Sila telekomunikačnej siete sa považuje za krv telekomunikačnej siete, zatiaľ čo batéria sa považuje za jej zásobáreň krvi, ktorá zabezpečuje plynulú prevádzku siete. Údržba batérie však bola vždy náročným aspektom. Keďže výrobcovia po centralizovanom obstarávaní neustále znižujú ceny, kvalita batérií výrazne klesla. Každý rok sa viac ako 70 % zlyhaní telekomunikačného napájacieho systému pripisuje problémom s batériou, takže údržba batérie je pre personál údržby problémom. Tento článok ponúka analýzu hlavných príčin zlyhania batérie, ktorá môže slúžiť ako užitočná referencia pre ostatných.
1. Prehľad energetického zariadenia na mieste
Napájacie zariadenie na mieste pozostáva z dvoch 40kVA UPS od známej medzinárodnej značky. Batérie boli nainštalované v roku 2016. Nižšie sú uvedené podrobné informácie:
Informácie UPS |
Informácie o batérii |
Značka a model: Medzinárodná značka UPS UL33 |
Značka a model: 12V 100Ah |
Konfigurácia: 40 kVA, 2 jednotky v paralelnom systéme, každá so záťažou cca 5 kW |
Počet batérií: 30 článkov na skupinu, 2 skupiny, spolu 60 článkov |
Dátum uvedenia do prevádzky: 2006 (10 rokov prevádzky) |
Dátum uvedenia do prevádzky: 2016 (5 rokov služby) |
6. júna výrobca UPS vykonal bežnú údržbu, vymenil AC a DC kondenzátory (5 rokov prevádzky) a ventilátory. Počas testovania vybitia batérie (20 minút) sa zistilo, že výkon batérie bol slabý. Vybíjací prúd bol 16A a po 10 minútach vybíjania kleslo napätie niekoľkých článkov na 11,6V, ale nebolo pozorované žiadne vydutie batérií.
Počas inšpekcie sa zistilo, že obe skupiny batérií UPS mali vyduté problémy. Pomocou multimetra zmerali napätie zvlnenia nabíjania batérie (merané pomocou nastavenia AC), ktoré bolo až 7 V (vysoko presahujúce štandard údržby). V dôsledku toho mali spočiatku podozrenie, že kondenzátory jednosmerného filtra, ktoré vymenili inžinieri výrobcu UPS, boli chybné, čo spôsobilo nadmerné zvlnenie napätia na jednosmernej zbernici UPS, čo viedlo k vydutiu batérie.
2. Poruchová situácia na mieste
Tím z Výskumného ústavu vykonal 22. júla bezpečnostnú previerku na pobočke. Zistili, že batérie systémov UPS na 5. poschodí budovy sú značne vyduté. Ak došlo k výpadkom elektrickej energie zo siete, existovali obavy, že by sa batérie nemuseli správne vybiť, čo by mohlo viesť k nehode. V dôsledku toho okamžite odporučili, aby pracovníci údržby pobočky kontaktovali inžinierov výrobcu, aby si na nasledujúce popoludnie dohodli so všetkými tromi stranami spoločné vyšetrovanie na mieste a riešenie problémov.
Vybité 12V batérie
Popoludní 23. júla dorazili tri strany na miesto. Pri kontrole sa zistilo, že obe jednotky UPS fungujú normálne, s udržiavacím napätím približne 404 V pre batérie (v súlade s nastavenými parametrami). Inžinieri výrobcu použili multimeter Fluke 287C (vysoká presnosť) na meranie napätia zvlnenia nabíjania batérie, ktoré bolo približne 0,439 V. Kliešťový merač Fluke 376 (nižšia presnosť) meria okolo 0,4 V. Výsledky z oboch prístrojov boli podobné a spadali do typického rozsahu zvlnenia napätia pre zariadenie (všeobecne menej ako 1 % napätia zbernice). To naznačuje, že vymenené jednosmerné kondenzátory boli kompatibilné a fungovali normálne. Preto bola vylúčená predtým predpokladaná teória, že výmena kondenzátora spôsobila nadmerné zvlnenie napätia a vydutie batérie.
