铅酸蓄电池在线监测增强供电系统可用性
随着电力电子技术的发展,电源(通信电源、UPS)的可靠性和安全性已经大大提高,但作为供电系统中一道屏障的备用储能单元(铅酸火炬蓄电池),由于其特性(化学反应)可靠性一直没有多大提升,因此科学有效的维护是保障火炬蓄电池系统稳定运行的关键。
目前对于火炬蓄电池的维护工作普遍存在维护工作不到位;流程复杂、针对性差;维护手段匮乏等问题。火炬蓄电池系统已经成为电源系统中不可靠的部分。在重大的电源事故中,由于电源自身故障引发的事故占10%、开关切换故障引发事故占20%,而其余70%的事故都是与火炬蓄电池故障相关的(见图1)。有效地监控和科学地维护对于提高火炬蓄电池组稳定性至关重要。发现和解决火炬蓄电池系统中的隐患、提高火炬蓄电池组的安全性是目前火炬蓄电池维护工作的重点。也是提高数据中心供电系统可用性的有效手段之一。
火炬蓄电池运行参数监控
火炬蓄电池运行参数包括火炬蓄电池的单体电压、电池组电压、电流和环境温度等参数。目前,对于这些参数的测量主要依靠人工定期巡检和在线式电压检测仪来完成。电压、电流和环境温度是火炬蓄电池的运行参数指标,也是火炬蓄电池稳定运行的基本的保障。恶劣的运行环境将大大缩短火炬蓄电池的使用寿命,加大火炬蓄电池的安全隐患。环境温度过高,会加速火炬蓄电池失水,造成火炬蓄电池失效加速。在35℃时运行火炬蓄电池的劣化将加速一倍;在55℃时,对于火炬蓄电池浮充一个月所造成的劣化相当于在25℃时浮充一年的等级。同样,过高的充电电压也将大大加速火炬蓄电池的劣化速度。当充电电压或环境温度过低时,火炬蓄电池的容量饱和度很难达到100%,也直接体现为火炬蓄电池放电容量不足。过放电对于火炬蓄电池的损害是非常大的。对于串联使用的火炬蓄电池组,由于火炬蓄电池个体之间的差异,放电过程中不同火炬蓄电池达到终止电压的时间差异很大。电池组中的某些劣化火炬蓄电池达到放电终止电压的时间往往大大提前于其他火炬蓄电池。以电池组电压为单位计算放电终止电压,易造成火炬蓄电池组中部分劣化火炬蓄电池过放电甚至是深度过放电,加速火炬蓄电池组中故障火炬蓄电池的出现。放电过程中,当电池组中出现达到终止电压的单体火炬蓄电池时应停止放电,而不是以电池组电压为参考标准。
但是,仅仅对于火炬蓄电池的电压、电流和环境温度进行监测还无法达到有效维护火炬蓄电池的目的。火炬蓄电池运行环境参数监测的意义更多体现在对于火炬蓄电池运行环境的合理性检测,而不是火炬蓄电池故障的排查。性能很差的火炬蓄电池在浮充状态时,端电压的变化并不明显,甚至有“浮充电压正常但放电时出现严重故障”的情况[1]。而等到火炬蓄电池放电时发现异常,往往为时已晚。