Sức mạnh của trạm viễn thông được coi là máu của một mạng viễn thông, còn pin được coi là bể chứa máu, bảo vệ cho mạng hoạt động thông suốt. Tuy nhiên, việc bảo trì pin luôn là một khía cạnh đầy thách thức. Với việc các nhà sản xuất liên tục hạ giá sau khi thu mua tập trung, chất lượng pin đã giảm sút đáng kể. Hàng năm, hơn 70% sự cố hệ thống điện viễn thông là do vấn đề về pin, khiến việc bảo trì pin trở thành vấn đề đau đầu của nhân viên bảo trì. Bài viết này đưa ra phân tích về các nguyên nhân chính gây ra lỗi pin, có thể dùng làm 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 bộ UPS 40kVA của thương hiệu nổi tiếng quốc tế. Pin được lắp vào năm 2016. Dưới đây là thông tin chi tiết:
Thông tin UPS |
Thông tin về pin |
Thương hiệu & Model: UPS thương hiệu quốc tế UL33 |
Thương hiệu & Model: 12V 100Ah |
Cấu hình: 40 kVA, 2 tổ máy trong hệ thống song song, mỗi tổ có tải khoảng 5 kW |
Số lượng pin: 30 cell/nhóm, 2 nhóm, tổng cộng 60 cell |
Ngày vận hành: 2006 (10 năm phục vụ) |
Ngày vận hành: 2016 (5 năm phục vụ) |
Ngày 6/6, nhà sản xuất UPS đã thực hiện bảo trì định kỳ, thay thế các tụ điện AC và DC (đã hoạt động 5 năm) và quạt. Trong quá trình thử nghiệm xả pin (20 phút), người ta nhận thấy hiệu suất xả của pin kém. Dòng phóng điện là 16A, sau 10 phút phóng điện, điện áp của một số tế bào giảm xuống 11,6V, nhưng không quan sát thấy pin bị phồng lên.
Người ta phát hiện cả hai nhóm pin UPS đều có vấn đề về độ phồng trong quá trình kiểm tra. Bằng cách sử dụng đồng hồ vạn năng, họ đo điện áp gợn khi sạc pin (được đo bằng cài đặt AC), cao tới 7V (vượt xa tiêu chuẩn bảo trì). Kết quả, ban đầu họ nghi ngờ các tụ lọc DC do kỹ sư của nhà sản xuất UPS thay thế bị lỗi, gây ra hiện tượng điện áp gợn sóng quá mức trên bus DC của UPS, dẫn đến pin bị phồng.
2. Tình huống lỗi 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 pin của hệ thống UPS trên tầng 5 của một tòa nhà bị phồng nghiêm trọng. Nếu mất điện từ lưới điện, người ta sợ rằng pin có thể không xả đúng cách, có thể dẫn đến tai nạn. Do đó, họ ngay lập tức đề nghị nhân viên bảo trì của chi nhánh liên hệ với các kỹ sư của nhà sản xuất để sắp xếp một buổi điều tra và khắc phục sự cố tại chỗ chung với cả ba bên vào chiều hôm sau.
Pin 12V bị phồng
Chiều 23/7, ba bên đã có mặt tại chỗ. Khi kiểm tra, cả hai bộ UPS đều hoạt động bình thường, với điện áp phao khoảng 404V đối với pin (phù hợp với các thông số đã đặt). Các kỹ sư của nhà sản xuất đã sử dụng đồng hồ vạn năng Fluke 287C (độ chính xác cao) để đo điện áp gợn khi sạc pin, xấp xỉ 0,439V. Ampe kìm Fluke 376 (độ chính xác thấp hơn) đo được khoảng 0,4V. Kết quả từ cả hai thiết bị đều tương tự nhau và nằm trong phạm vi điện áp gợn sóng điển hình của thiết bị (thường nhỏ hơn 1% điện áp bus). Điều này cho thấy các tụ điện DC được thay thế vẫn tuân thủ và hoạt động bình thường. Do đó, giả thuyết bị nghi ngờ trước đây cho rằng việc thay tụ điện gây ra hiện tượng điện áp gợn sóng quá mức và khiến pin bị phồng đã bị loại trừ.
