UPS故障的主要原因，指出了影响UPS电池使用寿命的几种因素，提出了UPS电池的正确使用方法以及维护措施，延长了电池的使用寿命，同时提高了UPS运行的可靠性。
关键词：电池 寿命 使用维护
1 前言
UPS作为石化生产装置仪表(特别是DCS)的电源，其可靠性对生产装置的安全稳定运行起到至关重要的作用。但近几年来，很多企业的UPS均或多或少地出现了可靠性的问题，UPS出现故障而中断对仪表的供电，导致生产事故频繁发生。由于各种原因，石化企业所选用的UPS品种繁多，技术标准各异，出现故障的类型不尽相同，通过对本厂98年以来UPS故障进行统计,UPS非电池部分故障只占总故障的36.4%，属于用户无法控制的，而电池故障占据了总故障的63.6%，不难发现电池故障已经成为UPS的主要故障，直接威胁到UPS供电的可靠性。
2 影响电池使用寿命的因素
目前UPS使用的电池基本上为免维护铅酸蓄电池,其浮充使用设计寿命一般可达7～15年。不同的生产厂家由于所使用的材料纯度不同等原因，其设计寿命有较大的差别，zui长的设计寿命可达20年[1]。
免维护铅酸蓄电池的使用寿命[2]与放电次数、放电深度、工作温度、浮充电压以及放电电流等有着直接的关系。
2.1 放电深度与放电次数
反复地大量放出蓄电池电量(深放电)将缩短电池寿命，寿命与放电深度和放电次数的关系可用图2.1表示。
2.2工作温度
蓄电池浮充使用时的充电电压与环境温度有关,如图2.2所示。当环境温度高时，充电电压应降低，以防止造成过充电;当环境温度低时，充电电压应提高，以防止充电不足。
蓄电池的使用寿命受环境温度的影响很大，当温度升高时，充电电流将增大，蓄电池中的极板受硫酸的腐蚀加剧而影响其寿命;在低温充电时，将产生轻气，使内压增高，电解液减少，电池寿命将缩短。蓄电池可以在-20℃--+50℃内使用，有效的工作温度为5-35℃，zui佳的使用温度为15-25℃。蓄电池使用寿命和温度的关系如图2.3所示。
浮充使用是免维护蓄电池的zui佳运行条件。运行时，蓄电池处于满荷电状态，在此条件下运行，蓄电池将具有zui佳的使用寿命和性能。浮充使用时的充电方式一般采用恒压限流方式。充电电压必须保持某一特定值，以保证：①在该电压下，充入的电量足以补偿蓄电池因自放电而损失的电量，使蓄电池长期处于充足电状态;②在该电压下，蓄电池因过充电而造成的损坏达到zui低的程度。图2.4表示浮充电压与浮充使用寿命之关系。
如果电池长期处于过充状态，将加速电池板栅腐蚀和活性物质松动，并且可伴有电解液干枯的危险;如果浮充电压过低，又会因为蓄电池充电不足，使电池极板硫化而缩短其寿命。
2.4 放电电流
为了延长蓄电池的使用寿命，蓄电池的放电终止电压与放电电流的关系，应严格按表2.1控制，以免产生过放电;蓄电池放电后应立即进行充电，以利于延长蓄电池的使用寿命。
表2.1放电电流与放电终止电压的关系
放电电流(A) 平均终止电压(V/单元)
0.1C10及以下或间歇放电 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 电池的正确使用
3.1 电池的保存
蓄电池的保存很重要,一般以荷电态保存[3]。在保存期内会因自放电而使电池的容量降低,一般电池容量下降到50%时必须进行一次充电。图3.1为蓄电池自放电和温度的关系。
3.2 充电器是关键
免维护蓄电池使用状态的好坏,关键取决于电池的充电设备—充电器[4]。为了使蓄电池达到zui佳的使用寿命，配套充电器必须达到以下要求：
⑴ 稳压精度≤1%;
⑵ 稳流精度≤2%;
⑶ 纹波系数≤2%;
⑷ 过流、过压、欠压自动报警;
⑸ zui好具有恒流恒压—均衡充电—浮充电自动转换功能;
⑹ zui好具有温度补偿功能，可根据环境温度变化调整电压，保证电池达到zui佳充电状态。
3.3 电池的安装
⑴ 安装前应仔细阅读说明书,并逐只检查电池有无损坏,电压是否正常。
⑵ 蓄电池可任何方向安装使用，但不能倒置，安装时严格按串并联线路进行连接，决不能连错或反极。
⑶ 蓄电池端子连接排等所有接触面应用砂纸或铁刷清除氧化膜和污物，减少接触电阻，避免发热。
⑷ 连接电缆应尽可能缩短，不能只考虑容量输出来选择电缆的大小规格，电缆的选择应考虑不能产生过多电压降。
⑸ 为了达到要求的电池容量，电池足可以进行并联，连接的导线应尽可能短，力求电压降小。
⑹ 不能把不同容量、不同性能或新旧不同的电池连接在一起使用。
⑺ 蓄电池应有良好的通风环境。
⑻ 蓄电池串联后电压较高，存在着电击的危险，因此连接导线时应使用绝缘工具。
⑼ 蓄电池与充电器或负载连接前，电池开关应置于断开位置，同时电池的极性要与充电器或负载的极性对应。
3.4 运行前要充足电
