De kracht van een telecomsite wordt beschouwd als het bloed van een telecomnetwerk, terwijl de batterij wordt beschouwd als het bloedreservoir, dat de goede werking van het netwerk waarborgt. Het onderhoud van de batterij is echter altijd een uitdagend aspect geweest. Omdat fabrikanten na gecentraliseerde inkoop voortdurend de prijzen verlagen, is de kwaliteit van batterijen aanzienlijk afgenomen. Elk jaar wordt meer dan 70% van de storingen in het telecom-energiesysteem toegeschreven aan batterijproblemen, waardoor het onderhoud van de batterij een hoofdpijndossier wordt voor het onderhoudspersoneel. Dit artikel biedt een analyse van de belangrijkste oorzaken van batterijstoringen, die voor anderen als nuttig naslagwerk kunnen dienen.
1. Overzicht van stroomapparatuur op locatie
De stroomapparatuur ter plaatse bestaat uit twee 40kVA UPS-eenheden van een bekend internationaal merk. De batterijen zijn in 2016 geplaatst. Hieronder vindt u gedetailleerde informatie:
UPS-informatie |
Batterij-informatie |
Merk en model: Internationaal merk UPS UL33 |
Merk en model: 12V 100Ah |
Configuratie: 40 kVA, 2 units in een parallel systeem, elk met een vermogen van circa 5 kW |
Aantal batterijen: 30 cellen per groep, 2 groepen, totaal 60 cellen |
Inbedrijfstellingsdatum: 2006 (10 jaar dienst) |
Inbedrijfstellingsdatum: 2016 (5 jaar dienst) |
Op 6 juni voerde de UPS-fabrikant routineonderhoud uit, waarbij de AC- en DC-condensatoren (5 jaar dienst) en de ventilatoren werden vervangen. Tijdens de ontladingstest van de batterij (20 minuten) werd vastgesteld dat de ontladingsprestaties van de batterij slecht waren. De ontlaadstroom was 16A en na 10 minuten ontladen daalde de spanning van verschillende cellen tot 11,6V, maar er werd geen uitpuilen van de batterijen waargenomen.
Tijdens de inspectie bleek dat beide UPS-batterijgroepen uitpuilende problemen hadden. Met behulp van een multimeter maten ze de laadrimpelspanning van de accu (gemeten met de AC-instelling), die wel 7V bedroeg (veel hoger dan de onderhoudsnorm). Als gevolg hiervan vermoedden ze aanvankelijk dat de DC-filtercondensatoren die door de technici van de UPS-fabrikant waren vervangen, defect waren, waardoor een te hoge rimpelspanning op de DC-bus van de UPS ontstond, waardoor de batterij uitpuilde.
2. Storingssituatie ter plaatse
Op 22 juli voerde het team van het Onderzoeksinstituut een veiligheidsinspectie uit op een bijkantoor. Ze ontdekten dat de batterijen van de UPS-systemen op de 5e verdieping van een gebouw ernstig uitpuilden. Als er stroomuitval zou zijn op het elektriciteitsnet, werd gevreesd dat de batterijen niet goed zouden ontladen, wat mogelijk tot een ongeluk zou leiden. Als gevolg hiervan adviseerden ze onmiddellijk dat het onderhoudspersoneel van het filiaal contact opnam met de technici van de fabrikant om de volgende middag een gezamenlijk onderzoek ter plaatse en een probleemoplossingssessie met alle drie de partijen te regelen.
Uitpuilen van 12V-batterijen
Op de middag van 23 juli kwamen de drie partijen ter plaatse. Bij inspectie bleken beide UPS-units normaal te functioneren, met een float-spanning van circa 404V voor de accu's (conform de ingestelde parameters). De technici van de fabrikant gebruikten een Fluke 287C-multimeter (hoge nauwkeurigheid) om de laadrimpelspanning van de batterij te meten, die ongeveer 0,439 V bedroeg. Een Fluke 376-stroomtang (lagere nauwkeurigheid) mat ongeveer 0,4 V. De resultaten van beide instrumenten waren vergelijkbaar en vielen binnen het typische rimpelspanningsbereik voor de apparatuur (doorgaans minder dan 1% van de busspanning). Dit gaf aan dat de vervangen DC-condensatoren conform waren en normaal functioneerden. Daarom werd de eerder vermoede theorie dat de vervanging van de condensator een te hoge rimpelspanning veroorzaakte en het uitpuilen van de batterij, uitgesloten.
