ניתוח כשל סוללות UPS במרכז נתונים באינטרנט

כוחה של אתר טלקום נחשב לדם של רשת טלקום, בעוד שהסוללה נחשבת למאגר הדם שלה, ומגנה על הפעולה החלק של הרשת. עם זאת, תחזוקת הסוללות תמיד הייתה היבט מאתגר. כאשר היצרנים מורידים ברציפות מחירים לאחר רכש ריכוזי, איכות הסוללות ירדה משמעותית. מדי שנה מיוחסים יותר מ- 70% מהכישלונות של מערכות החשמל של טלקום לבעיות סוללות, מה שהופך את תחזוקת הסוללות לכאב ראש לאנשי תחזוקה. מאמר זה מציע ניתוח של הגורמים העיקריים לכישלון סוללה, העשוי לשמש התייחסות שימושית לאחרים.

1. סקירה כללית של ציוד חשמל באתר

ציוד הכוח באתר מורכב משתי יחידות UPS של 40KVA ממותג בינלאומי ידוע. הסוללות הותקנו בשנת 2016. להלן מידע מפורט:

מידע על UPS	מידע על סוללה
מותג ודגם: מותג בינלאומי UPS UL33	מותג ודגם: 12V 100ah
תצורה: 40 kVa, 2 יחידות במערכת מקבילה, כל אחת עם עומס של כ -5 קילוואט	מספר הסוללות: 30 תאים לקבוצה, 2 קבוצות, בסך הכל 60 תאים
תאריך הזמנה: 2006 (10 שנות שירות)	תאריך הזמנה: 2016 (5 שנות שירות)

ב- 6 ביוני ביצע יצרנית UPS תחזוקה שגרתית, והחליפה קבלים AC ו- DC (5 שנות שירות) והאוהדים. במהלך בדיקת פריקת הסוללה (20 דקות) נמצא כי ביצועי הפריקה של הסוללה היו גרועים. זרם הפריקה היה 16A, ואחרי 10 דקות של פריקה, המתח של מספר תאים צנח ל 11.6 וולט, אך לא נצפתה שום תנפיון מהסוללות.

נמצא כי לשתי קבוצות הסוללות של UPS היו בעיות נפילות במהלך הבדיקה. בעזרת מולטימטר הם מדדו את מתח האדווה לטעינת הסוללה (נמדד באמצעות הגדרת AC), שהיה גבוה כמו 7V (הרבה חריגה מתקן התחזוקה). כתוצאה מכך, הם חשדו בתחילה כי קבלים לסינון DC שהוחלפו על ידי מהנדסי יצרן UPS היו פגומים, וגרמו למתח אדווה מוגזם באוטובוס DC של UPS, מה שהוביל לתפיסת הסוללה.

2. מצב כישלון באתר

ב- 22 ביולי, הצוות ממכון המחקר ערך בדיקת בטיחות בסניף. הם גילו כי הסוללות של מערכות ה- UPS בקומה החמישית של הבניין נופלו קשה. אם היו הפסקות חשמל מהרשת, חשש כי הסוללות עלולות לא להיפרד כראוי, מה שעשוי להוביל לתאונה. כתוצאה מכך, הם המליצו מייד לאנשי התחזוקה של הסניף לפנות למהנדסי היצרן כדי לארגן מפגש חקירה ופתרון בעיות משותף באתר עם שלושת הצדדים אחר הצהריים.

Bluling of 12V סוללות

בשעות אחר הצהריים של 23 ביולי הגיעו שלוש המפלגות באתר. לאחר הבדיקה נמצא כי שתי יחידות ה- UPS פועלות כרגיל, עם מתח צף של כ- 404V לסוללות (בהתאם לפרמטרים שנקבעו). מהנדסי היצרן השתמשו במולטימטר Fluke 287C (דיוק גבוה) כדי למדוד את מתח האדווה לטעינת הסוללה, שהיה בערך 0.439 וולט. מד מהדק של Fluke 376 (דיוק נמוך יותר) נמדד סביב 0.4 וולט. התוצאות משני המכשירים היו דומות ונפלו בטווח מתח האדווה הטיפוסי עבור הציוד (בדרך כלל פחות מ- 1% ממתח האוטובוס). זה הצביע על כך שקבלים DC שהוחלפו תואמים ופועלים כרגיל. לפיכך, התיאוריה שנחשד בעבר כי החלפת הקבלים גרמה למתח אדווה מוגזם והנפחת הסוללה נשללה.

