Moč telekomunikacijskega mesta velja za kri telekomunikacijskega omrežja, medtem ko se baterija šteje za njegov rezervoar krvi, ki zagotavlja nemoteno delovanje omrežja. Vendar pa je vzdrževanje baterije vedno predstavljalo izziv. Zaradi nenehnega zniževanja cen proizvajalcev po centraliziranih nabavah je kakovost baterij občutno padla. Vsako leto se več kot 70 % okvar telekomunikacijskih napajalnih sistemov pripiše težavam z baterijami, zaradi česar je vzdrževanje baterij glavobol za vzdrževalno osebje. Ta članek ponuja analizo glavnih vzrokov za okvaro baterije, ki je lahko koristna referenca za druge.
1. Pregled električne opreme na mestu
Napajalna oprema na lokaciji je sestavljena iz dveh 40kVA UPS enot priznane mednarodne blagovne znamke. Baterije so bile vgrajene leta 2016. Spodaj so podrobne informacije:
Informacije o UPS |
Informacije o bateriji |
Blagovna znamka in model: Mednarodna znamka UPS UL33 |
Znamka in model: 12V 100Ah |
Konfiguracija: 40 kVA, 2 enoti v vzporednem sistemu, vsaka z obremenitvijo približno 5 kW |
Število baterij: 30 celic na skupino, 2 skupini, skupaj 60 celic |
Datum zagona: 2006 (10 let delovanja) |
Datum zagona: 2016 (5 let delovanja) |
6. junija je proizvajalec UPS izvedel redno vzdrževanje, zamenjal kondenzatorje AC in DC (5 let delovanja) in ventilatorje. Med testiranjem praznjenja akumulatorja (20 minut) je bilo ugotovljeno, da je bil učinek praznjenja akumulatorja slab. Tok praznjenja je bil 16 A, po 10 minutah praznjenja pa je napetost več celic padla na 11,6 V, vendar izbočenja baterij ni bilo opaziti.
Ugotovljeno je bilo, da sta imeli obe skupini akumulatorjev UPS med pregledom težave z izbočenjem. Z multimetrom so izmerili valovno napetost polnjenja baterije (izmerjeno z nastavitvijo AC), ki je znašala kar 7 V (daleč presega standard vzdrževanja). Posledično so sprva sumili, da so kondenzatorji DC filtrov, ki so jih zamenjali inženirji proizvajalca UPS, okvarjeni, kar povzroča prekomerno valovanje napetosti na vodilu DC UPS, kar vodi do izbočenja baterije.
2. Situacija okvare na kraju samem
22. julija je ekipa Raziskovalnega inštituta opravila varnostni pregled v poslovalnici. Odkrili so, da so baterije UPS sistemov v 5. nadstropju stavbe močno izbočene. Če bi prišlo do izpadov električne energije iz omrežja, se je balo, da se baterije ne bi pravilno izpraznile, kar bi lahko povzročilo nesrečo. Posledično so nemudoma priporočili, naj vzdrževalno osebje podružnice stopi v stik z inženirji proizvajalca, da se naslednje popoldne dogovorijo za skupno preiskavo na kraju samem in odpravljanje težav z vsemi tremi stranmi.
Izbočenje 12V baterij
23. julija popoldne so tri stranke prispele na kraj. Po pregledu je bilo ugotovljeno, da obe UPS enoti delujeta normalno, s plavajočo napetostjo približno 404 V za baterije (v skladu z nastavljenimi parametri). Inženirji proizvajalca so z multimetrom Fluke 287C (visoka natančnost) izmerili valovno napetost polnjenja baterije, ki je znašala približno 0,439 V. Klešče Fluke 376 (nižja natančnost) so izmerile okoli 0,4 V. Rezultati obeh instrumentov so bili podobni in so spadali v tipično območje nihanja napetosti za opremo (na splošno manj kot 1 % napetosti vodila). To je pokazalo, da so zamenjani enosmerni kondenzatorji skladni in normalno delujejo. Zato je bila prej domnevna teorija, da je zamenjava kondenzatorja povzročila čezmerno nihanje napetosti in izbočenje baterije, izključena.