Multimeter: 0,439V
Kliešťový merač: približne 0,4V
Preskúmanie historických záznamov systému UPS ukázalo, že 6. júna obe jednotky UPS prešli 15-minútovým testom vybitia batérie. Po obnovení hlavného vypínača sa uskutočnilo 6-minútové vyrovnávacie nabíjanie, po ktorom nasledoval 14-minútový test vybitia batérie inžiniermi výrobcu. Po teste systém UPS automaticky spustil štyri po sebe idúce 12-hodinové vyrovnávané nabíjania, pričom každá fáza bola oddelená 1-minútovým intervalom a končila 9. júna o 5:32. Odvtedy batérie zostali v režime udržiavacieho nabíjania.
Ďalšie preskúmanie pôvodných nastavení batérie UPS odhalilo nasledovné:
Životnosť batérie bola nastavená na 48 mesiacov (4 roky), hoci skutočná životnosť 12V batérie by mala byť 5 rokov.
Vyrovnané nabíjanie bolo nastavené na 'povolené'.
Limit nabíjacieho prúdu bol nastavený na 10A.
Spúšťač pre prepnutie na vyrovnávacie nabíjanie bol nastavený na 1A (systém by sa automaticky prepol na vyrovnávané nabíjanie, ak by prúd udržiavacieho nabíjania prekročil 1A, aj keď predvolená hodnota pre tento model je 0,03C10~0,05C10, čo znamená, že vyrovnávané nabíjanie sa spustí, keď prúd udržiavacieho nabíjania dosiahne 3-5A. Z neznámych dôvodov však pracovníci údržby výrobcu upravili na vyrovnanie nabíjania, čo znamená, že toto spustenie upravili pracovníci údržby C10.0 plávajúci nabíjací prúd dosahuje 1A).
Doba ochrany vyrovnávacieho nabíjania bola nastavená na 720 minút (vyrovnávané nabíjanie sa automaticky zastaví po 12 hodinách).
3. Analýza príčin zlyhania
Na základe vyššie uvedených okolností možno proces zlyhania analyzovať takto:
Dve skupiny batérií tohto systému UPS boli v prevádzke 4 roky (životnosť 12V batérií je 5 rokov) a kapacita batérie sa výrazne znížila. Pred poruchou bol však vonkajší vzhľad batérie normálny, bez známok vydutia. Ďalšie preskúmanie historických záznamov UPS od 30. januára 2019 (záznamy pred týmto dátumom boli vymazané) do 6. júna 2020 ukázalo, že systém UPS vykonal 12 vyrovnaných nabíjaní, pričom najdlhšie trvanie nebolo dlhšie ako 15 minút. To znamená, že doba vyrovnávaného nabíjania nastavená v systéme UPS pred údržbou bola relatívne krátka, iba 15 minút, a krátkodobé vyrovnávané nabíjanie systému UPS nespôsobí vydutie batérií.
Po údržbe a výmene kondenzátora bol systém UPS reštartovaný. Riadiaca logika identifikovala batériu ako novo pripojenú, preto spustila 6-minútové vyrovnávacie nabíjanie a potom prešla na plávajúce nabíjanie. Po následnom 14-minútovom teste vybitia však systém UPS automaticky spustil vyrovnávacie nabíjanie, aby sa batérie úplne dobili. Kvôli batériám, ktoré sa používali 4 roky, sa zhoršila ich schopnosť udržať si vnútorné nabitie, čo spôsobilo, že prúd udržiavacieho nabíjania prekročil 1A, čím sa spustil 1A vyrovnaný prah nabíjania nastavený v systéme UPS (predvolená hodnota pre tento model je 3~5A udržiavací nabíjací prúd na spustenie vyrovnávaného nabíjania, ale z nejakého dôvodu to personál údržby upravil na 1A). To viedlo k tomu, že systém UPS opakovane spúšťal vyrovnávacie nabíjanie, až kým ho nakoniec nezastavil vnútorný otvorený okruh batérie (V opačnom prípade by systém UPS pokračoval v opakovanom vyrovnávacom nabíjaní, čo by mohlo viesť k vznieteniu skupiny batérií). Počas tohto obdobia batérie prešli štyrmi cyklami nepretržitého vyrovnávaného nabíjania počas 48 hodín (každý cyklus sa každých 12 hodín pozastavil iba na 1 minútu a potom sa obnovilo vyrovnávané nabíjanie). Po takomto dlhom vyrovnanom nabíjaní sa batérie časom vyduli a dokonca sa zdeformovali aj odvzdušňovacie ventily.
