Phân tích lỗi pin UPS trong một trung tâm dữ liệu internet

Sức mạnh của vị trí viễn thông được coi là máu của mạng viễn thông, trong khi pin được coi là hồ chứa máu của nó, bảo vệ hoạt động trơn tru của mạng. Tuy nhiên, bảo trì pin luôn là một khía cạnh đầy thách thức. Với các nhà sản xuất liên tục giảm giá sau khi mua sắm tập trung, chất lượng của pin đã giảm đáng kể. Mỗi năm, hơn 70% các lỗi hệ thống điện viễn thông được quy cho các vấn đề về pin, khiến việc bảo trì pin trở thành cơn đau đầu cho nhân viên bảo trì. Bài viết này cung cấp một phân tích về các nguyên nhân chính của sự cố pin, có thể đóng vai trò là một tài liệu tham khảo hữu ích cho những người khác.

1. Tổng quan về Thiết bị Điện tại chỗ

Thiết bị điện tại chỗ bao gồm hai đơn vị UPS 40kVA từ một thương hiệu quốc tế nổi tiếng. Pin đã được cài đặt vào năm 2016. Dưới đây là thông tin chi tiết:

Thông tin UPS	Thông tin về pin
Thương hiệu & Mô hình: Thương hiệu quốc tế UPS UL33	Thương hiệu & Mô hình: 12V 100Ah
Cấu hình: 40 kVa, 2 đơn vị trong một hệ thống song song, mỗi đơn vị có tải khoảng 5 kW	Số lượng pin: 30 ô mỗi nhóm, 2 nhóm, tổng cộng 60 ô
Ngày vận hành: 2006 (10 năm phục vụ)	Ngày vận hành: 2016 (5 năm phục vụ)

Vào ngày 6 tháng 6, nhà sản xuất UPS đã thực hiện bảo trì thường xuyên, thay thế các tụ điện AC và DC (5 năm phục vụ) và người hâm mộ. Trong quá trình thử nghiệm pin (20 phút), người ta thấy rằng hiệu suất xả của pin kém. Dòng phóng điện là 16a, và sau 10 phút xả, điện áp của một số tế bào giảm xuống còn 11,6V, nhưng không có sự phình ra của pin.

Nó đã được tìm thấy rằng cả hai nhóm pin UPS đều có vấn đề phình ra trong quá trình kiểm tra. Sử dụng đồng hồ vạn năng, họ đã đo điện áp gợn sạc pin (được đo bằng cài đặt AC), cao tới 7V (vượt xa tiêu chuẩn bảo trì). Do đó, ban đầu họ nghi ngờ rằng các tụ điện lọc DC được thay thế bởi các kỹ sư của nhà sản xuất UPS bị lỗi, gây ra điện áp gợn quá mức trên xe buýt DC của UPS, dẫn đến phình pin.

2. Tình huống thất bại tại chỗ

Vào ngày 22 tháng 7, nhóm nghiên cứu của Viện nghiên cứu đã tiến hành kiểm tra an toàn tại một văn phòng chi nhánh. Họ phát hiện ra rằng pin của các hệ thống UPS trên tầng 5 của một tòa nhà bị phồng lên nghiêm trọng. Nếu có sự cố mất điện từ lưới điện, người ta sợ rằng pin không thể xả đúng cách, có khả năng dẫn đến một tai nạn. Do đó, họ ngay lập tức khuyến nghị nhân viên bảo trì của chi nhánh liên hệ với các kỹ sư của nhà sản xuất để sắp xếp một phiên điều tra tại chỗ và điều tra tại chỗ với cả ba bên vào chiều hôm sau.

Phình ra của pin 12V

Vào chiều ngày 23 tháng 7, ba bên đã đến tại chỗ. Sau khi kiểm tra, cả hai đơn vị UPS đều được tìm thấy hoạt động bình thường, với điện áp nổi xấp xỉ 404V cho pin (phù hợp với các tham số đã đặt). Các kỹ sư của nhà sản xuất đã sử dụng đồng hồ vạn năng (độ chính xác cao) của Fluke 287C để đo điện áp gợn sạc pin, khoảng 0,439V. Một máy đo kẹp Fluke 376 (độ chính xác thấp hơn) đo được khoảng 0,4V. Kết quả từ cả hai dụng cụ đều tương tự nhau và nằm trong phạm vi điện áp gợn điển hình cho thiết bị (thường là dưới 1% điện áp xe buýt). Điều này chỉ ra rằng các tụ điện DC được thay thế đã tuân thủ và hoạt động bình thường. Do đó, lý thuyết nghi ngờ trước đây rằng sự thay thế tụ điện đã gây ra điện áp gợn quá mức và sự phình ra của pin đã bị loại trừ.

