Analýza zlyhania batérie UPS v internetovom dátovom centre

Sila telekomunikačných miest sa považuje za krv telekomunikačnej siete, zatiaľ čo batéria sa považuje za jej nádrž na krv, čím sa chráni hladká prevádzka siete. Údržba batérie však bola vždy náročným aspektom. Keďže výrobcovia neustále znižujú ceny po centralizovanom obstarávaní, kvalita batérií sa výrazne znížila. Každý rok sa viac ako 70% zlyhaní telekomunikačných systémov pripisuje problémom s batériou, vďaka čomu je údržba batérie pre personál údržby bolesti hlavy. Tento článok ponúka analýzu hlavných príčin zlyhania batérie, ktoré môžu slúžiť ako užitočný odkaz pre ostatných.

1. Prehľad elektrického zariadenia na mieste

Energie na mieste sa skladajú z dvoch jednotiek 40 kVA UPS od známych medzinárodných značiek. Batérie boli nainštalované v roku 2016. Nižšie sú podrobné informácie:

Informácie o UPS	Informácie o batérii
Značka a model: International Brand UPS UL33	Značka a model: 12v 100ah
Konfigurácia: 40 kva, 2 jednotky v paralelnom systéme, každá s nákladom približne 5 kW	Počet batérií: 30 buniek na skupinu, 2 skupiny, celkovo 60 buniek
Dátum uvedenia do prevádzky: 2006 (10 rokov služby)	Dátum uvedenia do prevádzky: 2016 (5 rokov služby)

Dňa 6. júna výrobca UPS vykonal rutinnú údržbu, pričom nahradil kondenzátory AC a DC (5 rokov služby) a fanúšikov. Počas testovania vybíjania batérie (20 minút) sa zistilo, že výkon vybíjania batérie bol zlý. Vypúšťací prúd bol 16A a po 10 minútach výboja sa napätie niekoľkých buniek znížilo na 11,6 V, ale nepozorovalo sa žiadne vydutie batérií.

Zistilo sa, že obe skupiny batérií UPS mali počas inšpekcie vyduté problémy. Pomocou multimetra merali napätie zvlnenia nabíjania batérie (merané pomocou nastavenia striedavého prúdu), ktoré bolo až 7V (ďaleko presahujúce štandard údržby). Výsledkom bolo, že spočiatku mali podozrenie, že kondenzátory DC filtra nahradené inžiniermi výrobcu UPS boli chybní, čo spôsobilo nadmerné zvlnenie napätia na zbernici DC zbernice UPS, čo viedlo k vypuknutiu batérie.

2. Situácia zlyhania na mieste

22. júla tím z výskumného inštitútu vykonal bezpečnostnú kontrolu v pobočke. Zistili, že batérie systémov UPS v 5. poschodí budovy boli vážne vyduté. Ak existovali výpadky napájania z mriežky, obávali sa, že batérie nemusia správne vypúšťať, čo potenciálne vedie k nehode. V dôsledku toho okamžite odporučili, aby pracovníci údržby pobočky kontaktovali inžinierov výrobcu, aby usporiadali spoločné vyšetrovanie a riešenie problémov so všetkými tromi stranami nasledujúce popoludnie.

Vypuknutie 12V batérií

Popoludní 23. júla prišli tri strany na mieste. Po kontrole sa zistilo, že obe jednotky UPS fungujú normálne, s plavákovým napätím približne 404 V pre batérie (v súlade so nastavenými parametrami). Inžinieri výrobcu použili Multimeter Fluke 287C (vysoká presnosť) na meranie napätia nabíjania batérie, ktoré bolo približne 0,439 V. Mlužník svorky 376 (nižšia presnosť) meraný okolo 0,4 V. Výsledky oboch nástrojov boli podobné a spadali do typického rozsahu zvlnenia napätia pre zariadenie (zvyčajne menej ako 1% napätia zbernice). To naznačovalo, že vymenené kondenzátory DC boli v súlade a normálne fungujú. Preto bola vylúčená predtým podozrivá teória, že výmena kondenzátora spôsobila nadmerné zvlnenie a vypuknutie batérie.

