2022年UPS电源系统蓄电池选择和维护.docx

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1、UPS电源系统蓄电池的挑选和保护作者：徐卫民摘要：介绍了选用 UPS 蓄电池时应考虑的几个重要因素，并提出了使用和保护时应留意的问题；关键词：不间断电源蓄电池Abstract： Thispaperintroducesthemainlyfocuseson the selection， use and maintenance of UPS battery Keywords： UPS， battery1、引言我厂化工装置和公用工程装置的操作、监视、掌握都采纳DCS系统，如何向DCS系统供应高质量、安全牢靠的电源就显得特别重要；我厂采纳 UPS向 DCS系统供电， UPS系统由整流模块、充电模块、蓄电

2、池、逆变模块、自动旁路开关、手动修理旁路开关等组成， UPS可以向 DCS供应高质量、安全牢靠的电源，保证化工生产的安全、稳固、牢靠；可是不少电气工程人员在配置电源时，往往比较留意不间断电源 UPS主机的性能，忽视了对 UPS配套蓄电池的挑选；不恰当的配套蓄电池挑选往往会造成UPS后备时间不足、电池不能放电等事故，严峻影响 UPS的质量；2 、UPS的工作原理 系统的工作原理 : 将供电质量较差的厂用电源第一经整流装置变换成直流电源 , 一路经充电模块向蓄电池充电，另一路采纳高频脉宽调制 法在逆变装置内重新将直流电源变成纯正的高质量的正弦波电源向负载供电；当沟通工作电源消逝或整流装置 等元器件

3、故障时 , 由蓄电池组经电池开关向逆变装置供电；当逆变装置故障输出电压反常或过载时, 就切换到自动旁路开关由厂用电直接向负载供电；3 、UPS蓄电池的种类UPS 要求所选用的蓄电池必需具有在短时间内输出大电流的特性；目前，在线运行的蓄电池基本上有两种，它们都属于铅酸蓄电池；3.1、防酸隔爆铅酸蓄电池这种电池在早期的 UPS系统中使用较多，只要保护得当，会有较长的使用寿命，但由于在运行中存在大量的电解液水分散失，需常常 性地测量电解液的温度、密度，往电池内部添加蒸馏水，保护工作量 极 大 ， 现 在 的UPS系 统 中 已 很 少 配 用 ；3.2、阀控式密封铅酸蓄电池VRLA因其体积较小，密封

4、性能好、绝少保护而被广泛应用于各类 UPS电源中； VRLA防止电池内部电解液流淌有两种技术方法：一种技术是将硫酸电解液与 SiO2 胶体混合后布满电池内部，制成胶体电池 简称 GEL；这类产品产量较低，约占VRLA电池总量的 15%；另一种技术是利用超细玻璃棉将电解液不饱和地吸附住，制成吸液式电池或贫液式电池 简称 AGM； 由于后者具有较好的大电流放电性能，在 UPS系统中较多采纳，国内厂家也大多生产AGM蓄电池；4 、UPS 蓄 电 池 的 选 择 4.1 、 蓄 电 池 容 量 Ah 的 选 择蓄电池容量 Ah 是指在标准环境温度下，每 2V 电池单体在给定时间至 1.80V 终止电压

5、时，可供应的恒定电流值 A 与连续放电时间(h) 的乘积；给定连续放电时间为 10h 的容量称为 10h 率容量，用符号 C10 来表示；蓄电池容量可用 20h 率、10h 率、8h 率、5h 率、3h 率、1h 率、0.5h 率等多种方法表示，一般采纳 C10 作为蓄电池的额定容量来标称蓄电池；额定容量是蓄电池的主要参数，不少工程人员就认为，两种品牌相同额定容量的蓄电池可以在同一套UPS 系统中替代使用；这种观点是有偏颇的，由于两种蓄电池具有相同额定容量，只表示它们的 10h 放电性能一样，但在 10min、30min、lh 、3h 等时间内可供应的恒功率值和恒电流值就可能差异较大，而UPS

