UPS蓄电池组全寿命周期运行质量控制研究

曹智，张宇，王飞，郭志军

（1.国网辽宁省电力有限公司信息通信分公司，辽宁沈阳111000；2.辽宁邮电规划设计院有限公司，辽宁沈阳111000）

UPS蓄电池组全寿命周期运行质量控制研究

曹智1，张宇1，王飞1，郭志军2

（1.国网辽宁省电力有限公司信息通信分公司，辽宁沈阳111000；2.辽宁邮电规划设计院有限公司，辽宁沈阳111000）

通过对各地公司在运UPS电源系统的技术参数、制作工艺、安装方式、运维模式等指标进行实地调研和分析，从而研究了影响UPS蓄电池组使用寿命的因素，为今后提升蓄电池组的运行可靠性、稳定性和使用寿命提供了参考。

UPS；蓄电池组；运行；维护

1 UPS电源

在电力行业信息系统机房中，供电是一个非常关键的问题，不可靠的供电会影响机房内信息设备的工作效率，造成数据传输的错误，影响正常的通信功能，对电力系统的安全运行造成极大的影响。电力行业信息机房中常见的电源问题有：市电中断、电压下陷、电压突波、低或高电压等几种类型。这些问题可造成信息设备内部组件损坏、寿命减短以及数据流失与损坏等严重后果。不间断电源（UPS），在市电电源中断时，可立即通过蓄电池逆变出交流电给机房内用电设备供电，从而保证了这些设备工作的连续性与可靠性，极大的保证了电力系统运行的安全性、可靠性[1]。

1.1 UPS电源的组成及工作方式

UPS主要由整流器、储能装置、逆变器和静态开关等几部分组成。其中储能装置由若干蓄电池组串并联而成，在市电正常工作时可将电能转换为化学能储存在蓄电池内部，当市电中断时，将化学能转换为电能提供给逆变器，为负载供电。UPS按工作方式可分为在线式和后备式，在线式图1所示、后备式图2所示：其中在线式UPS的逆变器始终处于工作状态，保证无间断输出，适合对供电要求较高的场合，但成本较高；后备式UPS在停电时通过转换开关转为电池逆变器供电，结构简单，成本低，但有切换时间。

图1 在线式UPS电源工作方式示意图

图2 后备式UPS电源工作方式示意图

1.2 UPS电源的作用

UPS对于保证信息设备的供电可靠性有着至关重要的作用。一方面，UPS能够在市电中断等应急情况下维持设备供电，防止突然断电给用电设备造成损害；另一方面，UPS具有改善电能质量的作用，市电输入的电能经过整流器后输入逆变器，然后通过逆变器对负载供电，这样就起到了市电和负载的隔离作用，消除市电上的电涌、噪声，防止电压、频率的偏移对负载造成损坏，为用电设备提供高质量的电能。

2 影响UPS蓄电池组寿命的因素

一般情况下，UPS蓄电池组的寿命由电池的充放电次数决定。而其它外部因素，如放电电流的大小、电池所处环境温度的高低等，均会对电池的使用寿命产生影响。一般认为，当电池的实际容量低于标称容量的80%时，电池寿命终止，需要更换新的蓄电池组。影响蓄电池组寿命的主要因素如下[2]。

1）环境温度。蓄电池组对温度是十分敏感的。通常铭牌上标注的额定输出容量是25℃（77 F）时的数据，当环境温度改变时，蓄电池组的容量也将随之改变，而过高或过低的环境温度，也将很大程度上影响蓄电池组的使用寿命。一般情况下，蓄电池组要求的环境温度应控制在20℃～25℃之间。过高的环境温度会使蓄电池组的浮充电流增大，内部温度升高，失水速度过快。一般认为，温度每升高10℃，蓄电池组的寿命将减小一半。同样的，当机房温度过低时，每降低10℃，蓄电池组的寿命也将减小一半。可以看出，温度是影响蓄电池组寿命的关键因素。所以，信息机房的电池室内应安装空调设备，控制机房环境温度，保证蓄电池组在合适的温度条件下运行。但实地调研中发现，很多地区的空调设备已经损坏却长期无人修理，导致机房内环境温度偏高，蓄电池组及其它设备运行环境恶劣，寿命受到很大影响。