מולטימטר: 0.439 וולט

מד מהדק: בערך 0.4 וולט

סקירה של הרשומות ההיסטוריות של מערכת UPS הראתה כי ב- 6 ביוני, שתי יחידות ה- UPS עברו בדיקת פריקת סוללה של 15 דקות. לאחר שחזור מתג ההפעלה הראשי, בוצעה טעינה משווה של 6 דקות, ואחריה בדיקת פריקת סוללה של 14 דקות על ידי מהנדסי היצרן. לאחר הבדיקה, מערכת UPS יזמה אוטומטית ארבעה מטענים ברציפות של 12 שעות, כאשר כל שלב הופרד במרווח של דקה, סיכם בשעה 05:32 בבוקר ב -9 ביוני. מאז, הסוללות נותרו במצב מטען צף.

בחינה נוספת של הגדרות הסוללה המקוריות של UPS חשפה את הדברים הבאים:

• חיי הסוללה נקבעו ל 48 חודשים (4 שנים), אם כי תוחלת החיים בפועל של סוללה של 12 וולט צריכה להיות 5 שנים.

• טעינה משוותת נקבעה כ- 'מופעלת. '

• מגבלת הנוכחית של החיוב נקבעה ל- 10a.

• ההדק למעבר לטעינה משווה נקבע ל- 1A (המערכת תעבור אוטומטית לטעינה השווה אם זרם הטעינה הציפה יעלה על 1A, אף על פי שערך ברירת המחדל של דגם זה הוא 0.03C10 ~ 0.05C10, כלומר, הטעינה השווה, המופעלת על ידי היצרן, כאשר הושווה את היצרן. להיות מופעל כאשר זרם מטען הציפה מגיע ל- 1A).

• זמן ההגנה על טעינה שהושווה נקבע על 720 דקות (טעינה בהשוואה תפסיק אוטומטית לאחר 12 שעות).

3. ניתוח סיבות הכישלון

בהתבסס על הנסיבות לעיל, ניתן לנתח את תהליך הכישלון כדלקמן:

• שתי קבוצות הסוללות של מערכת UPS זו היו בשימוש כבר 4 שנים (חיי השירות של סוללות 12 וולט הם 5 שנים), ויכולת הסוללה ירדה משמעותית. עם זאת, לפני הכישלון, המראה החיצוני של הסוללה היה תקין, ללא סימני התפיחה. סקירה נוספת של הרשומות ההיסטוריות של UPS החל מה- 30 בינואר 2019 (הרשומות לפני תאריך זה פונו) עד 6 ביוני 2020, הראתה שמערכת UPS ביצעה 12 טעינה השוואה, כאשר משך הזמן הארוך ביותר הוא לא יותר מ -15 דקות. זה מצביע על כך שמשך הטעינה המשווה שנקבע במערכת UPS לפני התחזוקה היה קצר יחסית, רק 15 דקות, והטעינה המשווה לטווח הקצר של מערכת UPS לא תגרום לסוללות להתפיח.

• לאחר החלפת תחזוקה וקבלים, מערכת UPS הופעלה מחדש. היגיון הבקרה זיהה את הסוללה כמחוברת לאחרונה, ולכן היא יזמה טעינה של 6 דקות שהושווה ואז עברה למטען צף. עם זאת, לאחר בדיקת פריקה לאחר 14 דקות לאחר מכן, מערכת UPS החלה אוטומטית את הטעינה כדי להטעין את הסוללות באופן מלא. בגלל שהסוללות נמצאות בשימוש במשך 4 שנים, יכולת שמירת המטען הפנימית שלהן הידרדרה, מה שגרם לזרם מטען הציפה לעלות על 1A, מה שהפעיל את סף הטעינה 1A השווה במערכת UPS (ערך ברירת המחדל של מודל זה הוא 3 ~ 5A זרם מטען לצף כדי להפעיל טעינה, אך מסיבה כלשהי, אנשי האחזקה שינה את זה. זה הביא לכך שמערכת UPS יזמה שוב ושוב את הטעינה שהושווה עד שמעגל הפתוח של סוללה פנימית הפסיק לבסוף אותו (אחרת, מערכת UPS הייתה ממשיכה שוב ושוב על טעינה משוואה, מה שיכול היה להוביל לקבוצת הסוללות לדפוק באש). במהלך תקופה זו, הסוללות עברו ארבעה מחזורי טעינה שהשוו רציפים במשך 48 שעות (כל מחזור השתהה למשך דקה אחת בלבד כל 12 שעות לפני חידוש הטעינה השווה). לאחר טעינה משוואה כל כך ממושכת, הסוללות פיתחו בסופו של דבר בליטה, ואפילו שסתומי האוורור נעשו מעוותים.

