通信サイトの電力は通信ネットワークの血液とみなされ、バッテリはネットワークのスムーズな動作を保護する血液の貯蔵庫とみなされます。ただし、バッテリーのメンテナンスは常に困難な側面です。集中調達によりメーカーが値下げを続けたため、バッテリーの品質は大幅に低下した。毎年、通信電源システムの障害の 70% 以上がバッテリーの問題に起因しており、保守担当者にとってバッテリーのメンテナンスは頭痛の種になっています。この記事では、バッテリー故障の主な原因の分析を提供します。これは他の人にとって有益な参考となるでしょう。
1. オンサイト電力設備の概要
オンサイトの電源設備は、有名な国際ブランドの 2 台の 40kVA UPS ユニットで構成されています。バッテリーは 2016 年に設置されました。詳細情報は以下のとおりです。
UPS 情報 |
バッテリー情報 |
ブランドとモデル: 国際ブランド UPS UL33 |
ブランドとモデル: 12V 100Ah |
構成: 40 kVA、2 台の並列システム、それぞれの負荷は約 5 kW |
バッテリー数: 1 グループあたり 30 セル、2 グループ、合計 60 セル |
試運転日: 2006 (10 年間の使用) |
試運転日: 2016 (5 年間のサービス) |
6 月 6 日に、UPS メーカーは定期メンテナンスを実施し、AC および DC コンデンサ (5 年間使用) とファンを交換しました。バッテリーの放電テスト (20 分間) 中に、バッテリーの放電性能が低いことが判明しました。放電電流は 16A で、10 分間の放電後、いくつかのセルの電圧は 11.6V まで低下しましたが、電池の膨張は観察されませんでした。
検査中に、両方の UPS バッテリ グループに膨らみの問題があることが判明しました。マルチメータを使用してバッテリーの充電リップル電圧（AC設定で測定）を測定したところ、7V（維持基準をはるかに超えている）にも達しました。その結果、彼らは当初、UPS メーカーのエンジニアが交換した DC フィルタ コンデンサに欠陥があり、UPS の DC バスに過剰なリップル電圧を引き起こし、バッテリの膨張につながったのではないかと考えました。
2. 現場での障害状況
7月22日、研究所のチームは支店で安全検査を実施した。彼らは、建物の 5 階にある UPS システムのバッテリーが著しく膨張していることを発見しました。送電網からの停電が発生した場合、バッテリーが適切に放電されず、事故につながる可能性が懸念されました。その結果、支店の保守担当者がメーカーのエンジニアに連絡し、翌日の午後に三者全員による共同現場調査とトラブルシューティングのセッションを手配するよう直ちに推奨しました。
12Vバッテリーの膨らみ
7月23日午後、3者は現場に到着した。検査の結果、両方の UPS ユニットが正常に機能しており、バッテリーのフロート電圧は約 404V でした (設定パラメータと一致)。メーカーのエンジニアは、Fluke 287C マルチメーター (高精度) を使用してバッテリー充電リップル電圧を測定し、その値は約 0.439V でした。 Fluke 376 クランプ メーター (精度は低い) の測定値は約 0.4 V でした。両方の機器からの結果は同様であり、機器の典型的なリップル電圧範囲内 (通常はバス電圧の 1% 未満) 内に収まりました。これは、交換した DC コンデンサが適合しており、正常に機能していることを示しています。したがって、コンデンサの交換により過剰なリップル電圧が発生し、バッテリが膨らむというこれまで疑われていた理論は除外されました。
マルチメーター: 0.439V
クランプメーター：約0.4V
UPS システムの履歴記録を確認したところ、6 月 6 日に両方の UPS ユニットが 15 分間のバッテリ放電テストを受けていたことがわかりました。主電源スイッチを復帰させた後、6 分間の均等充電が実行され、その後メーカーのエンジニアによって 14 分間のバッテリ放電テストが行われました。テスト後、UPS システムは 12 時間の均等充電を 4 回連続で自動的に開始し、各フェーズは 1 分間隔で区切られ、6 月 9 日午前 5 時 32 分に終了しました。それ以来、バッテリーはフロート充電モードのままです。
元の UPS バッテリ設定をさらに調査したところ、次のことが判明しました。
12V バッテリの実際の期待寿命は 5 年ですが、バッテリ寿命は 48 か月 (4 年) に設定されています。
均等充電が「有効」に設定されました。
充電電流制限は 10A に設定されました。
均等充電への切り替えトリガーは 1A に設定されました (このモデルのデフォルト値は 0.03C10 ～ 0.05C10 ですが、フロート充電電流が 1A を超えた場合、システムは自動的に均等充電に切り替わります。これは、フロート充電電流が 3 ～ 5A に達すると均等充電がトリガーされることを意味します。ただし、理由は不明ですが、メーカーの保守担当者がこれを 0.01C10 に調整していました。これは、フロート充電電流が 1A を超えたときに均等充電がトリガーされることを意味します)充電電流は 1A に達します)。
均等充電保護時間は 720 分に設定されました (均等充電は 12 時間後に自動的に停止します)。