Multimeter: 0,439V
Stroomtang: ongeveer 0,4V
Uit een onderzoek van de historische gegevens van het UPS-systeem bleek dat beide UPS-eenheden op 6 juni een ontladingstest van 15 minuten hadden ondergaan. Na het herstellen van de hoofdschakelaar werd een 6 minuten durende gelijkmatige lading uitgevoerd, gevolgd door een 14 minuten durende ontladingstest van de batterij door de ingenieurs van de fabrikant. Na de test startte het UPS-systeem automatisch vier opeenvolgende egalisatieladingen van 12 uur, waarbij elke fase werd gescheiden door een interval van 1 minuut, en eindigde op 9 juni om 05.32 uur. Sindsdien zijn de accu's in de float-laadmodus gebleven.
Nader onderzoek van de oorspronkelijke batterij-instellingen van de UPS bracht het volgende aan het licht:
De levensduur van de batterij was ingesteld op 48 maanden (4 jaar), hoewel de werkelijke levensduur van een 12V-batterij 5 jaar zou moeten zijn.
Gelijkmatig opladen is ingesteld op 'ingeschakeld'.
De laadstroomlimiet was ingesteld op 10A.
De trigger voor het overschakelen naar geëgaliseerd laden was ingesteld op 1A (het systeem zou automatisch overschakelen naar geëgaliseerd laden als de float-laadstroom groter was dan 1A, ook al is de standaardwaarde voor dit model 0,03C10 ~ 0,05C10, wat betekent dat het geëgaliseerde laden wordt geactiveerd wanneer de float-laadstroom 3-5A bereikt. Om onbekende redenen had het onderhoudspersoneel van de fabrikant dit echter aangepast naar 0,01C10, wat betekent dat geëgaliseerd laden zou worden geactiveerd wanneer de float-laadstroom zou worden geactiveerd. bereikt 1A).
De beschermingstijd voor gelijkmatig opladen was ingesteld op 720 minuten (het gelijkmatig opladen stopt automatisch na 12 uur).
3. Analyse van de oorzaken van storingen
Op basis van bovenstaande omstandigheden kan het faalproces als volgt worden geanalyseerd:
De twee batterijgroepen van dit UPS-systeem waren 4 jaar in gebruik (de levensduur van 12V-batterijen is 5 jaar) en de batterijcapaciteit was aanzienlijk afgenomen. Vóór de storing zag de batterij er echter normaal uit, zonder tekenen van uitpuilen. Uit een verdere beoordeling van de historische gegevens van UPS vanaf 30 januari 2019 (gegevens van vóór deze datum zijn gewist) tot en met 6 juni 2020 bleek dat het UPS-systeem 12 keer gelijkladen had uitgevoerd, waarbij de langste duur niet meer dan 15 minuten bedroeg. Dit geeft aan dat de geëgaliseerde oplaadduur die vóór het onderhoud in het UPS-systeem was ingesteld relatief kort was, slechts 15 minuten, en dat het kortetermijngeëgaliseerde opladen van het UPS-systeem er niet voor zal zorgen dat de accu's gaan uitpuilen.
Na onderhoud en vervanging van de condensatoren werd het UPS-systeem opnieuw opgestart. De besturingslogica identificeerde de accu als nieuw aangesloten, dus startte deze een geëgaliseerd opladen van 6 minuten en schakelde vervolgens over op druppellading. Na een daaropvolgende ontladingstest van 14 minuten begon het UPS-systeem echter automatisch met gelijkladen om de accu's volledig op te laden. Omdat de accu's al vier jaar in gebruik waren, was hun interne ladingsbehoudvermogen verslechterd, waardoor de float-laadstroom hoger werd dan 1A, waardoor de geëgaliseerde laaddrempel van 1A werd geactiveerd die in het UPS-systeem was ingesteld (de standaardwaarde voor dit model is 3~5A float-laadstroom om geëgaliseerd opladen te activeren, maar om de een of andere reden had het onderhoudspersoneel dit gewijzigd naar 1A). Dit had tot gevolg dat het UPS-systeem herhaaldelijk het geëgaliseerd laden initieerde totdat een intern open circuit van de batterij dit uiteindelijk stopte (anders zou het UPS-systeem herhaaldelijk geëgaliseerd laden hebben voortgezet, wat ertoe had kunnen leiden dat de accugroep in brand vloog). Gedurende deze periode ondergingen de accu's vier continue, geëgaliseerde oplaadcycli gedurende 48 uur (elke cyclus pauzeerde slechts 1 minuut per 12 uur voordat het geëgaliseerde opladen werd hervat). Na zo'n langdurig gelijkmatig opladen gingen de accu's uiteindelijk uitpuilen en raakten zelfs de ontluchtingskleppen vervormd.
