O poder do sitio de telecomunicacións considérase o sangue dunha rede de telecomunicacións, mentres que a batería considérase o seu depósito de sangue, o que garante o bo funcionamento da rede. Non obstante, o mantemento da batería sempre foi un aspecto desafiante. Cos fabricantes que baixan continuamente os prezos despois da adquisición centralizada, a calidade das baterías diminuíu significativamente. Cada ano, máis do 70% dos fallos do sistema de alimentación de telecomunicacións atribúense a problemas de batería, o que fai que o mantemento da batería sexa unha dor de cabeza para o persoal de mantemento. Este artigo ofrece unha análise das principais causas do fallo da batería, que pode servir de referencia útil para outros.
1. Visión xeral do equipo de enerxía in situ
O equipo de alimentación do lugar está composto por dúas unidades UPS de 40 kVA dunha coñecida marca internacional. As baterías instaláronse en 2016. A continuación móstrase información detallada:
Información UPS |
Información da batería |
Marca e modelo: International Brand UPS UL33 |
Marca e modelo: 12V 100Ah |
Configuración: 40 kVA, 2 unidades en sistema paralelo, cada unha cunha carga aproximada de 5 kW |
Número de baterías: 30 células por grupo, 2 grupos, sumando un total de 60 células |
Data de posta en servizo: 2006 (10 anos de servizo) |
Data de posta en servizo: 2016 (5 anos de servizo) |
O 6 de xuño, o fabricante do SAI realizou o mantemento de rutina, substituíndo os capacitores de CA e CC (5 anos de servizo) e os ventiladores. Durante a proba de descarga da batería (20 minutos), comprobouse que o rendemento de descarga da batería era deficiente. A corrente de descarga era de 16 A, e despois de 10 minutos de descarga, a tensión de varias celas baixou a 11,6 V, pero non se observou ningún abombamento das baterías.
Descubriuse que os dous grupos de baterías do SAI tiñan problemas abultados durante a inspección. Usando un multímetro, mediron a tensión de ondulación de carga da batería (medida mediante a configuración de CA), que era de ata 7 V (superando con moito o estándar de mantemento). Como resultado, inicialmente sospeitaron que os capacitores do filtro de CC substituídos polos enxeñeiros do fabricante do SAI estaban defectuosos, o que provocou unha tensión de ondulación excesiva no bus de CC do SAI, o que provocou o abombamento da batería.
2. Situación de fallo in situ
O 22 de xullo, o equipo do Instituto de Investigación realizou unha inspección de seguridade nunha sucursal. Descubriron que as baterías dos sistemas UPS do quinto piso dun edificio estaban moi abultadas. Se houbese cortes de enerxía na rede, temíase que as baterías non se descargasen correctamente, o que podería provocar un accidente. Como resultado, recomendaron inmediatamente que o persoal de mantemento da sucursal se poña en contacto cos enxeñeiros do fabricante para organizar unha sesión de investigación e solución de problemas conxuntas no lugar coas tres partes á tarde seguinte.
Abombamento de baterías de 12 V
Na tarde do 23 de xullo, as tres partes chegaron ao lugar. Tras a inspección, comprobouse que ambas unidades SAI funcionaban normalmente, cunha tensión de flotación de aproximadamente 404 V para as baterías (en liña cos parámetros establecidos). Os enxeñeiros do fabricante utilizaron un multímetro Fluke 287C (de alta precisión) para medir a tensión de ondulación de carga da batería, que era de aproximadamente 0,439 V. Unha pinza amperimétrica Fluke 376 (menor precisión) mide uns 0,4 V. Os resultados de ambos os instrumentos foron similares e caeron dentro do intervalo de tensión de ondulación típico para o equipo (xeralmente menos do 1% da tensión do bus). Isto indicaba que os capacitores de CC substituídos eran compatibles e funcionaban normalmente. Polo tanto, descartouse a teoría previamente sospeitada de que a substitución do capacitor causaba unha tensión de ondulación excesiva e que se abultaba a batería.
Multímetro: 0,439 V
Pinza amperimétrica: aproximadamente 0,4 V
Unha revisión dos rexistros históricos do sistema UPS mostrou que, o 6 de xuño, ambas unidades UPS pasaran por unha proba de descarga da batería de 15 minutos. Despois de restablecer o interruptor principal, realizouse unha carga igualada de 6 minutos, seguida dunha proba de descarga da batería de 14 minutos polos enxeñeiros do fabricante. Despois da proba, o sistema UPS iniciou automaticamente catro cargas igualadas consecutivas de 12 horas, con cada fase separada por un intervalo de 1 minuto, que concluíron ás 5:32 da mañá do 9 de xuño. Desde entón, as baterías permaneceron en modo de carga flotante.
Un exame máis detallado da configuración orixinal da batería do UPS revelou o seguinte:
A duración da batería estableceuse en 48 meses (4 anos), aínda que a esperanza de vida real dunha batería de 12 V debería ser de 5 anos.
A carga igualada estableceuse como 'activada'.
O límite de corrente de carga estableceuse en 10 A.
O disparador para cambiar á carga igualada estableceuse en 1A (o sistema cambiaría automaticamente á carga igualada se a corrente de carga flotante superase 1A, aínda que o valor predeterminado deste modelo é 0,03C10~0,05C10, o que significa que a carga igualada se activa cando a corrente de carga flotante chega a 3-5 A. Non obstante, o persoal de mantemento axustou por motivos descoñecidos por este fabricante. 0.01C10, o que significa que a carga igualada se activaría cando a corrente de carga flotante alcance 1A).
O tempo de protección de carga igualada estableceuse en 720 minutos (a carga igualada deterase automaticamente despois de 12 horas).