3. 故障原因の分析
上記の状況に基づいて、障害プロセスは次のように分析できます。
この UPS システムの 2 つのバッテリ グループは 4 年間使用されており (12V バッテリの寿命は 5 年)、バッテリ容量が大幅に減少していました。しかし、故障前はバッテリーの外観は正常で、膨らみなどはありませんでした。 2019 年 1 月 30 日 (この日付以前の記録は消去) から 2020 年 6 月 6 日までの UPS 履歴記録をさらに調査したところ、UPS システムが 12 回の均等充電を実行し、最長継続時間は 15 分以内であったことがわかりました。これは、メンテナンス前に UPS システムに設定された均等充電時間がわずか 15 分と比較的短く、UPS システムの短期間の均等充電によってバッテリーが膨張しないことを示しています。
メンテナンスとコンデンサ交換後、UPS システムを再起動しました。制御ロジックはバッテリーが新しく接続されたものであることを識別したため、6 分間の均等充電を開始し、その後フロート充電に切り替えました。ただし、その後の 14 分間の放電テストの後、UPS システムは自動的に均等充電を開始し、バッテリを完全に充電しました。 4年間の使用により、バッテリーの内部充電保持能力が劣化し、フロート充電電流が1Aを超え、UPSシステムに設定されている1A均等充電閾値が発動しました（このモデルのデフォルト値は均等充電をトリガーするためのフロート充電電流3～5Aですが、保守員が何らかの理由でこれを1Aに変更していました）。その結果、UPS システムは、内部バッテリの開回路が最終的に停止するまで均等充電を繰り返し開始しました (そうでないと、UPS システムは均等充電を繰り返し続け、バッテリ グループの発火につながる可能性がありました)。この期間中、バッテリーは 48 時間にわたって 4 回の連続均等充電サイクルを受けました (均等充電を再開する前に、各サイクルは 12 時間ごとに 1 分間だけ停止しました)。このように長時間均等充電を続けると、最終的にはバッテリーが膨らみ、通気バルブさえも変形してしまいました。
4. 結論
上記の観察と分析に基づいて、この UPS システムのバッテリ障害の原因は次のとおりです。
直接の原因は UPS システムの充電パラメータの不適切な設定で、各サイクルの間にわずか 1 分の間隔で 48 時間連続均等充電が行われました。新しいバッテリーであっても、このような長時間にわたる集中的な均等充電には耐えられず、この場合にはバッテリーの膨張による故障が発生します。
UPS システム モデルは初期の設計であり、機能に制限があります。この古い UPS モデル (20 年前に設計) には「均等充電間隔保護時間」設定がなかったため (他のブランドでは通常、この間隔は 7 日に設定されています)、複数の均等充電サイクルが連続して発生します。
バッテリーの性能は経年劣化（使用4年）により劣化しており、放電容量が低下し、充電保持力も低下していました。 6 月 6 日以前は、均等充電からフロート充電への変換電流しきい値が不当に低く設定されていました (100Ah バッテリーの場合はわずか 1A)。 UPS システムのデフォルト値は 3 ～ 5A ですが、保守担当者が不可解にも 1A に変更しました。
UPS システムは 14 年間稼働しており、廃止時期をはるかに超えていたため、測定誤差は避けられませんでした。これらのエラーにより、不正確な電流検出によりシステムが均等充電を繰り返し開始した可能性があります。
幸いなことに、バッテリ セルの 1 つが開回路だったため、UPS システムは 4 回目の均等充電後に繰り返し均等充電サイクルを継続できず、バッテリが発火する可能性は回避されました。
5. 障害発生時の対処方法
是正措置には次の 2 つの側面が含まれます。
まず、UPS バッテリ充電パラメータを一時的に変更します。
UPS システムの均等充電設定を無効にします。
フロート充電から均等充電に切り替えるためのトリガー電流を 3A に調整します (ただし、デフォルトの最小値は 3A ですが、以前は 1A に設定されていたため、3A はまだ若干低いです)。
均等充電保護時間を 1 時間に調整します (以前は 12 時間に設定されていました)。
次に、支店は 2 つのバッテリー グループをバックアップ バッテリーに交換しましたが、バックアップ バッテリーの容量は 50 Ah しかないため、一時的な緊急用途にしか使用できません。将来的には、UPS システムから他の電源に負荷を移し、電源の安全性の問題を徹底的に解決する予定です。
オペレータは、UPS システムの保守サービスに年間かなりの費用を費やしているにもかかわらず、保守員の過失と不注意により、誤って UPS システムのデフォルト値を変更してしまうという、本当に信じられない事態が発生しました。 UPS メーカーは製品のメンテナンスに真剣に取り組み、今後このような基本的な間違いを犯さないようにして、メンテナンス サービスの品質を向上させることをお勧めします。一方、オペレータは、UPS メーカーが提供するその後の保守サービスにも細心の注意を払い、UPS システムの安全で信頼性の高い運用を継続的に改善するための評価システムを確立することをお勧めします。