免维护蓄电池一般以荷电态出厂,若长期搁置后使用,应首先对电池进行充电,弥补电池的自放电损失。
3.5 运行前的检查
⑴ 正确连接电池的正负极,保证电池接线无误。
⑵ 电池有无漏液破损现象。
⑶ 检查每只电池的端电压。
4 电池的维护
4.1 建立电池供货商与用户共同维护机制
多年以来石化企业所用电池品种繁杂，质量参差不齐，特别是近几年来国内电池厂家剧增，仿冒产品层出不穷，有时真假难辩，很多假货进厂，给维护带来相当大的难度，电池故障明显增多，经过研究讨论决定建立电池供货商与用户共同维护机制，具体措施如下。
*、经过运行比较选择运行可靠、使用寿命稳定的一种电池作为UPS使用*备选电池。这样可减少维护难度。
第二、选择上述电池代理商三家，采取竞标方式zui终选择一家作为备选电池代理商，并与之签订供货、维护协议，内容应包括：
⑴ 保证电池使用寿命。质保期间若出现电池损坏，供货商负责免费更换，保证运行。
⑵ 运行期间若出现因电池质量问题引起的UPS故障，已影响生产，供货商应承担一定的赔偿义务。
⑶ 供货商与用户共同研究制定电池的相关维护措施，明确各自的维护范围。
⑷ 上述协议应征得物装公司的同意，进而保证协议的可操作性。
通过上述措施，可以保证电池的质量、使用寿命，电池的维护量相对降低，UPS的可靠性进而得到提高。
4.2 维护措施
4.2.1 运行时的检查
⑴ UPS列入班组巡检内容，每天进行一次检查，发现问题及时反应，并做好记录。
⑵ 电池组正常运行时，应保持外部清洁，无尘埃，无导电性污染。
⑶电工车间每月测一次电池单体电压及终端电压，检查一下外观有无异常变形、漏液或发热，发现问题应及时处理，并保持完整的运行纪录。
⑷ 每年应检查一次连接导线是否牢固、有腐蚀，若松动应拧紧，腐蚀应更换。
4.2.2 常规维护
⑴ 建立UPS电池的维护管理档案。
⑵ 制定完善UPS电池的充放电管理制度。
⑶每年以实际负荷作一次放电，放电应保持电流稳定，放出额定容量的30%左右(以0.1C放电3小时),放电每小时应测一次电压(单体积电池组)、放电电流、温度，放电后应进行均衡充电后转浮充运行。
⑷ 出现以下情况应对电池进行均衡充电：
个别单体电池电压低于13V。
b.停电搁置超过三个月。
c.放电后24小时未及时充电
d.过流放电(电流大于规定20%)、过电量放电(超过额定容量10%)应立即进行均衡充电。
4.3 安装电池在线监测管理系统[5]
4.3.1 目的
电池实际运行中往往只能得到电池组电压、单体电压、充放电电流、温度等运行参数，远未达到全面了解电池状态，及时防范因电池失效或容量衰减导致系统故障的要求。性能劣化、容量已大幅下降的电池其浮充电压往往变化不明显，当放电过程中发现某电池异常时才能发出警告，往往为时已晚。因此，在测量蓄电池外部运行条件的同时，监测蓄电池的性能，洞察其内部状态的变化，同样具有非常重要的意义。电池在线监测管理系统能够很好地解决这一难题。
4.3.2 在线监测技术
在线监测管理系统能够系统地实时监测蓄电池外部条件和以单体内阻为标志的性能参数，实现对蓄电池完整的在线运行监测与性能监测。
5 电池的故障处理(见表5.1)
表5.1 蓄电池的常见故障及消除方法
序号 故 障 危 害 消除方法
1浮充运行电压太高(>13.8V)温度升高,电池变形,寿命缩短 调整充电电压,或更换电压元件
2浮充运行电压太低(<13.2V) 容量降低 调整充电电压
3环境温度过高 寿命缩短 加强环境通风或加空调
4出厂后长期搁置 自放电,硫酸盐化进行充电
5深放电 硫酸盐化,容量下降进行均充电后转浮充
6深放电频繁(如每月一次) 寿命缩短 避免
7电池组或单节电池外部短路 熔断端子,以至损坏电池 应避免,使用绝缘工具检查连接导线
8新老电池在一起运行 充电电压不均, 寿命缩短 不应串联在同一列电池组中
9螺栓不紧固 导线或电池发热,甚至引起火灾紧固螺栓
10安全阀处漏液 电解液减少 清除电解液,拧紧安全阀
11端子处爬碱 腐蚀连接排 清除并作防腐处理
6 结论
本文针对UPS电池的使用与维护进行了探讨和研究,主要结论如下:
⑴ 影响免维护蓄电池使用寿命的因素包括：放电次数、放电深度、工作温度、浮充电压以及放电电流。
⑵ UPS充电器与电池的合理匹配直接关系到电池的使用寿命。
⑶ 容量不同、新旧不同、内阻不同的电池不能应用到同一组电池中。
⑷ 保证电池质量，延长电池使用寿命的有效措施：建立电池供货商与用户共同维护机制。
⑸ 解决蓄电池失效早期发现和电池性能在线监测难题，提高UPS可靠性的有效手段：安装电池在线监测系统。
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