Analiza awarii baterii UPS w internetowym centrum danych

Moc strony telekomunikacyjnej jest uważana za krew sieci telekomunikacyjnej, podczas gdy bateria jest uważana za zbiornik krwi, chroniąc płynne działanie sieci. Jednak konserwacja baterii zawsze była trudnym aspektem. Ponieważ producenci nieustannie obniżają ceny po scentralizowanych zamówieniach, jakość baterii znacznie spadła. Każdego roku ponad 70% awarii systemu zasilania telekomunikacyjnego przypisuje się problemom z baterii, dzięki czemu konserwacja baterii jest bólem głowy dla personelu konserwacyjnego. Ten artykuł zawiera analizę głównych przyczyn awarii baterii, które mogą służyć jako przydatne odniesienie dla innych.

1. Przegląd sprzętu zasilający na miejscu

Sprzęt energetyczny na miejscu składa się z dwóch jednostek 40KVA UPS od znanej międzynarodowej marki. Baterie zostały zainstalowane w 2016 r. Poniżej znajdują się szczegółowe informacje:

Informacje UPS	Informacje o baterii
Marka i model: Międzynarodowa marka UPS UL33	Marka i model: 12V 100AH
Konfiguracja: 40 kVa, 2 jednostki w systemie równoległym, każda z obciążeniem około 5 kW	Liczba akumulatorów: 30 ogniw na grupę, 2 grupy, łącznie 60 ogniw
Data uruchomienia: 2006 (10 lat służby)	Data uruchomienia: 2016 (5 lat służby)

6 czerwca producent UPS przeprowadził rutynową konserwację, zastępując kondensatory AC i DC (5 lat usług) i fanów. Podczas testowania rozładowania akumulatora (20 minut) stwierdzono, że wydajność rozładowania baterii była słaba. Prąd rozładowania wynosił 16A, a po 10 minutach rozładowania napięcie kilku komórek spadło do 11,6 V, ale nie zaobserwowano wybrzuszonego baterii.

Stwierdzono, że obie grupy baterii UPS miały wybrzuszone problemy podczas kontroli. Za pomocą multimetru zmierzyli napięcie tętnienia ładowania akumulatora (mierzone za pomocą ustawienia prądu przemiennego), które było aż wysokie jak 7 V (znacznie przekraczające standard konserwacji). W rezultacie początkowo podejrzewali, że kondensatory filtra DC zastąpione inżynierami producenta UPS były uszkodzone, powodując nadmierne napięcie tętnienia w magistrali DC UPS, co prowadzi do wybrzuszenia akumulatora.

2. Sytuacja awarii na miejscu

22 lipca zespół z Instytutu Research przeprowadził inspekcję bezpieczeństwa w oddziale. Odkryli, że akumulatory systemów UPS na 5. piętrze budynku były poważnie wybrzuszone. Gdyby z sieci były przerwy zasilania, obawiało się, że akumulatory mogą nie rozładować prawidłowo, potencjalnie prowadząc do wypadku. W rezultacie natychmiast zalecili, aby personel konserwacyjny oddziału skontaktował się z inżynierami producenta, aby zorganizować wspólną sesję dochodzenia na miejscu i rozwiązywanie problemów ze wszystkimi trzema stronami następnego popołudnia.

Wyrzucanie baterii 12V

Po południu 23 lipca trzy przybyły na miejscu. Po kontroli stwierdzono, że obie jednostki UPS działają normalnie, z napięciem zmiennoprzecinkowym około 404 V dla akumulatorów (w linii z ustalonymi parametrami). Inżynierowie producenta zastosowali multimetr 287C Fluke 287C (wysoka dokładność) do pomiaru napięcia palenia ładowania akumulatora, które wynosiło około 0,439 V. Miernik zacisku 376 (niższa dokładność) mierzył około 0,4 V. Wyniki obu instrumentów były podobne i mieściły się w typowym zakresie napięcia tętnienia dla sprzętu (ogólnie mniej niż 1% napięcia magistrali). Wskazało to, że wymienione kondensatory DC były zgodne i normalnie działały. Dlatego wcześniej podejrzewana teoria, że ​​wymiana kondensatora spowodowała nadmierne napięcie falowania i wykluczono wybrzuszenie baterii.