Multimeter: 0,439V

CLAMP METER: Približne 0,4 V

Preskúmanie historických záznamov systému UPS System ukázalo, že 6. júna obidve jednotky UPS prešli 15-minútovým testom vypúšťania batérie. Po obnovení hlavného napájacieho spínača sa uskutočnilo 6-minútové vyrovnané nabíjanie, po ktorom nasledovali 14-minútový test vybíjania batérie od inžinierov výrobcu. Po teste systém UPS automaticky inicioval štyri po sebe idúce 12-hodinové vyrovnané náboje, pričom každá fáza bola oddelená 1-minútovým intervalom a uzavrela 9:32 9. júna. Odvtedy zostali batérie v režime plavákového náboja.

Ďalšie preskúmanie pôvodných nastavení batérie UPS odhalilo nasledujúce:

• Výdrž batérie bola nastavená na 48 mesiacov (4 roky), hoci skutočná dĺžka života 12 V batérie by mala byť 5 rokov.

• Vyrovnané nabíjanie bolo nastavené na 'povolené. '

• Limit prúdu nabíjania bol nastavený na 10A.

• Spúšťač prepínania na vyrovnané nabíjanie bol nastavený na 1A (systém by sa automaticky zmenil na vyrovnané nabíjanie, ak by prúd plavákového náboja prekročil 1A, hoci predvolená hodnota pre tento model je 0,03C10 ~ 0,05C10, čo znamená, že vyrovnané nabíjanie sa spustí, keď by prúdy plaváka dosiahlo 3-5A. Prúd plaváka dosahuje 1A).

• Vyrovnaný čas ochrany nabíjania bol nastavený na 720 minút (vyrovnané nabíjanie sa automaticky zastavilo po 12 hodinách).

3. Analýza príčin zlyhania

Na základe vyššie uvedených okolností je možné proces zlyhania analyzovať takto:

• Dve skupiny batérií tohto systému UPS sa používali už 4 roky (servisná cena 12 V batérií je 5 rokov) a kapacita batérie sa výrazne znížila. Pred poruchou však bol vonkajší vzhľad batérie normálny, bez známok vydutia. Ďalšie preskúmanie historických záznamov UPS od 30. januára 2019 (záznamy pred týmto dátumom) do 6. júna 2020 ukázalo, že systém UPS vykonal 12 vyrovnávacích nabíjania, pričom najdlhšie trvanie nebolo viac ako 15 minút. To naznačuje, že vyrovnané trvanie nabíjania stanovené v systéme UPS pred údržbou bolo relatívne krátke, iba 15 minút a krátkodobé vyrovnané nabíjanie systému UPS nespôsobí, že sa batérie vydútia.

• Po údržbe a výmene kondenzátora bol systém UPS reštartovaný. Logika riadenia identifikovala batériu ako novo pripojenú, takže iniciovala 6-minútové vyrovnané nabíjanie a potom prepustila na plavák. Po následnom 14-minútovom teste vypúšťania sa však systém UPS automaticky začal vyrovnať nabíjanie, aby sa úplne nabíjal batérie. Vzhľadom na to, že sa batérie používajú 4 roky, ich schopnosť zadržiavania vnútorného náboja sa zhoršila, čo spôsobilo, že prúd plavákového náboja prekročil 1A, čím sa spustilo vyrovnané nabíjanie nabíjania 1A (predvolená hodnota pre tento model je 3 ~ 5A). To viedlo k tomu, že systém UPS opakovane inicioval vyrovnané nabíjanie, až kým ho interný otvorený obvod batérie konečne nezastavil (inak by systém UPS pokračoval v opakovanom vyrovnanom nabíjaní, čo mohlo viesť k ohňu skupiny batérií). Počas tohto obdobia batérie prešli štyrmi kontinuálnymi vyrovnávacími vyrovnávacími nabíjacími cyklami počas 48 hodín (každý cyklus sa pozastavil iba 1 minútu každých 12 hodín pred obnovením vyrovnaného nabíjania). Po takomto dlhodobom vyrovnanom nabíjaní sa batérie nakoniec vyvinuli vydutie a dokonca aj odvzdušňovacie ventily sa deformovali.

