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UPS故障的主要原因，指出了影響UPS電池使用壽命的幾種因素，提出了UPS電池的正確使用方法以及維護措施，延長了電池的使用壽命，同時提高了UPS運行的可靠性。
關鍵詞：電池 壽命 使用維護
1 前言
UPS作為石化生產裝置儀表(特別是DCS)的電源，其可靠性對生產裝置的安全穩定運行起到至關重要的作用。但近幾年來，很多企業的UPS均或多或少地出現了可靠性的問題，UPS出現故障而中斷對儀表的供電，導致生產事故頻繁發生。由于各種原因，石化企業所選用的UPS品種繁多，技術標準各異，出現故障的類型不盡相同，通過對本廠98年以來UPS故障進行統計,UPS非電池部分故障只占總故障的36.4%，屬于用戶無法控制的，而電池故障占據了總故障的63.6%，不難發現電池故障已經成為UPS的主要故障，直接威脅到UPS供電的可靠性。
2 影響電池使用壽命的因素
目前UPS使用的電池基本上為免維護鉛酸蓄電池,其浮充使用設計壽命一般可達7～15年。不同的生產廠家由于所使用的材料純度不同等原因，其設計壽命有較大的差別，zui長的設計壽命可達20年[1]。
免維護鉛酸蓄電池的使用壽命[2]與放電次數、放電深度、工作溫度、浮充電壓以及放電電流等有著直接的關系。
2.1 放電深度與放電次數
反復地大量放出蓄電池電量(深放電)將縮短電池壽命，壽命與放電深度和放電次數的關系可用圖2.1表示。
2.2工作溫度
蓄電池浮充使用時的充電電壓與環境溫度有關,如圖2.2所示。當環境溫度高時，充電電壓應降低，以防止造成過充電;當環境溫度低時，充電電壓應提高，以防止充電不足。
蓄電池的使用壽命受環境溫度的影響很大，當溫度升高時，充電電流將增大，蓄電池中的極板受硫酸的腐蝕加劇而影響其壽命;在低溫充電時，將產生輕氣，使內壓增高，電解液減少，電池壽命將縮短。蓄電池可以在-20℃--+50℃內使用，有效的工作溫度為5-35℃，*的使用溫度為15-25℃。蓄電池使用壽命和溫度的關系如圖2.3所示。
浮充使用是免維護蓄電池的*運行條件。運行時，蓄電池處于滿荷電狀態，在此條件下運行，蓄電池將具有*的使用壽命和性能。浮充使用時的充電方式一般采用恒壓限流方式。充電電壓必須保持某一特定值，以保證：①在該電壓下，充入的電量足以補償蓄電池因自放電而損失的電量，使蓄電池長期處于充足電狀態;②在該電壓下，蓄電池因過充電而造成的損壞達到zui低的程度。圖2.4表示浮充電壓與浮充使用壽命之關系。
如果電池長期處于過充狀態，將加速電池板柵腐蝕和活性物質松動，并且可伴有電解液干枯的危險;如果浮充電壓過低，又會因為蓄電池充電不足，使電池極板硫化而縮短其壽命。
2.4 放電電流
為了延長蓄電池的使用壽命，蓄電池的放電終止電壓與放電電流的關系，應嚴格按表2.1控制，以免產生過放電;蓄電池放電后應立即進行充電，以利于延長蓄電池的使用壽命。
表2.1放電電流與放電終止電壓的關系
放電電流(A) 平均終止電壓(V/單元)
0.1C10及以下或間歇放電 10.8
0.2C10 10.5
0.5C10 10.2
0.7C10 9.6
0.7-3.0C10 9.0
3.0C10以下 7.8
3 電池的正確使用
3.1 電池的保存
蓄電池的保存很重要,一般以荷電態保存[3]。在保存期內會因自放電而使電池的容量降低,一般電池容量下降到50%時必須進行一次充電。圖3.1為蓄電池自放電和溫度的關系。
3.2 充電器是關鍵
免維護蓄電池使用狀態的好壞,關鍵取決于電池的充電設備—充電器[4]。為了使蓄電池達到*的使用壽命，配套充電器必須達到以下要求：
⑴ 穩壓精度≤1%;
⑵ 穩流精度≤2%;
⑶ 紋波系數≤2%;
⑷ 過流、過壓、欠壓自動報警;
⑸ 具有恒流恒壓—均衡充電—浮充電自動轉換功能;
⑹ 具有溫度補償功能，可根據環境溫度變化調整電壓，保證電池達到*充電狀態。
3.3 電池的安裝
⑴ 安裝前應仔細閱讀說明書,并逐只檢查電池有無損壞,電壓是否正常。
⑵ 蓄電池可任何方向安裝使用，但不能倒置，安裝時嚴格按串并聯線路進行連接，決不能連錯或反極。
⑶ 蓄電池端子連接排等所有接觸面應用砂紙或鐵刷清除氧化膜和污物，減少接觸電阻，避免發熱。
⑷ 連接電纜應盡可能縮短，不能只考慮容量輸出來選擇電纜的大小規格，電纜的選擇應考慮不能產生過多電壓降。
⑸ 為了達到要求的電池容量，電池足可以進行并聯，連接的導線應盡可能短，力求電壓降小。
⑹ 不能把不同容量、不同性能或新舊不同的電池連接在一起使用。
⑺ 蓄電池應有良好的通風環境。
⑻ 蓄電池串聯后電壓較高，存在著電擊的危險，因此連接導線時應使用絕緣工具。
⑼ 蓄電池與充電器或負載連接前，電池開關應置于斷開位置，同時電池的極性要與充電器或負載的極性對應。