Đồng hồ vạn năng: 0,439V
Đồng hồ kẹp: khoảng 0,4V
Việc xem xét hồ sơ lịch sử của hệ thống UPS cho thấy, vào ngày 6 tháng 6, cả hai bộ phận UPS đều đã trải qua cuộc kiểm tra xả pin kéo dài 15 phút. Sau khi khôi phục công tắc nguồn chính, quá trình sạc cân bằng trong 6 phút được thực hiện, sau đó là bài kiểm tra xả pin trong 14 phút của các kỹ sư của nhà sản xuất. Sau thử nghiệm, hệ thống UPS tự động bắt đầu bốn lần sạc cân bằng liên tục trong 12 giờ, mỗi pha cách nhau 1 phút, kết thúc lúc 5:32 sáng ngày 9 tháng 6. Kể từ đó, pin vẫn ở chế độ sạc thả nổi.
Việc kiểm tra sâu hơn về cài đặt pin UPS ban đầu cho thấy những điều sau:
Tuổi thọ pin được đặt là 48 tháng (4 năm), mặc dù tuổi thọ thực tế của pin 12V phải là 5 năm.
Sạc cân bằng đã được đặt thành 'đã bật.'
Giới hạn dòng sạc được đặt thành 10A.
Bộ kích hoạt để chuyển sang sạc cân bằng được đặt thành 1A (hệ thống sẽ tự động chuyển sang sạc cân bằng nếu dòng sạc phao vượt quá 1A, mặc dù giá trị mặc định của kiểu máy này là 0,03C10~0,05C10, nghĩa là sạc cân bằng được kích hoạt khi dòng sạc phao đạt 3-5A. Tuy nhiên, không rõ lý do, nhân viên bảo trì của nhà sản xuất đã điều chỉnh giá trị này thành 0,01C10, nghĩa là sạc cân bằng sẽ được kích hoạt khi dòng sạc phao 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 nguyên nhân thất bại
Dựa trên các trường hợp trên, quá trình thất bại có thể được phân tích như sau:
Hai nhóm ắc quy của hệ thống UPS này đã được sử dụng được 4 năm (tuổi thọ của ắc quy 12V là 5 năm) và dung lượng ắc quy đã giảm đáng kể. Tuy nhiên, trước khi hư hỏng, hình dáng bên ngoài của pin vẫn bình thường, không có dấu hiệu phồng rộp. Đánh giá sâu hơn về hồ sơ lịch sử của UPS từ ngày 30 tháng 1 năm 2019 (hồ sơ trước ngày này đã bị 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 cho thấy thời lượng sạc cân bằng được đặt trong hệ thống UPS trước khi bảo trì tương đối ngắn, chỉ 15 phút và việc sạc cân bằng trong thời gian ngắn của hệ thống UPS sẽ không làm cho pin bị phồng lên.
Sau khi bảo trì và thay tụ điện, hệ thống UPS đã được khởi động lại. Logic điều khiển xác định pin là mới được kết nối, do đó, nó bắt đầu sạc cân bằng trong 6 phút và sau đó chuyển sang sạc thả nổi. Tuy nhiên, sau lần kiểm tra phóng điện kéo dài 14 phút tiếp theo, hệ thống UPS tự động bắt đầu sạc cân bằng để sạc đầy lại pin. Do pin đã được sử dụng trong 4 năm nên khả năng duy trì điện tích bên trong của chúng đã kém đi, khiến dòng sạc thả nổi vượt quá 1A, kích hoạt ngưỡng sạc cân bằng 1A được đặt trong hệ thống UPS (giá trị mặc định cho model này là dòng sạc thả nổi 3~5A để kích hoạt sạc cân bằng, nhưng vì lý do nào đó, nhân viên bảo trì đã sửa đổi giá trị này thành 1A). Điều này dẫn đến việc hệ thống UPS liên tục bắt đầu sạc cân bằng cho đến khi mạch hở pin bên trong cuối cùng dừng nó lại (Nếu không, hệ thống UPS sẽ tiếp tục sạc cân bằng lặp đi lặp lại, điều này có thể dẫn đến nhóm pin bốc cháy). Trong khoảng thời gian này, pin trải qua bốn chu kỳ sạc cân bằng liên tục trong 48 giờ (mỗi chu kỳ chỉ tạm dừng 1 phút sau mỗi 12 giờ trước khi tiếp tục sạc cân bằng). Sau khi sạc cân bằng kéo dài như vậy, pin cuối cùng bị phồng lên và thậm chí các van thông hơi cũng bị biến dạng.