2）放电电流的大小。放电电流的大小主要与负载电流的大小有关。若蓄电池组的放电电流过大，将导致内部极板表面的硫酸盐融化，在电解质内部形成硫酸铅晶体沉淀，堵塞极板隔板微孔，使电池内阻增大，充电困难；若蓄电池组的放电电流过小，会降低电池内部的饱和度，使生成的晶体核少、结晶沉淀速度慢、充电困难，蓄电池组长时间亏电，缩短使用寿命。一般情况下，在线式UPS选取额定功率70%～80%的负载量，后备式UPS选取额定功率60%～70%的负载量。但在实际中发现，许多地市单位在项目前期未与设计单位做好沟通工作，用电负荷估算出现偏差或者远期预留量考虑过大，导致蓄电池组放电电流较小；有些地区在机房新增设备的同时，并未考虑蓄电池组的增容，导致UPS负载率过高，放电电流较大。

因此，在项目前期，建设单位应与设计人员做好沟通工作，合理估算用电负荷；在机房设备增容改造的同时，应注意蓄电池组容量同步增加，保证UPS蓄电池组的放电电流在合理的范围内。

3）蓄电池状态。在供电质量较高的地区，很少发生停电事故，UPS蓄电池组长期与市电连接，处于浮充状态。若长期处于浮充状态，会使蓄电池组的内阻增大，化学能与电能相互转换的活性降低，加速老化，缩短使用寿命。所以对于那些在很少停电的环境中使用的蓄电池，应每隔2～3个月有意关掉市电，让蓄电池组处于放电状态，这样才能延长蓄电池组的使用寿命。实际运行中，相关维护人员往往忽视了这一点，使电池长期处于浮充状态，寿命受到很大影响[3]。

4）运行环境。UPS蓄电池组要求室内清洁、少尘，并防止阳光直射。特别是在气候干燥的地区，空气中尘粒较多，遇到空气潮湿时会引起主机控制紊乱，并使蓄电池组散热不佳。因此，UPS蓄电池组的防尘和定期除尘显得十分重要。但经过实地调研后发现，很多机房内的蓄电池组是裸露放置在电池架上，并缺少相关维护人员的除尘工作，导致蓄电池组各连接件和插接件之间沾满灰尘和污垢；有些蓄电池组直接摆放在窗边，受阳光直射，温度很高，运行条件十分恶劣，随之寿命受到很大影响。

3 结语

在项目前期考虑机房建设规模与远期发展时，应做好机房负荷的预测工作，合理设计蓄电池组的容量，保证蓄电池组的放电电流在合理范围内；在日常运行中，应分清资产管理责任界面，加强对维护人员的培训与管理，做好对UPS电源的除尘与维护工作；对于长期处于浮充状态的蓄电池组，应定期对电池进行充放电，确保其时刻处于良好状态。只有这样，才能有效提升电池组运行的可靠性、稳定性和使用寿命，减少UPS电源系统事故，增强信息系统设备运行的安全性、可靠性。

[1]李考明.UPS电源系统的维护与管理[J],通信电源技术,2011(1): 69-70.

[2]万康,白永磊.浅谈变电站的UPS设备[J].天津电力技术,2007(1): 41-42.

[3]王俊杰,郭天艳，不间断电源（UPS）的功能、原理及维护[J].中国新通信,2013(5):48-51.

（编辑：刘楠）

Research on the Quality Control of theWhole Life Cycle of UPSBattery

Cao Zhi1,Zhang Yu1,Wang Fei1,Guo Zhijun2
(1.State Grid Liaoning Electric Power Co.,Ltd.,Shenyang Liaoning 111000;2.Liaoning Post and Telecommunications Planning and Design Institute Co.,Ltd.,Shenyang Liaoning 111000)

This paper analyzes the technical parameters,around the city of company in the UPS power system production process, installationmode,operationmode of investigation,the effectof UPSbattery service life factors,make guidance for the reliability,stability and lifetime of the battery in the future upgrade.

UPS;battery;operation;maintenance

TN86

A

2095-0748(2016)20-0062-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.20.27

2016-10-01

曹智（1983—），男，辽宁沈阳人，本科，毕业于北京工业大学，工程师，研究方向：信息计划管理。