3. Análise das Causas de Fallo
En función das circunstancias anteriores, o proceso de falla pódese analizar do seguinte xeito:
Os dous grupos de baterías deste sistema UPS estiveron en uso durante 4 anos (a vida útil das baterías de 12 V é de 5 anos) e a capacidade da batería diminuíu significativamente. Non obstante, antes do fallo, o aspecto externo da batería era normal, sen signos de abombamento. Unha revisión adicional dos rexistros históricos de UPS desde o 30 de xaneiro de 2019 (se borraron os rexistros anteriores a esta data) ata o 6 de xuño de 2020, mostrou que o sistema UPS realizara 12 cargas igualadas, sendo a maior duración non superior a 15 minutos. Isto indica que a duración de carga igualada definida no sistema UPS antes do mantemento era relativamente curta, só 15 minutos, e a carga igualada a curto prazo do sistema UPS non provocará que as baterías se abulten.
Despois do mantemento e da substitución do capacitor, reiniciouse o sistema UPS. A lóxica de control identificou a batería como recentemente conectada, polo que iniciou unha carga igualada de 6 minutos e despois pasou a unha carga flotante. Non obstante, despois dunha proba de descarga de 14 minutos posterior, o sistema UPS iniciou automaticamente a carga igualada para recargar completamente as baterías. Debido a que as baterías estiveron en uso durante 4 anos, a súa capacidade de retención de carga interna deteriorouse, o que provocou que a corrente de carga flotante superase 1 A, desencadeando o limiar de carga igualado de 1 A establecido no sistema UPS (o valor predeterminado deste modelo é de 3 ~ 5 A de corrente de carga flotante para activar a carga igualada, pero por algún motivo, o persoal de mantemento modificouno 1A). Isto provocou que o sistema UPS iniciase repetidamente a carga igualada ata que un circuíto aberto da batería interna finalmente a detivo (se non, o sistema UPS continuaría coa carga igualada repetida, o que podería provocar que o grupo de batería se incendiara). Durante este período, as baterías pasaron por catro ciclos continuos de carga igualada durante 48 horas (cada ciclo detívose só 1 minuto cada 12 horas antes de retomar a carga igualada). Despois dunha carga igualada tan prolongada, as baterías finalmente se abultaron e mesmo as válvulas de ventilación deformaron.
4. Conclusión
En base ás observacións e análises anteriores, as causas da falla da batería neste sistema UPS son as seguintes:
A causa directa foi a configuración incorrecta dos parámetros de carga do sistema UPS, o que levou a unha carga igualada continua durante 48 horas con intervalos de só 1 minuto entre cada ciclo. Incluso as baterías novas non resistirían unha carga igualada tan prolongada e intensa, o que provocaría un fallo de abultamento da batería neste caso.
O modelo do sistema UPS é un deseño inicial con limitacións funcionais. Este modelo de SAI máis antigo (deseñado hai 20 anos) carecía da configuración de 'tempo de protección do intervalo de carga igualado' (outras marcas normalmente establecen este intervalo en 7 días), o que resulta en ciclos de carga igualados múltiples continuos.
O rendemento das baterías deteriorouse debido á idade (4 anos de servizo), cunha capacidade de descarga reducida e unha mala retención de carga. Antes do 6 de xuño, o limiar actual de conversión de carga igualada a carga flotante establecíase de forma razoablemente baixa (só 1 A para baterías de 100 Ah). O valor predeterminado do sistema UPS é 3~5A, aínda que o persoal de mantemento modificouno inexplicablemente a 1A.
O sistema UPS levaba 14 anos en funcionamento, moito máis aló da súa idade de desmantelamento, facendo que os erros de medición sexan inevitables. Estes erros poden causar que o sistema inicie repetidamente a carga igualada debido a unha detección de corrente imprecisa.
Afortunadamente, un circuíto aberto nunha das células da batería impediu que o sistema UPS continuase cos ciclos de carga igualados repetidos despois da cuarta carga igualada, evitando así o potencial de que as baterías se incendiasen.
5. Medidas correctoras ante o fallo
As medidas correctoras inclúen dous aspectos:
En primeiro lugar, modifique temporalmente os parámetros de carga da batería do UPS:
Desactive a configuración de carga igualada no sistema UPS.
Axusta a corrente de disparo para cambiar de carga flotante a carga igualada a 3A (aínda que 3A aínda é algo baixo, xa que o mínimo predeterminado é 3A, pero previamente estaba configurado en 1A).
Axusta o tempo de protección de carga igualada a 1 hora (anteriormente configurado en 12 horas).
En segundo lugar, a sucursal substituíu os dous grupos de baterías por baterías de respaldo, pero as baterías de respaldo teñen unha capacidade de só 50 Ah, polo que só se poden utilizar para emerxencias temporais. Hai plans para transferir a carga do sistema UPS a outras fontes de enerxía no futuro, para resolver a fondo os problemas de seguridade da fonte de alimentación.
O operador gasta anualmente unha cantidade considerable en servizos de mantemento do sistema UPS, aínda que debido á neglixencia e descoido do persoal de mantemento, ata modificaron por erro os valores predeterminados do sistema UPS, o que é realmente incrible. Recoméndase que o fabricante do SAI tome en serio o mantemento dos seus produtos e evite cometer erros tan básicos no futuro, mellorando a calidade dos seus servizos de mantemento. Mentres tanto, suxírese que o operador tamén preste máis atención aos servizos de mantemento posteriores proporcionados polo fabricante do UPS e estableza un sistema de avaliación para mellorar continuamente o funcionamento seguro e fiable do sistema UPS.