6、 后备时间通常不到 10h，所以 UPS配用蓄电池时，考察其在后备时间内的放电性能就尤为重要；在已知 UPS主机一些基本参数和确定蓄电池品牌后，我们就可以依据这一蓄电池品牌样本资料中供应的恒功率放电数据表或恒流 放电曲线，通过功率定型法或电流定型法来运算确定蓄电池的容量和型号；1. 功率定型法这种方法比较简便，依据蓄电池恒功率放电参数表可以快速准确地选出蓄电池型号；第一运算在后备时间内，每个2V 的蓄电池至少应向 UPS供应的恒功率：P=Scos NK1式中： S-UPS 标称输出功率； cos-UPS 输出功率因数； - 逆变器效率； N- 在 UPS中以 12V电池运算时所需的串联电池个数

7、，由 UPS正常工作电压确定； K- 系数，厂家供应的电池恒功率放电数据表，一般是以2V 单元电池为运算基准的， 12V节电池相当于 6 个 2V 单元串联，此时取 K=6；假如电池厂家供应的电池恒功率放电数据表是以 12V 单元电池为运算基准的，就 K=1；然后确定蓄电池的放电终止电压UT:UT=UminN*62式中:Umin -UPS最低工作电压我们可以在厂家供应的UT 下的恒功率放电参数表中，找出等于或稍大于P 的功率值，这一功率值所对应的型号即能满意 UPS系统的要求；假如表中所列的功率值均小于 P，可通过多组电池并联来达到功率要求，一般并联不应超过4组；下面举例说明：例如一台80kV

8、A 梅兰日兰 UPS后备 15min，已知 UPS输出功率因数 cos 为 0.8 ，逆变器效率 为 0.94 ，正常工作电压为 384V，最低工作电压 Umin 为 320V，就配套蓄电池组N 应为 32 节384V12V12V节电池串联，依据式 1 得出 P=354.6W，依据式 2 得出 放电 终止 电压 UT=1.67V； 如我 们选 用美 国 GNB Sprinter系列电池，依据 GNB Sprinter样本供应的在 25时每单元恒功率放电数据表，查找 15min 列下等于或稍大于 354.6W 的功率值为 373W，对应的型号为 S12V370，其额定容量为 100Ah，也就是说

9、，用 32 节 GNB S12V370蓄电池串联，可以满意该UPS系统的要求；假如选用2V节电池串联，就在 2V 系列电池的恒功率放电数据 表 中 查 出 相 应 型 号 ， 整 组 串 联 电 池 数 量 为 6N ；2. 电流定型法这是依据某一品牌蓄电池的恒流放电曲线来确定蓄电池容量和型号的方法；第一运算UPS系统要求的蓄电池最大放电电流：Imax=Scos Umin3式3 中各符号的含义与功率定型法中所定义的相同；在运算出电池串联数量 N 和放电终止电压 UT后，就可以依据 UPS要求的后备时间从蓄电池恒流放电曲线中查出放电速率n，然后依据放电速率的定义： n=Imax C10，得出配置

10、蓄电池的额定容量C10 并确定电池型号；下面仍以 80kVA 梅兰日兰 UPS 后备 15min 系统配套美国GNB Sprinter l2V电池为例来说明；第一按式3 运算蓄电池的最大放电电流， Imax =212 8A，由式 2 得出每 2V 单元的放电终止电压UT=1.67V；在 sprinter恒流放电曲线图 图 1 中，依据后备时间15min 横坐标 和放电终止电压 1.67V 纵坐标 ，可得出放电速率 n 为 2.13C 容 量 ； 据 此 可 得 电 池 的 额 定 容 量 为 ： C=Imax n=100Ah即 C10；100Ah 所对应的型号为 S12V370，即用 32 节

11、 GNB S12V370电池串联能满意系统要求；（图 1）4.2 、蓄电池寿命的选择蓄电池的寿命有两项衡量指标，一是浮充寿命，即在标准温度和连续浮充状态下，蓄电池能放出的最大容量不小于额定容量的80%时所使用的年限；二是80%深度循环充放电次数，即满容量电池放掉额定容 量的 80%后 再布满电， 如 此可循环使 用的次数；通常，工程技术人员仅留意前者，而忽视了后者；80%深度循环充放电次数代表着蓄电池实际可以使用的次数，在常常停电或市电质量不高的情形下，当蓄电池的实际使用次数已经超过规定的循环充放电次数时，尽管实际使用时间仍没达到标定的浮充寿命，但蓄电池其实已经失效，假如不能准时发觉就会带来较

