UPS蓄電池運維管理解析，內阻抗監測數據

石油化工行業大量使用UPS電源,對UPS蓄電池的運維管理仍然存在不少問題。本文對電池普遍存在的使用共性問題進行歸類總結,結合主動電池安全運維管理技術,對國內外相關蓄電池標準規范進行了分析,提出了一套運維管理方法,經過實踐檢驗證明有效。該方法對于數據中心、電力、冶金、鋼鐵、造紙及水泥等其它行業的電池運維人員,同樣具有借鑒作用。

一、UPS蓄電池使用現狀

為了保證各類化工控制裝置、自動化與信息化系統的電源供電安全,UPS電源系統成為化工行業應用的標準配置設備,其應用已經十分廣泛。在正常供電電源發生異常時,UPS蓄電池組是保證供電的最關鍵核心設備。一旦UPS蓄電池組失效,將會導致設備無法正常運行,造成不必要的損失。

目前石油與化工行業大量使用鉛酸蓄電池,在使用這些電池方面仍存在不少的安全隱患,突出表現在以下四個方面:

1、性能參數不一致蓄電池的串聯成組混用或電池成組使用一段時間后各電池性能參數發生離散并產生性能差異。充電情況下，容量低的會很快達到過充狀態，并析出氫氣，同時發熱形成火災隱患。

2、蓄電池配備的電池巡檢裝置功能簡易。運維人員只能看到浮充電壓數據,并不能通過數據指導運維工作,無法排除電池潛在的安全隱患。對單節蓄電池大多沒有進行運行溫度的監控。閥控鉛酸蓄電池對于溫度較敏感,在對應全壽命周期工作條件是25℃,電池工作溫度每升高10℃容量減半,壽命降少;每降低10℃時,容量也衰減。運維人員掌握不到電池容量變化情況。

3、對蓄電池沒有進行連續的內阻抗實時監測或內阻抗監測數據失真。閥控鉛酸蓄電池的內阻抗參數出現變化或上下飄移,是蓄電池不健康的重要標志。蓄電池內阻抗變大,在充電時,電能不能全部轉化為化學能,而是產生熱能,導致蓄電池失液或殼體膨脹,容易引起燃燒,蓄電池安全風險提高。內阻抗變小,說明可能存在內部短路的可能。內阻值的上下飄移,說明電池的物理與化學性能已經變得不穩定。

4、UPS的有效性體現在市電出現問題后提供安全電能的后備時長,后備時長的保證是蓄電池。UPS電池組達不到規定供電時間長度,一旦市電失電,會帶來供電時間達不到設計要求,對正常生產產生威脅。

二、化工行業對UPS用蓄電池運維的標準

目前國際國內對相關蓄電池組的設計、運維、檢查的標準規范或技術條件主要有:

1、IEEE1188發電站用閥調節鉛酸(VRLA)蓄電池組的保養、試驗和更新的推薦規程;

2、14D202-1蓄電池的選用與安裝(住建部2015年1月1日頒布執行);

3、GB50174-2017數據中心設計規范(2018年1月1日);

4、DLT1074-2019電力用直流和交流一體化不間斷電源設備;

5、DB/T3846-2020企事業單位鉛酸蓄電池運行安全技術規范(江蘇省2020.8.29日頒布執行);

6、T/MMAC009-2022鉛酸蓄電池預警儀(中國冶金礦山企業協會2022.06.01頒布);

7、YD/T1970.10通信局(站)電源系統維護技術要求第10部分閥控式密封鉛酸蓄電池8)YD/T2064通信用鉛酸蓄電池正向尖脈沖去硫化設備技術條件;

8、《流程工業儀表工程師手冊》第15章電源之“蓄電池的狀態監控”,中國石化出版式2021.11;不止于以上這些文件的頒布與執行，逐步建立健全了蓄電池的安全使用條件，是對電池應用管理的不斷完善，客觀上大幅度提升了電池安全運維水平。

三、相關標準對UPS電源的蓄電池主要檢查項目的分析

SH/T3082-2019《石油化工儀表供電設計規范》4.2.1規定,儀表與控制系統供電應采用UPS供電。

對此,工信部的SH/T3206-2019《石油化工設計安全檢查標準》8.4.3中要求:

1、上述SH/T3082規范中的供電系統要采用雙路獨立UPS及1路市電供電;

