, plus de 70% des défaillances du système d'alimentation des télécommunications sont attribuées aux problèmes de batterie, faisant de l'entretien des batteries un mal de tête pour le personnel de maintenance. Cet article propose une analyse des principales causes de défaillance de la batterie, qui peuvent servir de référence utile à d'autres.

1. Présentation de l'équipement électrique sur place

L'équipement électrique sur place se compose de deux unités de 40KVA UPS d'une marque internationale bien connue. Les batteries ont été installées en 2016. Vous trouverez ci-dessous des informations détaillées:

Informations UPS	Informations sur la batterie
Marque et modèle: marque internationale UPS UL33	Marque et modèle: 12v 100h
Configuration: 40 kVa, 2 unités dans un système parallèle, chacun avec une charge d'environ 5 kW	Nombre de batteries: 30 cellules par groupe, 2 groupes, totalisant 60 cellules
Date de mise en service: 2006 (10 ans de service)	Date de mise en service: 2016 (5 ans de service)

Le 6 juin, le fabricant d'UPS a effectué une maintenance de routine, en remplaçant les condensateurs AC et CC (5 ans de service) et les fans. Pendant les tests de décharge de la batterie (20 minutes), il a été constaté que les performances de décharge de la batterie étaient médiocres. Le courant de décharge était de 16A et après 10 minutes de décharge, la tension de plusieurs cellules est tombée à 11,6 V, mais aucun renflement des batteries n'a été observé.

Il a été constaté que les deux groupes de batteries UPS avaient des problèmes bombés lors de l'inspection. À l'aide d'un multimètre, ils ont mesuré la tension d'ondulation de chargement de la batterie (mesurée à l'aide du paramètre AC), qui était aussi élevé que 7V (dépassant de loin la norme de maintenance). En conséquence, ils soupçonnaient initialement que les condensateurs du filtre DC remplacés par les ingénieurs du fabricant d'UPS étaient défectueux, provoquant une tension d'ondulation excessive sur le bus CC de l'UPS, conduisant à la batterie bulgotante.

2. Situation d'échec sur place

Le 22 juillet, l'équipe de l'Institut de recherche a effectué une inspection de sécurité dans une succursale. Ils ont découvert que les batteries des systèmes UPS au 5ème étage d'un bâtiment étaient gravement bombées. S'il y avait des pannes de courant de la grille, il était craint que les batteries ne ne se déchargent pas correctement, ce qui a potentiellement conduit à un accident. En conséquence, ils ont immédiatement recommandé que le personnel de maintenance de la succursale contacte les ingénieurs du fabricant pour organiser une séance de métiers sur place sur place et de dépannage avec les trois parties l'après-midi suivant.

Bombé des batteries 12V

Dans l'après-midi du 23 juillet, les trois parties sont arrivées sur place. Lors de l'inspection, les deux unités UPS se sont avérées fonctionner normalement, avec une tension flottante d'environ 404 V pour les batteries (en ligne avec les paramètres de définition). Les ingénieurs du fabricant ont utilisé un multimètre Fluke 287C (haute précision) pour mesurer la tension d'ondulation de chargement de la batterie, qui était d'environ 0,439 V. Un compteur de pince Fluke 376 (précision inférieure) a mesuré environ 0,4 V. Les résultats des deux instruments étaient similaires et sont tombés dans la plage de tension d'ondulation typique pour l'équipement (généralement moins de 1% de la tension du bus). Cela a indiqué que les condensateurs DC remplacés étaient conformes et fonctionnaient normalement. Par conséquent, la théorie soupçonnée précédemment que le remplacement du condensateur a provoqué une tension d'ondulation excessive et que la batterie a été exclue.

Multimètre: 0,439 V

Coupchoir: environ 0,4 V

Un examen des dossiers historiques du système UPS a montré que, le 6 juin, les deux unités UPS avaient subi un test de décharge de batterie de 15 minutes. Après avoir restauré l'interrupteur d'alimentation principal, une charge égalisée de 6 minutes a été effectuée, suivie d'un test de décharge de batterie de 14 minutes par les ingénieurs du fabricant. Après le test, le système UPS a automatiquement lancé quatre charges consécutives de 12 heures, chaque phase séparée par un intervalle d'une minute, concluant à 5 h 32 le 9 juin. Depuis lors, les batteries sont restées en mode charge flottante.

Un examen plus approfondi des paramètres de batterie d'UPS d'origine a révélé ce qui suit:

• La durée de vie de la batterie a été fixée à 48 mois (4 ans), bien que l'espérance de vie réelle d'une batterie de 12 V soit de 5 ans.

• La charge égalisée a été définie sur 'activé. '

• La limite de courant de charge a été fixée à 10A.

• Le déclencheur de passage à la charge égalisé a été défini sur 1A (le système passerait automatiquement à la charge égalisée si le courant de charge de flotteur dépassait 1A, même si la valeur par défaut de ce modèle est de 0,03C10 ~ 0,05C10, ce qui signifie que la charge égalisée est déclenchée lorsque le courant de chargement atteint 3-5A. déclenché lorsque le courant de charge du flotteur atteint 1A).

• Le temps de protection de la charge égalisé a été fixé à 720 minutes (la charge égalisée s'arrêterait automatiquement après 12 heures).