Multimeter: 0,439 V
Klešče: približno 0,4 V
Pregled zgodovinskih zapisov sistema UPS je pokazal, da sta bili 6. junija obe enoti UPS podvrženi 15-minutnemu preizkusu izpraznjenosti baterije. Po ponovni vzpostavitvi glavnega vklopnega stikala je bilo izvedeno 6-minutno izravnano polnjenje, ki mu je sledil 14-minutni test praznjenja akumulatorja s strani inženirjev proizvajalca. Po preizkusu je sistem UPS samodejno sprožil štiri zaporedna 12-urna enakomerna polnjenja, pri čemer je bila vsaka faza ločena z 1-minutnim intervalom, ki se je zaključila 9. junija ob 5:32 zjutraj. Od takrat so baterije ostale v načinu plavajočega polnjenja.
Nadaljnji pregled prvotnih nastavitev baterije UPS je pokazal naslednje:
Življenjska doba baterije je bila nastavljena na 48 mesecev (4 leta), čeprav bi morala biti dejanska pričakovana življenjska doba 12 V baterije 5 let.
Izenačeno polnjenje je bilo nastavljeno na 'omogočeno'.
Omejitev polnilnega toka je bila nastavljena na 10A.
Sprožilec za preklop na izenačeno polnjenje je bil nastavljen na 1 A (sistem bi samodejno preklopil na izenačeno polnjenje, če bi tok plavajočega polnjenja presegel 1 A, čeprav je privzeta vrednost za ta model 0,03C10~0,05C10, kar pomeni, da se izenačeno polnjenje sproži, ko tok plavajočega polnjenja doseže 3–5 A. Vendar je proizvajalčevo vzdrževalno osebje iz neznanih razlogov to prilagodilo na 0,01C10, kar pomeni, da bi se izenačeno polnjenje sprožilo, ko plavajoči polnilni tok doseže 1 A).
Zaščitni čas izenačenega polnjenja je bil nastavljen na 720 minut (izenačeno polnjenje bi se samodejno ustavilo po 12 urah).
3. Analiza vzrokov okvare
Na podlagi zgornjih okoliščin je mogoče proces okvare analizirati na naslednji način:
Obe baterijski skupini tega UPS sistema sta bili v uporabi 4 leta (življenjska doba 12V baterij je 5 let), kapaciteta baterije pa se je bistveno zmanjšala. Pred okvaro pa je bil zunanji videz baterije normalen, brez znakov izbočenja. Nadaljnji pregled zgodovinskih zapisov UPS od 30. januarja 2019 (zapisi pred tem datumom so bili izbrisani) do 6. junija 2020 je pokazal, da je sistem UPS izvedel 12 izenačenih polnjenj, pri čemer najdaljše trajanje ni bilo daljše od 15 minut. To pomeni, da je bilo trajanje izenačenega polnjenja, nastavljenega v sistemu UPS pred vzdrževanjem, relativno kratko, le 15 minut, in kratkotrajno izenačeno polnjenje sistema UPS ne bo povzročilo izbočenja baterij.
Po vzdrževanju in zamenjavi kondenzatorja je bil sistem UPS ponovno zagnan. Kontrolna logika je baterijo prepoznala kot novo priključeno, zato je sprožila 6-minutno enakomerno polnjenje in nato preklopila na plavajoče polnjenje. Vendar je sistem UPS po naslednjem 14-minutnem preizkusu praznjenja samodejno začel enakomerno polnjenje, da popolnoma napolni baterije. Ker so bile baterije v uporabi 4 leta, se je njihova zmožnost notranjega zadrževanja polnjenja poslabšala, zaradi česar je tok plavajočega polnjenja presegel 1 A, kar je sprožilo prag izenačenega polnjenja 1 A, nastavljen v sistemu UPS (privzeta vrednost za ta model je 3 ~ 5 A tok plavajočega polnjenja za sprožitev izenačenega polnjenja, vendar je vzdrževalno osebje iz neznanega razloga to spremenilo na 1 A). Posledica tega je, da je sistem UPS večkrat sprožil enakomerno polnjenje, dokler ga končno ni ustavilo odprto vezje notranje baterije (sicer bi sistem UPS nadaljeval ponavljajoče enakomerno polnjenje, kar bi lahko povzročilo požar skupine baterij). V tem obdobju so bile baterije podvržene štirim neprekinjenim enakomernim ciklom polnjenja v 48 urah (vsak cikel se je vsakih 12 ur zaustavil le za 1 minuto, preden se je nadaljevalo enakomerno polnjenje). Po tako dolgotrajnem enakomernem polnjenju so se baterije sčasoma izbočile in celo odzračevalni ventili so se deformirali.