4. Conclusie
Op basis van de bovenstaande observaties en analyse zijn de oorzaken van de batterijstoring in dit UPS-systeem als volgt:
De directe oorzaak was een onjuiste instelling van de oplaadparameters van het UPS-systeem, wat leidde tot continu gelijkmatig opladen gedurende 48 uur met tussenpozen van slechts 1 minuut tussen elke cyclus. Zelfs nieuwe batterijen zouden niet bestand zijn tegen een dergelijk langdurig en intens gelijkmatig opladen, wat in dit geval tot een uitpuilende batterij leidde.
Het UPS-systeemmodel is een vroeg ontwerp met functionele beperkingen. Dit oudere UPS-model (20 jaar geleden ontworpen) miste de instelling 'Egalized Charging Interval Protection Time' (andere merken stellen dit interval doorgaans in op 7 dagen), wat resulteert in continu meerdere gelijke laadcycli.
De prestaties van de batterijen waren verslechterd als gevolg van de leeftijd (4 jaar in gebruik), met een verminderde ontladingscapaciteit en een slecht ladingsbehoud. Vóór 6 juni werd de conversiestroomdrempel van equalized-to-float-charge onredelijk laag ingesteld (slechts 1A voor 100Ah-accu's). De standaardwaarde van het UPS-systeem is 3~5A, maar het onderhoudspersoneel heeft deze op onverklaarbare wijze gewijzigd in 1A.
Het UPS-systeem was al 14 jaar in gebruik, ruimschoots na de buitengebruikstelling, waardoor meetfouten onvermijdelijk waren. Deze fouten kunnen ertoe hebben geleid dat het systeem herhaaldelijk het gelijkladen heeft gestart vanwege onnauwkeurige stroomdetectie.
Gelukkig verhinderde een open circuit in een van de accucellen dat het UPS-systeem de herhaalde geëgaliseerde oplaadcycli na de vierde geëgaliseerde oplaadcyclus kon voortzetten, waardoor de kans werd vermeden dat de accu's vlam zouden vatten.
5. Herstelmaatregelen voor de storing
De corrigerende maatregelen omvatten twee aspecten:
Wijzig eerst tijdelijk de oplaadparameters van de UPS-batterij:
Schakel de instelling voor gelijk opladen in het UPS-systeem uit.
Pas de triggerstroom voor het overschakelen van float-charge naar geëgaliseerd laden aan naar 3A (hoewel 3A nog steeds enigszins laag is, aangezien het standaardminimum 3A is, maar dit was eerder ingesteld op 1A).
Stel de geëgaliseerde oplaadbeveiligingstijd in op 1 uur (eerder ingesteld op 12 uur).
Ten tweede heeft het bijkantoor de twee batterijgroepen vervangen door back-upbatterijen, maar de back-upbatterijen hebben een capaciteit van slechts 50 Ah en kunnen dus alleen voor tijdelijke nooddoeleinden worden gebruikt. Er zijn plannen om in de toekomst de belasting van het UPS-systeem over te dragen naar andere stroombronnen, om de veiligheidsproblemen met de stroomvoorziening grondig op te lossen.
De operator geeft jaarlijks een aanzienlijk bedrag uit aan onderhoudsdiensten voor het UPS-systeem, maar door de nalatigheid en onzorgvuldigheid van het onderhoudspersoneel hebben ze zelfs per abuis de standaardwaarden van het UPS-systeem gewijzigd, wat werkelijk ongelooflijk is. Het wordt aanbevolen dat de UPS-fabrikant het onderhoud van zijn producten serieus neemt en dergelijke fundamentele fouten in de toekomst vermijdt, waardoor de kwaliteit van zijn onderhoudsdiensten wordt verbeterd. Ondertussen wordt voorgesteld dat de exploitant ook meer aandacht besteedt aan de daaropvolgende onderhoudsdiensten die door de UPS-fabrikant worden geleverd en een evaluatiesysteem opzet om de veilige en betrouwbare werking van het UPS-systeem voortdurend te verbeteren.