Multimetr: 0,439 V.

Miernik zacisku: około 0,4 V

Przegląd akt historycznych systemu UPS wykazał, że 6 czerwca obie jednostki UPS przeszły 15-minutowy test rozładowania baterii. Po przywróceniu głównego przełącznika zasilania przeprowadzono 6-minutowe wyrównane ładowanie, a następnie 14-minutowy test rozładowania baterii przez inżynierów producenta. Po teście system UPS automatycznie zainicjował cztery kolejne 12-godzinne wyrównane ładunki, przy każdej fazie oddzielonej 1-minutowym odstępem, końcowym o 5:32 w dniu 9 czerwca. Od tego czasu akumulatory pozostały w trybie ładowania pływakowego.

Dalsze badanie oryginalnych ustawień baterii UPS ujawniło:

• Żywotność baterii została ustawiona na 48 miesięcy (4 lata), chociaż faktyczna długość życia baterii 12 V powinna wynosić 5 lat.

• Wyrównane ładowanie zostało ustawione na „włączone. ”

• Limit prądu ładowania został ustawiony na 10A.

• Spust przełączania na wyrównane ładowanie został ustawiony na 1a (system automatycznie przełączałby się na wyrównane ładowanie, gdyby prąd ładunku pływakowego przekroczył 1a, nawet jeśli wartość domyślna dla tego modelu wynosi 0,03C10 ~ 0,05C10, co oznacza, że ​​wyrównane ładowanie jest uruchamiane, gdy prąd ładowania pływakowego osiągnie 3-5a. Jednak dla nieznanych powodów producenta jest dostosowane do tego, co oznacza równe szarię. uruchomiony, gdy prąd ładunku pływaka osiągnie 1a).

• Wyrównany czas ochrony ładowania ustalono na 720 minut (wyrównane ładowanie zatrzymałoby się automatycznie po 12 godzinach).

3. Analiza przyczyn awarii

Na podstawie powyższych okoliczności proces awarii można analizować w następujący sposób:

• Dwie grupy baterii tego systemu UPS były używane przez 4 lata (żywotność baterii 12V wynosi 5 lat), a pojemność baterii znacznie się zmniejszyła. Jednak przed awarią wygląd zewnętrzny akumulator był normalny, bez oznak wybrzuszania. Kolejny przegląd rekordów historycznych UPS z 30 stycznia 2019 r. (Rekordy przed tą datą zostały oczyszczone) do 6 czerwca 2020 r., Wykazał, że system UPS przeprowadził 12 wyrównanych ładowania, przy czym najdłuższy czas trwania wynosił nie więcej niż 15 minut. Wskazuje to, że wyrównany czas ładowania ustawiony w systemie UPS przed konserwacją był stosunkowo krótki, zaledwie 15 minut, a krótkoterminowe wyrównane ładowanie systemu UPS nie spowoduje wybrzuszania akumulatorów.

• Po konserwacji i wymianie kondensatora system UPS został ponownie uruchomiony. Logika sterowania zidentyfikowała akumulator jako nowo podłączony, więc zainicjowała 6-minutowe wyrównane ładowanie, a następnie przełączyła się na ładunek pływowy. Jednak po kolejnym 14-minutowym teście rozładowania system UPS automatycznie uruchomił wyrównany ładowanie, aby w pełni naładować akumulatory. Ze względu na użycie akumulatorów przez 4 lata, ich wewnętrzna zdolność zatrzymywania ładunku pogorszyła się, powodując przekroczenie prądu ładunku pływowego, uruchamiając ustawiony próg ładowania 1A w systemie UPS (wartość domyślna dla tego modelu wynosi 3 ~ 5A Prąd ładunku pływakowego do uruchomienia na wyrównanie ładowania, ale z jakiegoś powodu, personel konserwacyjny był zmodyfikowany do 1A). Doprowadziło to do wielokrotnego inicjowania systemu UPS, dopóki wewnętrzny obwód otwartego baterii w końcu go nie zatrzyma (w przeciwnym razie system UPS będzie nadal powtarzany wyrównany ładowanie, co mogłoby doprowadzić do zbliżania grupy baterii). W tym okresie akumulatory przeszły cztery ciągłe wyrównane cykle ładowania w ciągu 48 godzin (każdy cykl zatrzymywał się tylko przez 1 minutę co 12 godzin przed wznowieniem wyrównania ładowania). Po tak długotrwałym wyrównanym ładowaniu akumulatory ostatecznie rozwinęły się wybrzuszone, a nawet zawory wentylacyjne zostały zdeformowane.