Multimeter: 0,439V

Máy đo kẹp: Khoảng 0,4V

Một đánh giá về các hồ sơ lịch sử của hệ thống UPS cho thấy, vào ngày 6 tháng 6, cả hai đơn vị UPS đã trải qua thử nghiệm xả pin 15 phút. Sau khi khôi phục công tắc nguồn chính, sạc cân bằng 6 phút đã được thực hiện, sau đó là bài kiểm tra xả pin 14 phút bởi các kỹ sư của nhà sản xuất. Sau khi thử nghiệm, hệ thống UPS tự động bắt đầu bốn khoản phí cân bằng 12 giờ liên tiếp, với mỗi pha được phân tách bằng khoảng 1 phút, kết thúc lúc 5:32 sáng ngày 9 tháng 6, kể từ đó, pin vẫn ở chế độ sạc nổi.

Kiểm tra thêm các cài đặt pin UPS gốc được tiết lộ như sau:

• Thời lượng pin được đặt thành 48 tháng (4 năm), mặc dù tuổi thọ thực tế của pin 12V nên là 5 năm.

• Sạc cân bằng được đặt thành 'Đã bật. '

• Giới hạn hiện tại điện tích được đặt thành 10A.

• Trình kích hoạt để chuyển sang sạc cân bằng được đặt thành 1A (hệ thống sẽ tự động chuyển sang sạc cân bằng nếu dòng điện điện tích vượt quá 1A, mặc dù giá trị mặc định cho mô hình này là 0,03c10 ~ 0,05c10, tuy nhiên, các lý do đã được kích hoạt khi điện tích. được kích hoạt khi dòng điện tích nổi đạt 1A).

• Thời gian bảo vệ sạc cân bằng được đặt thành 720 phút (sạc cân bằng sẽ tự động dừng sau 12 giờ).

3. Phân tích sự thất bại gây ra

Dựa trên các trường hợp trên, quá trình thất bại có thể được phân tích như sau:

• Hai nhóm pin của hệ thống UPS này đã được sử dụng trong 4 năm (tuổi thọ của pin 12V là 5 năm) và dung lượng pin đã giảm đáng kể. Tuy nhiên, trước khi thất bại, ngoại hình bên ngoài của pin là bình thường, không có dấu hiệu phình ra. Một đánh giá thêm về các hồ sơ lịch sử UPS từ ngày 30 tháng 1 năm 2019 (hồ sơ trước ngày này đã được xóa) đến ngày 6 tháng 6 năm 2020, cho thấy hệ thống UPS đã thực hiện 12 lần sạc cân bằng, với thời gian dài nhất không quá 15 phút. Điều này chỉ ra rằng thời gian sạc cân bằng được đặt trong hệ thống UPS trước khi bảo trì tương đối ngắn, chỉ 15 phút và sạc cân bằng ngắn hạn của hệ thống UPS sẽ không khiến pin bị phồng.

• Sau khi bảo trì và thay thế tụ điện, hệ thống UPS đã được khởi động lại. Logic điều khiển đã xác định pin là mới được kết nối, vì vậy nó đã bắt đầu sạc cân bằng 6 phút và sau đó chuyển sang điện tích nổi. Tuy nhiên, sau khi thử nghiệm xả 14 phút tiếp theo, hệ thống UPS tự động bắt đầu sạc cân bằng để sạc lại hoàn toàn pin. Do các pin được sử dụng trong 4 năm, khả năng duy trì điện tích nội bộ của chúng đã giảm, khiến dòng điện nổi vượt quá 1A, kích hoạt ngưỡng sạc cân bằng 1A được đặt trong hệ thống UPS (giá trị mặc định cho mô hình này là 3 ~ 5A FLOAT Dòng điện tích kích hoạt. Điều này dẫn đến hệ thống UPS liên tục bắt đầu sạc cân bằng cho đến khi một mạch mở pin bên trong cuối cùng đã dừng nó (nếu không, hệ thống UPS sẽ tiếp tục sạc cân bằng lặp đi lặp lại, điều này có thể dẫn đến nhóm pin bắt lửa). Trong giai đoạn này, pin đã trải qua bốn chu kỳ sạc cân bằng liên tục trong hơn 48 giờ (mỗi chu kỳ dừng chỉ trong 1 phút mỗi 12 giờ trước khi tiếp tục sạc cân bằng). Sau khi sạc cân bằng kéo dài như vậy, pin cuối cùng đã bị phồng lên, và thậm chí các van thông hơi cũng bị biến dạng.