4. Záver
Na základe vyššie uvedených pozorovaní a analýz sú príčiny zlyhania batérie v tomto systéme UPS nasledovné:
Priamou príčinou bolo nesprávne nastavenie parametrov nabíjania systému UPS, čo viedlo k nepretržitému vyrovnávanému nabíjaniu počas 48 hodín s iba 1-minútovými intervalmi medzi jednotlivými cyklami. Ani nové batérie by nevydržali také predĺžené a intenzívne vyrovnávané nabíjanie, čo v tomto prípade vedie k poruche vydutia batérie.
Model systému UPS je skorý dizajn s funkčnými obmedzeniami. Tomuto staršiemu modelu UPS (navrhnutého pred 20 rokmi) chýbalo nastavenie 'doba ochrany intervalu vyrovnávania nabíjania' (iné značky zvyčajne nastavujú tento interval na 7 dní), čo vedie k nepretržitým viacnásobným vyrovnaným nabíjacím cyklom.
Výkon batérií sa znížil v dôsledku veku (4 roky v prevádzke), so zníženou kapacitou vybíjania a slabým udržiavaním nabitia. Pred 6. júnom bola prahová hodnota konverzného prúdu z vyrovnania na plávajúce nabíjanie nastavená neprimerane nízko (len 1A pre 100Ah batérie). Predvolená hodnota systému UPS je 3~5A, no personál údržby ju nepochopiteľne upravil na 1A.
Systém UPS bol v prevádzke 14 rokov, čo je výrazne po jeho vyradení z prevádzky, takže chyby merania boli nevyhnutné. Tieto chyby mohli spôsobiť, že systém opakovane spustil vyrovnávacie nabíjanie v dôsledku nepresnej detekcie prúdu.
Našťastie otvorený obvod v jednom z batériových článkov zabránil systému UPS pokračovať v opakovaných cykloch vyrovnania nabíjania po štvrtom vyrovnanom nabíjaní, čím sa predišlo možnému vznieteniu batérií.
5. Opatrenia na nápravu poruchy
Nápravné opatrenia zahŕňajú dva aspekty:
Najprv dočasne upravte parametre nabíjania batérie UPS:
Deaktivujte nastavenie vyrovnávaného nabíjania v systéme UPS.
Upravte spúšťací prúd na prepnutie z udržiavacieho nabíjania na vyrovnávacie nabíjanie na 3A (hoci 3A je stále trochu málo, pretože predvolené minimum je 3A, ale predtým bolo nastavené na 1A).
Upravte dobu ochrany vyrovnávaného nabíjania na 1 hodinu (predtým nastavené na 12 hodín).
Po druhé, pobočka vymenila dve skupiny batérií za záložné, ale záložné batérie majú kapacitu len 50 Ah, takže ich možno použiť len na dočasné núdzové účely. V budúcnosti sa plánuje presun záťaže zo systému UPS na iné zdroje energie, aby sa dôkladne vyriešili problémy s bezpečnosťou napájania.
Operátor vynakladá ročne nemalé sumy na údržbu systému UPS, no nedbalosťou a neopatrnosťou personálu údržby dokonca omylom upravili predvolené hodnoty systému UPS, čo je naozaj neuveriteľné. Odporúča sa, aby výrobca UPS bral údržbu svojich produktov vážne a vyvaroval sa takýchto základných chýb v budúcnosti, čím by zlepšil kvalitu svojich služieb údržby. Medzitým sa navrhuje, aby prevádzkovateľ venoval väčšiu pozornosť aj následným údržbárskym službám poskytovaným výrobcom UPS a vytvoril systém hodnotenia na neustále zlepšovanie bezpečnej a spoľahlivej prevádzky systému UPS.