4. Záver

Na základe vyššie uvedených pozorovaní a analýzy sú príčiny zlyhania batérie v tomto systéme UPS nasledujúce:

• Priamym príčinou bolo nesprávne nastavenie parametrov nabíjania systému UPS, čo viedlo k nepretržitému vyrovnanému nabíjaniu počas 48 hodín iba 1-minútový interval medzi jednotlivými cyklom. Dokonca aj nové batérie nevydržali také predĺžené a intenzívne vyrovnané nabíjanie, čo by v tomto prípade vedelo k zlyhaniu vypuknutia batérie.

• Model systému UPS je skorý návrh s funkčnými obmedzeniami. Tento starší model UPS (navrhnutý pred 20 rokmi) chýbalo nastavenie „vyrovnávaného času na nabíjanie intervalu “ (iné značky zvyčajne nastavili tento interval na 7 dní), čo malo za následok nepretržité vyrovnané vyrovnávacie cykly nabíjania.

• Výkon batérií sa zhoršil v dôsledku veku (4 roky v prevádzke) so zníženou kapacitou výboja a slabým zadržiavaním náboja. Pred 6. júnom bola prahová hodnota prevodu vyrovnaného až poslaného nabíjania nastavená neprimerane nízka (iba 1A pre 100-AHADAS batérie). Predvolená hodnota systému UPS je 3 ~ 5a, ale personál údržby ju nevysvetliteľne upravil na 1A.

• Systém UPS bol v prevádzke 14 rokov, čo je výrazne mimo jeho vyraďovacieho veku, takže chyby merania boli nevyhnutné. Tieto chyby mohli spôsobiť, že systém opakovane inicioval vyrovnané nabíjanie v dôsledku nepresnej detekcie prúdu.

• Našťastie otvorený obvod v jednej z batériových buniek zabránil systému UPS pokračovať v opakovanom vyrovnanom nabíjajúcich sa cykloch po štvrtom vyrovnanom nabíjaní, čím sa zabránilo potenciálu, aby batérie zapálili oheň.

5. Nápravné opatrenia pre zlyhanie

Nápravné opatrenia zahŕňajú dva aspekty:

Najprv dočasne upravte parametre nabíjania batérie UPS:

• Zakázať vyrovnané nastavenie nabíjania v systéme UPS.

• Upravte spúšťací prúd na prepnutie z plavákového náboja na vyrovnané nabíjanie na 3A (hoci 3a je stále trochu nízka, pretože predvolené minimum je 3A, ale predtým bolo nastavené na 1A).

• Upravte vyrovnávanú dobu ochrany nabíjania na 1 hodinu (predtým nastavená na 12 hodín).

Po druhé, pobočka nahradila dve skupiny batérií záložnými batériami, ale záložné batérie majú kapacitu iba 50 AH, takže sa dajú použiť iba na dočasné núdzové účely. V budúcnosti existujú plány na prenos zaťaženia zo systému UPS do iných zdrojov energie, aby sa dôkladne vyriešili problémy s bezpečnosťou napájania.

Prevádzkovateľ vynakladá značnú sumu ročne na služby údržby pre systém UPS, avšak kvôli nedbanlivosti a nedbanlivosti personálu údržby dokonca omylom upravili predvolené hodnoty systému UPS, čo je skutočne neuveriteľné. Odporúča sa, aby výrobca UPS vzal údržbu svojich výrobkov vážne a v budúcnosti sa vyhýbala takýmto základným chybám, čím sa zlepšila kvalita svojich služieb údržby. Medzitým sa navrhuje, aby prevádzkovateľ venoval aj podrobnejšiu pozornosť následným údržbárskym službám poskytovaným výrobcom UPS a vytvoril hodnotiaci systém na neustále zlepšovanie bezpečnej a spoľahlivej prevádzky systému UPS.