4. מַסְקָנָה

בהתבסס על התצפיות והניתוח שלעיל, הגורמים לכישלון הסוללה במערכת UPS זו הם כדלקמן:

• הגורם הישיר היה ההגדרה הלא תקינה של פרמטרי הטעינה של מערכת UPS, שהובילו לטעינה השווה רציפה במשך 48 שעות עם מרווחים של דקה אחת בלבד בין כל מחזור. אפילו סוללות חדשות לא היו עומדות בטעינה ממושכת ואינטנסיבית כל כך, מה שמוביל לכישלון התפיחה של הסוללה במקרה זה.

• מודל מערכת UPS הוא תכנון מוקדם עם מגבלות פונקציונליות. מודל UPS ישן יותר (שתוכנן לפני 20 שנה) חסר את הגדרת זמן ההגנה על מרווחי טעינה בהשוואה (מותגים אחרים בדרך כלל מגדירים את המרווח הזה ל -7 ימים), וכתוצאה מכך מחזורי טעינה משווים מרובים.

• ביצועי הסוללות התפרקו בגלל הגיל (4 שנים בשירות), עם יכולת הפריקה המופחתת ושמירה על מטען לקוי. לפני ה- 6 ביוני, סף הנוכחי ההמרה בהשוואה לצמצם נקבע נמוך באופן בלתי סביר (רק 1A לסוללות 100AH). ערך ברירת המחדל של מערכת UPS הוא 3 ~ 5a, ובכל זאת אנשי התחזוקה שינה אותו באופן בלתי מוסבר ל- 1a.

• מערכת UPS פועלת כבר 14 שנים, הרבה מעבר לגיל הפירוק שלה, מה שהופך את שגיאות המדידה לבלתי נמנעות. יתכן שגיאות אלה גרמו למערכת להתחיל שוב ושוב טעינה השוואה עקב גילוי זרם לא מדויק.

• למרבה המזל, מעגל פתוח באחד מתאי הסוללה מנע ממערכת UPS להמשיך במחזורי הטעינה החוזרים ונשנים לאחר הטעינה הרביעית השווה, ובכך להימנע מהפוטנציאל של הסוללות לעלות באש.

5. אמצעים מתקנים לכישלון

האמצעים המתקנים כוללים שני היבטים:

ראשית, שנה באופן זמני את פרמטרי הטעינה של סוללות UPS:

• השבת את הגדרת הטעינה המשווה במערכת UPS.

• התאם את זרם ההדק למעבר ממטען צף לטעינה משווה ל- 3A (אם כי 3A עדיין נמוך במקצת, שכן מינימום ברירת המחדל הוא 3A, אך הוא הוגדר בעבר ל- 1A).

• התאם את זמן הגנת הטעינה המשווה לשעה (בעבר נקבע ל 12 שעות).

שנית, סניף הסניף החליף את שתי קבוצות הסוללות בסוללות גיבוי, אך לסוללות הגיבוי יש קיבולת של 50 AH בלבד, כך שניתן להשתמש בהן רק למטרות חירום זמניות. ישנן תוכניות להעביר את העומס ממערכת UPS למקורות כוח אחרים בעתיד, כדי לפתור היטב את בעיות הבטיחות באספקת החשמל.

המפעיל מוציא סכום ניכר מדי שנה על שירותי תחזוקה עבור מערכת UPS, ובכל זאת בגלל רשלנות וחוסר זהירות של אנשי התחזוקה, הם אפילו שינו בטעות את ערכי ברירת המחדל של מערכת UPS, שהיא באמת לא יאומן. מומלץ ליצרן UPS לקחת ברצינות את תחזוקת המוצרים שלהם ולהימנע מעשיית טעויות בסיסיות כאלה בעתיד, ולשפר את איכות שירותי התחזוקה שלהם. בינתיים, מוצע כי המפעיל גם תשומת לב רבה יותר לשירותי התחזוקה הבאים הניתנים על ידי יצרן UPS ולהקים מערכת הערכה לשיפור מתמיד של הפעולה הבטוחה והאמינה של מערכת UPS.