3.4 運行前要充足電
免維護蓄電池一般以荷電態出廠,若長期擱置后使用,應首先對電池進行充電,彌補電池的自放電損失。
3.5 運行前的檢查
⑴ 正確連接電池的正負極,保證電池接線無誤。
⑵ 電池有無漏液破損現象。
⑶ 檢查每只電池的端電壓。
4 電池的維護
4.1 建立電池供貨商與用戶共同維護機制
多年以來石化企業所用電池品種繁雜，質量參差不齊，特別是近幾年來國內電池廠家劇增，仿冒產品層出不窮，有時真假難辯，很多假貨進廠，給維護帶來相當大的難度，電池故障明顯增多，經過研究討論決定建立電池供貨商與用戶共同維護機制，具體措施如下。
*、經過運行比較選擇運行可靠、使用壽命穩定的一種電池作為UPS使用*備選電池。這樣可減少維護難度。
第二、選擇上述電池代理商三家，采取競標方式zui終選擇一家作為備選電池代理商，并與之簽訂供貨、維護協議，內容應包括：
⑴ 保證電池使用壽命。質保期間若出現電池損壞，供貨商負責免費更換，保證運行。
⑵ 運行期間若出現因電池質量問題引起的UPS故障，已影響生產，供貨商應承擔一定的賠償義務。
⑶ 供貨商與用戶共同研究制定電池的相關維護措施，明確各自的維護范圍。
⑷ 上述協議應征得物裝公司的同意，進而保證協議的可操作性。
通過上述措施，可以保證電池的質量、使用壽命，電池的維護量相對降低，UPS的可靠性進而得到提高。
4.2 維護措施
4.2.1 運行時的檢查
⑴ UPS列入班組巡檢內容，每天進行一次檢查，發現問題及時反應，并做好記錄。
⑵ 電池組正常運行時，應保持外部清潔，無塵埃，無導電性污染。
⑶ 電工車間每月測一次電池單體電壓及終端電壓，檢查一下外觀有無異常變形、漏液或發熱，發現問題應及時處理，并保持完整的運行紀錄。
⑷ 每年應檢查一次連接導線是否牢固、有腐蝕，若松動應擰緊，腐蝕應更換。
4.2.2 常規維護
⑴ 建立UPS電池的維護管理檔案。
⑵ 制定完善UPS電池的充放電管理制度。
⑶ 每年以實際負荷作一次放電，放電應保持電流穩定，放出額定容量的30%左右(以0.1C放電3小時),放電每小時應測一次電壓(單體積電池組)、放電電流、溫度，放電后應進行均衡充電后轉浮充運行。
⑷ 出現以下情況應對電池進行均衡充電：
個別單體電池電壓低于13V。
b.停電擱置超過三個月。
c.放電后24小時未及時充電
d.過流放電(電流大于規定20%)、過電量放電(超過額定容量10%)應立即進行均衡充電。
4.3 安裝電池在線監測管理系統[5]
4.3.1 目的
電池實際運行中往往只能得到電池組電壓、單體電壓、充放電電流、溫度等運行參數，遠未達到全面了解電池狀態，及時防范因電池失效或容量衰減導致系統故障的要求。性能劣化、容量已大幅下降的電池其浮充電壓往往變化不明顯，當放電過程中發現某電池異常時才能發出警告，往往為時已晚。因此，在測量蓄電池外部運行條件的同時，監測蓄電池的性能，洞察其內部狀態的變化，同樣具有非常重要的意義。電池在線監測管理系統能夠很好地解決這一難題。
4.3.2 在線監測技術
在線監測管理系統能夠系統地實時監測蓄電池外部條件和以單體內阻為標志的性能參數，實現對蓄電池完整的在線運行監測與性能監測。
5 電池的故障處理(見表5.1)
表5.1 蓄電池的常見故障及消除方法
序號 故 障 危 害 消除方法
1浮充運行電壓太高(>13.8V)溫度升高,電池變形,壽命縮短 調整充電電壓,或更換電壓元件
2浮充運行電壓太低(<13.2V) 容量降低 調整充電電壓
3環境溫度過高 壽命縮短 加強環境通風或加空調
4出廠后長期擱置 自放電,硫酸鹽化進行充電
5深放電 硫酸鹽化,容量下降進行均充電后轉浮充
6深放電頻繁(如每月一次) 壽命縮短 避免
7電池組或單節電池外部短路 熔斷端子,以至損壞電池 應避免,使用絕緣工具檢查連接導線
8新老電池在一起運行 充電電壓不均, 壽命縮短 不應串聯在同一列電池組中
9螺栓不緊固 導線或電池發熱,甚至引起火災緊固螺栓
10安全閥處漏液 電解液減少 清除電解液,擰緊安全閥
11端子處爬堿 腐蝕連接排 清除并作防腐處理
6 結論
本文針對UPS電池的使用與維護進行了探討和研究,主要結論如下:
⑴ 影響免維護蓄電池使用壽命的因素包括：放電次數、放電深度、工作溫度、浮充電壓以及放電電流。
⑵ UPS充電器與電池的合理匹配直接關系到電池的使用壽命。
⑶ 容量不同、新舊不同、內阻不同的電池不能應用到同一組電池中。
⑷ 保證電池質量，延長電池使用壽命的有效措施：建立電池供貨商與用戶共同維護機制。
⑸ 解決蓄電池失效早期發現和電池性能在線監測難題，提高UPS可靠性的有效手段：安裝電池在線監測系統。
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