埕岛油田UPS蓄电池管理维护浅析

杨乾国，孙彭彭，胡志强

（中石化胜利油田分公司海洋采油厂，山东 东营257237）

0 引 言

UPS不间断电源作为海上采油平台自动化系统中的关键设备，在平台失电的情况下保障各种应急处理的命令下达、命令执行及数据反馈中起着重要作用。随着埕岛油田开发规模的不断扩大，海上平台自动化系统中所使用的UPS数量也在不断增加，因此针对UPS的管理工作也显得越来越重要，而判断UPS不间断电源优劣的一项重要指标就是蓄电池的好坏。

UPS供电系统的稳定性、持续性对蓄电池的优劣有极强的依赖性，目前海三生产管理区自动化系统中共有26台UPS不间断电源，每年更换UPS蓄电池的资金约占UPS维护成本的70%左右。因此，在日常的工作中加强对蓄电池的管理维护，一方面可以提高应急状态下UPS供电系统的稳定可靠性，另一方面，可以延长蓄电池的使用寿命，从而降低UPS供电系统的维护成本。

1 铅酸蓄电池工作原理

蓄电池的工作原理从本质上来说是氧化还原反应，放电时化学能转换成电能，充电时电能又转换成化学能。海三生产管理区海上平台所使用的蓄电池均为免维护蓄电池，人们常说的免维护蓄电池正规名称叫做阀控式密封铅酸蓄电池。铅酸蓄电池的正极是二氧化铅，负极是铅，电解质为1．28%的稀硫酸溶液，其放电化学反应为二氧化铅、铅与稀硫酸反应生成硫酸铅和水；其充电化学反应为硫酸铅和水转化为二氧化铅、铅与稀硫酸［1］，如下所示：

Pb（负极）＋PbO2（正极）＋2H2SO4＝2PbSO4＋2H2O（放电反应）

2PbSO4＋2H2O＝Pb（负极）＋PbO2（正极）＋2H2SO4（充电反应）

2 蓄电池管理维护现状

UPS不间断电源对电池有三个基本要求：即蓄电池有足够的端电压；启动瞬间能够输出大电流；满足一定的容量，以保证UPS带负荷的时间。因此，可以通过对这三个方面进行检测，来判断蓄电池的状态。

2．1 离线测量电池端电压

在生产现场，有许多已失效的电池其浮充电压仍然很高，而实际已无法带负荷使用。因此，仅仅测量UPS的浮充端电压无法判定蓄电池是否已经失效，一般要用离线测量电池端电压的方式来进行判断。目前主要采用每三个月对UPS蓄电池进行离线测量端电压，及时掌握蓄电池工作状态。对于12 V电池而言，被测电池的端电压为12 V左右，最低不能低于10．5 V，不足10．5 V的电池即为欠压或已经失效的电池，如果不及时进行更换，久而久之其他电池也跟着报废。

2．2 测量蓄电池容量

传统判别UPS蓄电池容量的方法是将整组蓄电池组脱离供电系统，并上电阻丝恒流放电，然后以最先达到放电终止电压的某一单体蓄电池的放电时间与电流来推算其容量。目前海上采油平台的主要做法是将UPS市电断开，利用HIOKI 3511蓄电池检测仪分别测量每块蓄电池的容量、电压、内阻等数据来判断蓄电池的好坏。另一种方法就是断开UPS市电，使其带负载放电（或接一个电加热器）至某一电压值，记录蓄电池的放电时间，推算蓄电池的容量。该方法的主要缺点如下：

（1）放电时间长，且需要人工测试记录，工作量大；

（2）UPS电池一般装于箱式柜子内，测试工作不容易开展；

（3）电阻丝或加热器笨重且有红热现象，工作量大且不安全；

（4）电池进行深度放电，损害电池使用寿命。

2．3 UPS断电试运，测试蓄电池瞬间输出大电流的特性

一般UPS电源由市电供电转为蓄电池供电的切换时间为4～5 ms左右。一旦市电供电中断，UPS电池必须在4～5 ms时间内输出负载所需的电流。有些失效的蓄电池能够满足端电压和容量的要求，但不能在少于4～5 ms放电电流达到大电流的要求，也是不合格电池。UPS电池瞬间不能输出足够大的电流，一般是由于电池长期没有放电造成的，经常放电或定期放电的UPS电池基本上不存在此问题。目前海三生产管理区主要采取每月进行断电试运UPS，基本上杜绝了UPS不能带负荷的问题。

3 影响蓄电池寿命的因素

阀控铅酸蓄电池在使用时，虽然不用像普通的铅酸蓄电池那样需要人工添加蒸馏水等繁琐的工作，但是在日常工作中，蓄电池的工作环境、安装位置、充放电电流以及放电深度等因素，都会对蓄电池的使用寿命造成很大的影响。