4. Phần kết luận
Dựa trên những quan sát và phân tích ở trên, nguyên nhân gây ra lỗi ắc quy trong hệ thống UPS này như sau:
Nguyên nhân trực tiếp là do cài đặt thông số sạc của hệ thống UPS không đúng, dẫn đến việc sạc cân bằng liên tục trong 48 giờ với khoảng thời gian chỉ 1 phút giữa mỗi chu kỳ. Ngay cả pin mới cũng không chịu được quá trình sạc cân bằng kéo dài và cường độ cao như vậy, dẫn đến hiện tượng phồng pin trong trường hợp này.
Mô hình hệ thống UPS là một thiết kế ban đầu có những hạn chế về chức năng. Mẫu UPS cũ hơn này (được thiết kế cách đây 20 năm) 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 nhiều chu kỳ sạc cân bằng liên tục.
Hiệu suất của pin đã giảm do tuổi thọ (4 năm sử dụng), khả năng xả giảm và khả năng duy trì điện tích kém. Trước ngày 6 tháng 6, ngưỡng chuyển đổi dòng điện cân bằng thành điện tích nổi được đặt ở mức thấp một cách vô lý (chỉ 1A cho pin 100Ah). Giá trị mặc định của hệ thống UPS là 3~5A, tuy nhiên nhân viên bảo trì đã sửa đổi nó thành 1A một cách khó hiểu.
Hệ thống UPS đã hoạt động được 14 năm, đã quá tuổi ngừng hoạt động nên khó tránh khỏi sai sót trong đo lường. 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, mạch hở ở một trong các tế bào pin đã ngăn hệ thống UPS tiếp tục các chu kỳ sạc cân bằng lặp đi lặp lại sau lần sạc cân bằng thứ tư, do đó tránh được khả năng pin bắt lửa.
5. Các biện pháp khắc phục sự cố
Các biện pháp khắc phục bao gồm hai khía cạnh:
Đầu tiên, tạm thời sửa đổi các thông số sạc pin của UPS:
Tắt cài đặt sạc cân bằng trong hệ thống UPS.
Điều chỉnh dòng kích hoạt để chuyển từ sạc thả nổi sang sạc cân bằng thành 3A (mặc dù 3A vẫn 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 (được đặt trước đó là 12 giờ).
Thứ hai, văn phòng chi nhánh đã thay thế 2 nhóm pin bằng pin dự phòng, tuy nhiên pin dự phòng chỉ có dung lượng 50 Ah nên chỉ dùng cho mục đích khẩn cấp tạm thời. Có kế hoạch chuyển tải từ hệ thống UPS sang các nguồn điện khác trong thời gian tới, nhằm giải quyết triệt để vấn đề an toàn cung cấp điện.
Nhà điều hành chi một khoản đáng kể hàng năm cho dịch vụ bảo trì hệ thống UPS, nhưng do sự sơ suất, bất cẩn của nhân viên bảo trì, họ thậm chí còn sửa nhầm giá trị mặc định của hệ thống UPS, điều này thực sự khó tin. Nhà sản xuất UPS khuyến nghị nhà sản xuất UPS nên thực hiện nghiêm túc việc bảo trì sản phẩm của mình và tránh mắc phải những lỗi cơ bản như vậy trong tương lai, từ đó nâng cao chất lượng dịch vụ bảo trì của họ. Đồng thời, nhà điều hành cũng nên chú ý hơn đến các dịch vụ bảo trì tiếp theo do nhà sản xuất UPS cung cấp và thiết lập hệ thống đánh giá để liên tục cải thiện khả năng vận hành an toàn và đáng tin cậy của hệ thống UPS.