4. Zaključek
Na podlagi zgornjih opazovanj in analiz so vzroki za okvaro baterije v tem sistemu UPS naslednji:
Neposredni vzrok je bila nepravilna nastavitev parametrov polnjenja sistema UPS, ki je vodila do neprekinjenega izenačenega polnjenja 48 ur z le 1-minutnimi intervali med posameznimi cikli. Celo nove baterije ne bi zdržale tako dolgotrajnega in intenzivnega izenačenega polnjenja, kar v tem primeru vodi do okvare baterije.
Model sistema UPS je zgodnja zasnova s funkcionalnimi omejitvami. Ta starejši model UPS (zasnovan pred 20 leti) ni imel nastavitve 'zaščitni čas izenačenega intervala polnjenja' (druge znamke ta interval običajno nastavijo na 7 dni), kar je povzročilo neprekinjeno več izenačenih ciklov polnjenja.
Učinkovitost baterij se je poslabšala zaradi starosti (4 leta v uporabi), z zmanjšano zmogljivostjo praznjenja in slabim zadrževanjem polnjenja. Pred 6. junijem je bil prag pretvorbe izenačenega v lebdeči naboj nastavljen nerazumno nizko (samo 1 A za 100 Ah baterije). Privzeta vrednost sistema UPS je 3~5A, vendar jo je vzdrževalno osebje nerazložljivo spremenilo na 1A.
Sistem UPS je deloval 14 let, kar je krepko presegel starost njegove razgradnje, zaradi česar so napake pri meritvah neizogibne. Te napake so morda povzročile, da je sistem večkrat sprožil izenačeno polnjenje zaradi netočnega zaznavanja toka.
Na srečo je odprto vezje v eni od baterijskih celic preprečilo sistemu UPS nadaljevanje ponavljajočih se ciklov izenačenega polnjenja po četrtem izenačenem polnjenju, s čimer se je izognila možnosti, da bi se baterije vžgale.
5. Popravni ukrepi za napako
Sanacijski ukrepi vključujejo dva vidika:
Najprej začasno spremenite parametre polnjenja baterije UPS:
Onemogočite nastavitev enakomernega polnjenja v sistemu UPS.
Prilagodite sprožilni tok za preklop s plavajočega polnjenja na izenačeno polnjenje na 3 A (čeprav je 3 A še vedno nekoliko nizek, saj je privzeti minimum 3 A, vendar je bil prej nastavljen na 1 A).
Prilagodite čas zaščite pred izenačenim polnjenjem na 1 uro (prej nastavljen na 12 ur).
Drugič, poslovalnica je obe baterijski skupini zamenjala z rezervnimi baterijami, vendar imajo rezervne baterije kapaciteto le 50 Ah, zato se lahko uporabljajo le za začasne nujne primere. V prihodnje se načrtuje prenos obremenitve z UPS sistema na druge vire napajanja, da bi temeljito rešili vprašanja varnosti napajanja.
Operater letno porabi precejšen znesek za vzdrževanje UPS sistema, kljub temu pa so zaradi malomarnosti in malomarnosti vzdrževalcev celo pomotoma spremenili privzete vrednosti UPS sistema, kar je res neverjetno. Priporočljivo je, da proizvajalec UPS vzdrževanje svojih izdelkov jemlje resno in se v prihodnje izogne tovrstnim osnovnim napakam ter tako izboljša kakovost svojih vzdrževalnih storitev. Medtem se predlaga, da operater posveti več pozornosti tudi kasnejšim vzdrževalnim storitvam, ki jih zagotavlja proizvajalec UPS, in vzpostavi sistem ocenjevanja za stalno izboljšanje varnega in zanesljivega delovanja sistema UPS.
