地铁通信电源系统中蓄电池维护保养建议

摘要：本文从地铁通信电源系统蓄电池常见故障分析入手，阐述当前蓄电池日常檢修及维护保养中可能忽视的环节，从而引出新的设备检测、保养建议方案，明确新方案、技术引入蓄电池日常维护保养的必要性。直流假负载智能测试系统可以精确测量各类蓄电池组及UPS设备的输出功率和带载能力，通过自带的分析软件记录整个测试过程的各种数据，并自动生成测试报告反馈设备运行状态。ABM电池管理技术通过对UPS内部充电器的精确控制实现在“需要的时候”对电池进行快速充电，使电池工作在理想的充放电环境之中，从而有效地延长电池的使用寿命。

关键词：蓄电池内阻;直流假负载智能测试系统;智能充放电ABM

引言

随着我国轨道交通行业的迅猛发展，各个城市地下铁交通网络体系的逐渐完善，乘坐地铁，成为了千家万户出行的主要选择。专用通信系统在地铁运营中担任着重要工作，而电源系统为通信各子系统设备提供稳定的电源输入，是地铁专用通信中不可或缺的重要子系统，为通信系统设备稳定运行提供可靠保障。为了确保系统供电的持续性及可靠性，则后备电源系统是必不可少的，一旦市电停止输入或UPS部分设备出现故障，蓄电池组会立刻经逆变器提供给各系统稳定电压，保证通信专业设备不会掉电，并在其放电时间内确保其它系统设备平稳运行。本文将对地铁中蓄电池组的运维方式进行介绍，并通过案例分析适合蓄电池维护的可行性方案。

1系统架构

1.1总体架构

整流器（Rectifier）、逆变器（Inverter）、蓄电池组（Batterypack）、静态开关电路（StaticSwitch）、维护旁路（Maintenancebypass）及侦测控制电路（Detectioncontrolcircuit）组成整个UPS供电系统，负责给通信专业所有交流设备提供交流用电。（如图1）

1.2蓄电池组成

蓄电池组主要由一定数量特定容量的（与当前交流设备总负载功率、所需后备放电时长、逆变器效率、温度等因素有关）蓄电池、蓄电池巡检仪（如图2）、蓄电池网管（如图3）组成。

蓄电池一般处于UPS浮充状态，维护人员通过蓄电池网管时刻监控整组蓄电池运行状态，并于每个季度进行充放电保养。目前南京地铁专网通信系统主要使用选择为武汉非凡电源有限公司提供的FIAMMXL系列阀控式全密封免维护胶体蓄电池，主要有12XL105，12XL175两种。

2设备使用及维护

2.1正常供电模式

在UPS正常供电模式下，交流输入电源由输入开关送至整流器，整流器将输入的交流电源整流成直流电源输出给逆变器，同时给蓄电池进行浮充充电，浮充电压为2.25-2.27V/cell，逆变器将输入的直流电源转换为交流电源，同时将通过滤波后的交流电源供给交流屏负载。

设备正常阶段，蓄电池组由整流器的输出电流持续浮充，处于恒压、低电流的持续充电状态。

2.2市电异常模式

当交流市电无法正常提供稳定电源时，如发生电压不稳、跳电、突波或者电力中断或UPS整流模块发生异常情况时，UPS会自动从正常供电模式转换至蓄电池供电模式。此时蓄电池的直流电由逆变器转换为交流电源，给交流屏负载供电。具体放电时长，由现场交流设备负载总量及蓄电池组总体容量决定，设计放电的后备时长>2h。

2.3蓄电池保养

为了掌握每节蓄电池的性能，提高蓄电池的使用寿命，按照检修规程，每季度需要对蓄电池组人为进行充放电测试，请点施工期间，断开市电主路输入，使UPS从正常供电模式转换至蓄电池供电模式。持续放电1-2小时后，恢复主路输入供电，转为正常供电模式。蓄电池在放电前、中、后时间段内，维护人员均会记录每节蓄电池及整个蓄电池组当时电压，通过数值对比确认蓄电池工作状态性能。

2.4蓄电池故障

蓄电池长期处于浮充状态造成的活性物质钝化、电解液固化;大电流放电或过放电造成极板变形、硫化;设备房温度不达标造成的设备加速老化等问题，会导致蓄电池内阻升高，蓄电池实际容量下降，影响着蓄电池的使用寿命，严重时会导致蓄电池组整体无法工作。

3案例分析

3.1事件经过

3月1日00：28分，供电分公司对翔宇路南站一、二负荷停一路电源，部分三类负荷停电作业，通信专业班组人员在翔宇路南站保障。0：38网管报翔宇路南站UPS通信失败，时钟、广播、视频监视、录音仪、办公自动化设备及PIS设备断电，班组人员现场联系厂家，并现场对UPS开机，负载上电等操作，1：48设备恢复正常。