2、上述該供電系統中單套UPS的容量要達到可供儀表及控制系統的全部負荷。

其實,在上述SH/T3206-2019之前,實際上UPS大多數采取單獨設置,在實際使用中出現了不少因UPS問題而導致的相關不能正常供電問題。為此3206-2019版特別加入了雙路獨立UPS,以此提高供電電源的可靠性。雙路獨立UPS的并聯使用,毫無疑問,增加了供電可靠性。即使如此,如果對電池的精細化管理不到位,雙路UPS中依然存在安全隱患。

在DB/T3846-2020《企事業單位鉛酸蓄電池運行安全技術規范》5.3,即“蓄電池安全運行要求”中,又進一步明確到:

“5.2.4內阻一致性的要求”;

“5.3.3蓄電池安全運行的狀態應由所采集的數據來反映,使用單位應通過蓄電池在線安全預警系統或便攜式蓄電池檢測裝置對蓄電池的安全運行狀態進行監測和電池均衡?！?/p>

“5.3.4通過在線安全預警系統監測的蓄電池安全運行狀態應能提供24h實時數據。實時數據的提取范圍應包括蓄電池組的組電壓、組電流以及單體電池的內阻、溫度、電壓,提取數據應是能夠真實反映蓄電池內部的安全運行狀態,并可以為電池均衡提供依據?！?/p>

DB/T3846-2020《企事業單位鉛酸蓄電池運行安全技術規范》是目前鉛酸蓄電池安全運行方面較為詳細的一套技術規范,也是支持基于主動電池安全預警技術的應用,在相關規范中的具體體現。規范編制得到了江蘇省應急管理部門和江蘇省安全科學院支持,凝聚了電池行業專家多年的運維實踐經驗。

四、電池運維主要檢查內容

依據國內外相關電池標準規范與使用技術條件,結合有效的主動安全電池運維管理系統和UPS電源使用場景和特點,需特別強調以下四項內容:

1、根據SH/T3082-2019、DL/T1074-2019、DB32/T3846-2020技術標準要求,電池組應配備電池管理系統,電池管理系統功能要完備,應包含對電池的電壓、溫度、內阻、電流等單電池參數及電池組參數的實時檢測并進行安全可靠儲存。

2、對于電池參數超標的情況要能夠及時告警,讓運維人員第一時間知道電池狀態。

3、電池管理系統需要配備電池均衡功能。對早期出現的電池容量不一致現象進行干預,避免出現過充電引起的電池析氫起火爆炸和欠充電引起的電池容量不足導致的用電安全風險。

4、電池管理系統需要每個季度進行充放電核容。不具備每個季度充放電核容條件的,應選配具有電池活化功能的電池管理系統,對電池組中早期出現的內阻值超限或硫酸鹽化嚴重的電池進行干預,減少電池充放電時熱失控燃燒事故。

五、蓄電池運維安全檢查案例

2021年8月,檢查組對YZ石化集團UPS鉛酸蓄電池組進行運維安全專項檢查,檢查以抽查的方式進行,本次檢查共抽查24組蓄電池組。

在抽樣檢查的24組電池樣本中:

1、電池組外觀要求指標達標23組,抽樣達標率95.83%。;外觀要求不達標的1組電池組,出現爬酸現象。

2、安全運行指標達標電池組13組,抽樣達標率54.17%;安全運行指標不達標的11組電池組中:8組電池組浮充電壓超標;2組電池組浮充電壓差超標;1組電池組內阻偏差超標;1組電池組擺放場所環境溫度超標。

3、電池組管理功能達標4組,抽樣達標率16.67%;電池管理功能不達標的20組電池組中:6組電池組無電池管理功能,12組電池組管理功能不完善,2組電池組管理功能失效。

4、對以上問題,檢查組要求企業在指定時間內進行整改,消除企業存在的運維隱患,得到企業管理和專業人員的高度認可。

結論

近年來一系列的國際、國內、行業、地方相關標準和技術規范的陸續頒布與出臺,是蓄電池運行安全運維實踐的可靠保障,并證明是積極和有效的。這些標準和技術規范除了對UPS用蓄電池 運維安全有效,對于其它目前廣泛存在的儲能電池安全問題,也有借鑒意義。電池安全運行問題解決后,企業事業單位巨量成批更換電池的現狀可以轉變到有序有限更換落后劣化蓄電池,對單位降本增效和國家實現“雙碳”戰略更富有意義。