3．1 环境温度和安装方式的影响

蓄电池容易受到外界温度的影响，蓄电池工作的理想环境温度为25℃。温度过高时会产生自放电，温度降低时输出容量会减少。随着温度的降低，0℃时的容量大约下降到额定容量的90%，而在－20℃的时候大约下降到额定容量的80%；环境温度过高，会使电池过充产生气体，电池的容量也会下降。因此，在蓄电池的安装使用过程中，蓄电池应尽可能安装在阴凉、通风的地方，最好选择带有通气孔的蓄电池箱。蓄电池在电池箱内的摆放要注意立正放置，不可有倾斜角度，电池之间端子的连接要牢固。

3．2 充电电流对蓄电池的影响

充电时，如果电流过大会造成过流充电，过流充电会造成电池内部的正负极板弯曲，使极板表面的活性物质脱落，造成电池可供使用容量下降，引起电池变形；电流太小时电池将充不足电，造成电池亏电使用，引起电池过早硫化。电池充电电流一般以电池容量C的倍数来表示，举例来讲，如果电池容量C＝100 Ah，充电电流为0．1C则为0．1×100 A＝10 A。阀控铅酸蓄电池的最佳充电电流为0．1C左右，充电电流不能大于0．3C［2］。因此，充电电流过大或过小都会影响电池的使用寿命。

3．3 放电深度对蓄电池的影响

在电池使用过程中，电池放出的容量占其额定容量的百分比称为放电深度。蓄电池放电深度在10%～20%为浅循环放电；放电深度在30%～50%为中等循环放电；放电深度在60%～80%为深循环放电。深度放电会造成蓄电池内部的极板表面硫酸盐化，导致蓄电池的内阻增大［3］。放电深度的高低和二次电池的充电寿命有很深的关系，当二次电池的放电深度越深，其循环使用次数就越少，充电寿命就越短，因此在使用时应尽量避免深度放电。

4 海上平台蓄电池维护建议

针对目前采取的蓄电池管理维护措施，结合影响蓄电池使用寿命的各项因素，对于海上采油平台UPS蓄电池的管理维护应做好以下几方面的工作。

4．1 改善UPS蓄电池工作环境

埕岛油田位于渤海湾南部海域，海洋环境恶劣，海上采油平台设备房内夏季温度达到45℃以上，冬季降低到5℃以下，温差较大对延长蓄电池的使用寿命有较大影响，因此改善UPS蓄电池工作环境势在必行。在蓄电池的安装使用过程中，需要做好以下几方面工作，一是蓄电池尽量安装在阴凉、通风的地方；二是选择带有较多通气孔的蓄电池箱，保证蓄电池的散热；三是改善设备房内蓄电池的工作环境，尽量在应急配电间内加装空调或轴流风机，减小设备房内冬季与夏季的温差，使蓄电池的工作环境保证在5℃～35℃范围内。

4．2 电池选购时合理选择容量

由影响蓄电池使用寿命的因素中可知，充电电流过大或过小都会影响电池的使用寿命。目前海上采油平台所使用的UPS容量不尽相同，且每台UPS的充电电流是固定的，因此在选择UPS蓄电池的容量时不能千篇一律的选择某种容量的蓄电池，而是应该根据每个平台的UPS容量及充电电流选择合适的蓄电池容量，不可随意变换蓄电池的容量，从而为延长UPS蓄电池使用寿命提供更好的物质基础。

4．3 及时试运UPS，避免深度放电或长时间闲置

阀控铅酸蓄电池的使用寿命与蓄电池的放电深度密切相关，若深度放电会造成电池内部极板表面硫酸盐化，导致电池内阻增大；而长期闲置同样会造成电池的老化、活性下降，大大缩短蓄电池的使用寿命。因此，每3个月必须人为的中断市电，让UPS中蓄电池放电，放电时间以控制在正常放电时间的1／4～1／3为宜。

4．4 加强日常维护保养

电池在使用一定时间后应进行定期检查，如观察其外观是否异常、测量各电池的电压是否平均、检查各蓄电池之间的连接是否牢固、及时清除蓄电池两极的硫酸盐粉状物等。如果长期不停电，电池会一直处于充电状态，这样会使电池的活性变差，因此即使不停电，也需要定期进行放电试验，以便使电池保持活性。每季度需对蓄电池进行内阻测量，一般情况下电池的内阻在10～30 mΩ属正常值，如果电池内阻超过200 mΩ以上必须更换。

［1］ 张瑞明，梁文明．UPS蓄电池维护管理全面解决方案［J］．声屏世界，2007，（7）：72．

［2］ 陈海燕．怎样正确使用和维护铅酸蓄电池［C］．江苏省计量测试学会2006年论文集，2006．

［3］ 陈跃芳，孟允朝．UPS电源蓄电池使用寿命短原因分析及预防措施［C］．中国航海学会航标专业委员会无线电导航学组“2003年会”论文集，2003．