4. Wniosek

Na podstawie powyższych obserwacji i analizy przyczyny awarii baterii w tym systemie UPS są następujące:

• Bezpośrednią przyczyną było niewłaściwe ustawienie parametrów ładowania systemu UPS, co doprowadziło do ciągłego wyrównania ładowania przez 48 godzin z zaledwie 1 minutami między każdym cyklem. Nawet nowe baterie nie wytrzymałyby tak długotrwałego i intensywnego wyrównania, co prowadzi do awarii wybrzuszania baterii w tym przypadku.

• Model systemu UPS jest wczesnym projektem z ograniczeniami funkcjonalnymi. W tym starszym modelu UPS (zaprojektowanym 20 lat temu) brakowało ustawienia „wyrównanego czasu ochrony przedziału ładowania” (inne marki zazwyczaj ustawiają ten przedział na 7 dni), co powoduje ciągłe wielokrotne wyrównane cykle ładowania.

• Wydajność akumulatorów uległa obniżeniu wieku (4 lata służby), przy zmniejszonej pojemności zrzutu i złej retencji ładowania. Przed 6 czerwca próg prądu konwersji wyrównanego do ładowania ustalono nieuzasadnione (tylko 1A dla baterii 100ah). Wartość domyślna systemu UPS wynosi 3 ~ 5A, ale personel konserwacyjny w niewytłumaczalnie zmodyfikował go do 1A.

• System UPS działał przez 14 lat, znacznie poza wiekiem wycofywania z eksploatacji, powodując, że błędy pomiarowe są nieuniknione. Błędy te mogły spowodować wielokrotne inicjowanie wyrównania ładowania z powodu niedokładnego wykrywania prądu.

• Na szczęście otwarty obwód w jednym ze ogniw akumulatorów uniemożliwił system UPS kontynuowanie powtarzanych wyrównanych cykli ładowania po czwartym wyrównaniu ładowania, unikając w ten sposób potencjału zapalania akumulatorów.

5. Środki naprawcze dla awarii

Środki naprawcze obejmują dwa aspekty:

Po pierwsze, tymczasowo zmodyfikuj parametry ładowania baterii UPS:

• Wyłącz wyrównane ustawienie ładowania w systemie UPS.

• Dostosuj prąd spustowy do przełączania z ładunku pływowego do wyrównanego ładowania do 3A (chociaż 3A jest nadal nieco niskie, ponieważ domyślne minimum to 3A, ale wcześniej ustawiono on na 1A).

• Dostosuj wyrównany czas ochrony ładowania do 1 godziny (wcześniej ustawiony na 12 godzin).

Po drugie, oddział zastąpił dwie grupy baterii akumulatorami zapasowymi, ale akumulatory zapasowe mają pojemność tylko 50 AH, więc można je wykorzystać tylko do tymczasowych celów awaryjnych. Istnieją plany przeniesienia obciążenia z systemu UPS na inne źródła energii w przyszłości, aby dokładnie rozwiązać problemy związane z bezpieczeństwem zasilania.

Operator wydaje znaczną kwotę co roku na usługi konserwacyjne dla systemu UPS, ale ze względu na zaniedbanie i nieostrożność personelu konserwacyjnego, nawet błędnie zmodyfikował domyślne wartości systemu UPS, co jest naprawdę niewiarygodne. Zaleca się, aby producent UPS poważnie potraktował konserwację swoich produktów i uniknąć tak podstawowych błędów w przyszłości, poprawiając jakość ich usług konserwacyjnych. Tymczasem sugeruje się, aby operator zwrócił również bliższą uwagę na kolejne usługi konserwacyjne świadczone przez producenta UPS i ustanawia system oceny, aby stale poprawić bezpieczne i niezawodne działanie systemu UPS.