3. Analyse des causes de défaillance

Sur la base des circonstances ci-dessus, le processus de défaillance peut être analysé comme suit:

• Les deux groupes de batteries de ce système UPS étaient utilisés depuis 4 ans (la durée de vie des batteries de 12 V est de 5 ans) et la capacité de la batterie avait considérablement diminué. Cependant, avant la défaillance, l'apparence externe de la batterie était normale, sans signe de renflement. Un autre examen des dossiers historiques de l'UPS du 30 janvier 2019 (les dossiers avant cette date ont été rédigés) jusqu'au 6 juin 2020, a montré que le système UPS avait effectué 12 charges égalisées, la durée la plus longue ne dépassant pas 15 minutes. Cela indique que la durée de charge égalisée définie dans le système UPS avant la maintenance était relativement courte, seulement 15 minutes, et la charge égalisée à court terme du système UPS ne fera pas que les batteries se gonflent.

• Après la maintenance et le remplacement du condensateur, le système UPS a été redémarré. La logique de contrôle a identifié la batterie comme étant nouvellement connectée, elle a donc lancé une charge égalisée de 6 minutes, puis est passé à une charge flottante. Cependant, après un test de décharge ultérieur de 14 minutes, le système UPS a automatiquement commencé à égaliser la charge pour recharger complètement les batteries. En raison de l'utilisation des batteries pendant 4 ans, leur capacité de rétention de charge interne s'est détériorée, ce qui a fait dépasser le courant de charge de flotteur 1A, déclenchant le seuil de charge égalisé 1A égalisé dans le système UPS (la valeur par défaut pour ce modèle est de 3 ~ 5A de charge flottante pour déclencher une charge égale, mais pour une raison quelconque, le personnel de maintenance a été modifié à 1a). Cela a abouti au système UPS initier à plusieurs reprises la charge égalisée jusqu'à ce qu'un circuit ouvert de batterie interne l'ait finalement arrêté (sinon, le système UPS aurait continué une charge égalisée répétée, ce qui aurait pu conduire au groupe de batterie à prendre feu). Au cours de cette période, les batteries ont subi quatre cycles de charge égalisés en continu sur 48 heures (chaque cycle a interrompu seulement 1 minute toutes les 12 heures avant de reprendre la charge égalisée). Après une charge égalisée aussi prolongée, les batteries ont finalement développé un renflement et même les vannes de ventilation se sont déformées.

4. Conclusion

Sur la base des observations et de l'analyse ci-dessus, les causes de la défaillance de la batterie dans ce système UPS sont les suivantes:

• La cause directe était le réglage inapproprié des paramètres de charge du système UPS, ce qui a conduit à une charge égale continue pendant 48 heures avec seulement des intervalles de 1 minute entre chaque cycle. Même de nouvelles batteries ne résisteraient pas à une charge égalisée aussi prolongée et intense, conduisant à la défaillance bombée de la batterie dans ce cas.

• Le modèle du système UPS est une conception précoce avec des limitations fonctionnelles. Ce modèle UPS plus ancien (conçu il y a 20 ans) n'avait pas le réglage de la protection contre l'intervalle de charge 'le réglage de protection contre l'intervalle ' (d'autres marques ont généralement réglé cet intervalle à 7 jours), ce qui a entraîné des cycles de charge égalisés multiples continus.

• Les performances des batteries s'étaient dégradées en raison de l'âge (4 ans de service), avec une capacité de décharge réduite et une mauvaise rétention des charges. Avant le 6 juin, le seuil de courant de conversion égalisé à la charge du sol a été fixé de manière déraisonnable (seulement 1A pour les batteries de 100h). La valeur par défaut du système UPS est de 3 ~ 5A, mais le personnel de maintenance l'a inexplicablement modifié à 1A.

• Le système UPS était en service depuis 14 ans, bien au-delà de son âge de déclassement, ce qui rend les erreurs de mesure inévitables. Ces erreurs peuvent avoir fait en sorte que le système lance à plusieurs reprises une charge égalisée en raison de la détection de courant inexacte.

• Heureusement, un circuit ouvert dans l'une des cellules de la batterie a empêché le système UPS de poursuivre les cycles de charge égalisés répétés après la quatrième charge égalisée, évitant ainsi le potentiel pour que les batteries prennent feu.

5. Mesures de réparation pour l'échec

Les mesures de réparation comprennent deux aspects:

Tout d'abord, modifiez temporairement les paramètres de charge de la batterie UPS:

• Désactivez le paramètre de charge égalisé dans le système UPS.

• Ajustez le courant de déclenchement pour passer de la charge flottante à la charge égalisée à 3A (bien que 3A soit encore quelque peu bas, car le minimum par défaut est 3A, mais il était précédemment défini sur 1A).

• Ajustez le temps de protection de charge égalisé à 1 heure (précédemment réglé à 12 heures).

Deuxièmement, la succursale a remplacé les deux groupes de batteries par des batteries de secours, mais les batteries de sauvegarde ont une capacité de seulement 50 ah, de sorte qu'elles ne peuvent être utilisées qu'à des fins d'urgence temporaires. Il est prévu de transférer la charge du système UPS vers d'autres sources d'alimentation à l'avenir, afin de résoudre soigneusement les problèmes de sécurité des alimentations.

L'opérateur dépense un montant considérable chaque année sur les services de maintenance du système UPS, mais en raison de la négligence et de la négligence du personnel de maintenance, ils ont même modifié par erreur les valeurs par défaut du système UPS, ce qui est vraiment incroyable. Il est recommandé que le fabricant UPS prenne au sérieux l'entretien de leurs produits et évite de faire ces erreurs de base à l'avenir, en améliorant la qualité de leurs services de maintenance. Pendant ce temps, il est suggéré que l'opérateur prête également une attention particulière aux services de maintenance ultérieurs fournis par le fabricant d'UPS et à établir un système d'évaluation pour améliorer en continu le fonctionnement sûr et fiable du système UPS.