4. Phần kết luận

Dựa trên các quan sát và phân tích trên, các nguyên nhân của sự cố pin trong hệ thống UPS này như sau:

• Nguyên nhân trực tiếp là cài đặt không phù hợp của các tham số sạc của hệ thống UPS, dẫn đến sạc cân bằng liên tục trong 48 giờ chỉ với khoảng cách 1 phút giữa mỗi chu kỳ. Ngay cả pin mới cũng sẽ không chịu được sạc cân bằng kéo dài và mãnh liệt như vậy, dẫn đến sự cố phồng pin trong trường hợp này.

• Mô hình hệ thống UPS là một thiết kế ban đầu với các giới hạn chức năng. Mô hình UPS cũ này (được thiết kế 20 năm trước) thiếu cài đặt thời gian bảo vệ khoảng thời gian sạc cân bằng '(các thương hiệu khác thường đặt khoảng thời gian này thành 7 ngày), dẫn đến các chu kỳ sạc nhiều cân bằng liên tục.

• Hiệu suất của pin đã bị suy giảm do tuổi (4 tuổi phục vụ), với khả năng xả giảm và khả năng giữ phí kém. Trước ngày 6 tháng 6, ngưỡng chuyển đổi chuyển đổi cân bằng để phát triển được đặt ở mức thấp một cách không hợp lý (chỉ 1A cho pin 100Ah). Giá trị mặc định của hệ thống UPS là 3 ~ 5A, nhưng nhân viên bảo trì đã sửa đổi nó thành 1A.

• Hệ thống UPS đã hoạt động trong 14 năm, vượt quá tuổi ngừng hoạt động, khiến cho các lỗi đo lường không thể tránh khỏi. Những lỗi này có thể đã khiến hệ thống liên tục bắt đầu sạc cân bằng do phát hiện dòng điện không chính xác.

• May mắn thay, một mạch mở trong một trong các tế bào pin đã ngăn chặn hệ thống UPS tiếp tục các chu kỳ sạc cân bằng lặp đi lặp lại sau khi sạc cân bằng thứ tư, do đó tránh được khả năng của pin để bắt lửa.

5. Các biện pháp khắc phục cho sự thất bại

Các biện pháp khắc phục bao gồm hai khía cạnh:

Đầu tiên, tạm thời sửa đổi các thông số sạc pin UPS:

• Vô hiệu hóa cài đặt sạc cân bằng trong hệ thống UPS.

• Điều chỉnh dòng kích hoạt để chuyển từ điện tích nổi sang sạc cân bằng sang 3A (mặc dù 3A vẫn còn hơi thấp, vì mức tối thiểu mặc định là 3A, nhưng trước đó nó đã được đặt thành 1A).

• Điều chỉnh thời gian bảo vệ sạc cân bằng thành 1 giờ (trước đó được đặt thành 12 giờ).

Thứ hai, văn phòng chi nhánh đã thay thế hai nhóm pin bằng pin dự phòng, nhưng pin dự phòng chỉ có dung tích chỉ 50 AH, vì vậy chúng chỉ có thể được sử dụng cho mục đích khẩn cấp tạm thời. Có kế hoạch chuyển tải từ hệ thống UPS sang các nguồn năng lượng khác trong tương lai, để giải quyết triệt để các vấn đề an toàn cung cấp năng lượng.

Nhà điều hành dành một số tiền đáng kể hàng năm cho các dịch vụ bảo trì cho hệ thống UPS, nhưng do sự bất cẩn và bất cẩn của nhân viên bảo trì, họ thậm chí còn sửa đổi các giá trị mặc định của hệ thống UPS, điều này thực sự không thể tin được. Chúng tôi đề nghị rằng nhà sản xuất UPS thực hiện việc bảo trì các sản phẩm của họ một cách nghiêm túc và tránh mắc phải những sai lầm cơ bản như vậy trong tương lai, cải thiện chất lượng dịch vụ bảo trì của họ. Trong khi đó, ý kiến ​​cho rằng nhà điều hành cũng chú ý hơn đến các dịch vụ bảo trì tiếp theo do nhà sản xuất UPS cung cấp và thiết lập một hệ thống đánh giá để liên tục cải thiện hoạt động an toàn và đáng tin cậy của hệ thống UPS.