4.2故障影响

故障导致翔宇路南站UPS通信失败，时钟、广播、视频监视、PIS系统、录音仪、办公自动化设备断电42分钟。

3.3处理经过

00：28供电分公司对翔宇路南站一、二负荷停一路电源，部分三类负荷停电操作。本班组人员在翔宇路南站保障。

0：38网管值班人员报翔宇路南站UPS通信失败，时钟、广播、视频监视、录音仪、办公自动化设备及PIS设备断电。

0：50通信正线班长，通信技术员，班组员工到达现场，经检查，交流配电屏两路市电输入正常，交流配电屏负载空开指示灯全部熄灭。UPS主路输入空开F2和蓄电池空开F1正常闭合，UPS显示关机状态。

1：09现场与UPS厂家取得联系，并对UPS故障现象远程指导，给出结论，可以对UPS进行开机上电操作。

1：15现场人员首先将交流配电屏上所有负载断开，并对UPS各开关位置进行确认，然后尝试给UPS开机。

1：25UPS正常开机，各项数据正常。

1：27现场人员逐一对负载上电，除视频监视系统、PIS系统外，其他设备均恢复正常。

1：32由于视频监视系统和PIS系统负载功率较大，只能分批对各摄像机和AP进行上电，上电后设备正常运行。

1：37广播系统启动失败，车控室综合监控飘红，重启工控机后，故障现象消除，经测试，广播系统正常工作。

1：48报备二调和网管各系统均恢复正常。班组人员保障至9：00。

2：00技术组和厂家人员对UPS告警信息进行查看，发现市电一、二路切换过程中，蓄電池无法正常供电，导致UPS关机。测量UPS蓄电池电阻后，发现第32节蓄电池内阻为59.9mΩ，偏离正常值（≤8.4mΩ）。

3.4原因分析

此次故障由于蓄电池老化导致内阻过高，使得UPS蓄电池组不能正常放电。

4维保优化

4.1温度与浮充电压

由于电解液界面上的电化反应与温度有直接关系，温度（环境）因素对蓄电池充放电性能（容量、电压）、内阻等有一定的影响，从而直接影响蓄电池的使用寿命。电池在过高的温度条件工作寿命会缩短，（如图8）：

图8蓄电池预计工作寿命与工作温度的关系

电池的工作寿命同样还受充电时所选定的浮充电压的影响，温度越高所需浮充电压越小。作为备用电源用途时，建议每单格浮充电压根据型号与安装现场温度不同控制电池的浮充电压，如下图9为25℃时各型号蓄电池建议浮充电压：

由图9可知，XL系列蓄电池在20℃-25℃条件下，浮充电压范围为2.25-2.27V/cell，单节12V蓄电池即为13.5-13.62V/bloc。

所以保持适宜并稳定的设备房温度，设定好相应的浮充电压对当前模式运行下的蓄电池寿命会有一定的提高。

4.2仪器的使用

由于蓄电池巡检仪采集信息存在少许偏差，或者在蓄电池停止浮充时存在一定影响，无法及时发现每节蓄电池状态性能，导致蓄电池组未能及时工作，在市电不稳定或逆变器故障时候会引起UPS关机，设备房内交流设备断电。

所以在市电切换、蓄电池保养前，需要使用专业的内阻测试仪、直流假负载，对蓄电池性能，整组蓄电池输出状态进行模拟，确认好设备状态，避免对通信设备造成不必要的影响。

4.3智能充放电ABM

与传统的恒功率充电式电池管理技术不同，ABM电池管理技术通过对UPS内部充电器的精确控制实现在”需要的时候”对电池进行快速充电，在“不需要”时降低充电电流甚至完全关闭充电器，使整个电池组的管理处于充电、浮充、休眠三段式循环充放电过程之中。在ABM过程中，“浮充”过程只占据整个电池组充放电管理的少量时间，有效地减少了”浮充”电流对电池寿命的影响，使电池工作在理想的充放电环境之中，从而有效地延长电池的使用寿命。

ABM是个非常有价值的特点。在以下情况时控制、开始充电：

（1）开动设备时

（2）未充电长达18天后

（3）如开放电池电压低于预定电压水平

经大量的应用实践证明，在相同的工作环境下，长期使用ABM电池管理技术对电池进行管理，将会比传统的电池管理技术有效地延长电池的使用寿命50%以上。

5结束语

在轨道交通运输行业通信电源系统是通信系统的心脏，后备电源又是电源系统的后备保障，因此后备电源的稳定和有效是确保通信畅通的必要条件。只有从主观上足够重视，并创造良好的客观运行环境，做到管理专业化、制度化，设备、技术先进化，操作、维护现代化，才能保证通信电源系统和轨道交通通信系统的安全生产运行，确保专网通信的可靠畅通，服务于轨道交通运输安全生产。

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作者简介：喻玺;男;1987年10月生;南京地铁运营有限责任公司通信技术管理、工程师。