12、大的事故隐患；所以，在挑选蓄电池时，我们对两项寿命指标都应予以重视，在市电常常中断的条件下，后者就尤为重要；在挑选 UPS 配套蓄电池时，我们应考虑足够的浮充寿命裕量；依据体会，蓄电池的实际使 用寿命往往只有标定浮充寿命的50% 80%；这是由于蓄电池实际浮充寿命与定义标准温度、实际环境温度、电池充电电压、使用保护 等众多因素有关；当实际环境温度比定义标准环境温度每上升 10，蓄电池会由于内部化学反应速度增加一倍而导致浮充寿命缩 短一半，所以， UPS 蓄电池机房应配备空调设备；在定义温度值方面，欧洲标准为 20，中国、日本、美国等标准为 25；2010 年浮充寿命的蓄电池如换算到 25标准，

13、仅相当于 7 8 年浮充寿命；配套蓄电池的标称浮充寿命应当是用我们期望的蓄电池实际使用寿命除以一个寿命系数后所得的数值；这一寿命系数通常凭体会确定，蓄电池牢靠性高的可取为0.8 ，牢靠性低的可取为0.5 ；4.3 、单个蓄电池电压的选择VRLA按单节电压分有 12V节、 6V节、 4V节和 2V节等四种不同形式；从经济方面来看，UPS正常工作电压肯定，选用的电 池单节电压越高，电池组所用的串联电池数量越少，配套电池组的价格也越廉价；但从安全性方面来看，选用的电池单节电压越低， 整个系统越安全；假如12V节的电池坏了一节，整个蓄电池后备系统就少了 12V，UPS主机就有可能开启低压报警功能使整个

14、UPS系统不能正常工作；所以在选用12V节蓄电池时，多采纳多组并联 来达到 UPS系统要求，万一有一组出问题，仍有其他组的电池可运作；4.4 、蓄电池所能承受的纹波系数在 UPS系统中，蓄电池仍起到滤波器的作用，承担UPs 输入纹波电压和纹波电流的冲击；假如所选蓄电池承担纹波系数的才能较差，而纹波系数又比较大，就会使蓄电池过早地失效而引起不能放电的事故； IEC 蓄电池标准规定， VRLA应能承担 0.5%的纹波系数， 但使用 UPS的场合，纹波系数都比较大，有的甚至达到 2%，所以应对 蓄 电 池 的 可 承 受 纹 波 系 数 按 实 际 情 况 提 出 要 求 ；4.5 、蓄电池性能均一

15、性从理论上讲，蓄电池的电压、内阻、寿命等性能应当是一样的，可以无限多组数地进行并联以达到要求的容量；但在实际生产过程中，由于所用材料纯度、生产工艺、工作人员、生产环境温度等差异，同一条流水线上制造的蓄电池通常在性能上有肯定的差 异，即使同一品牌同一型号相同生产日期生产的蓄电池，性能也不行能做得完全一样，这一点可以通过测量比较蓄电池的单节开路电压看出来；工程人员通常采纳廉价的小容量电池多组并联来达到UPS 要求的较大蓄电池容量，假如采纳性能均一性较差的电池多组并联，性能差、电压低的电池组就会将性能好的蓄电池组拖垮，导致整套UPS蓄电池系统提前失效；目前性能均一性主要依据蓄电池电压均一性来衡量，国

16、内有多种标准要求，例如信息产业部YD T 799-1996 标准要求为： 25时整组蓄电池2V 单元浮充电压差不大于50mV，开路电压差不大于 20mV；电力部 DLT637-1997 标准要求是： 25时，如电池系统采纳2V节电池，开路电压最高的一节与最低的一节差异不超过30mV， 6V节电池不超过 40mV，12V节电池就不超过 60mV；一般蓄电池并联组数不应超过4 组，为防止整套蓄电池系统的提前失效，在挑选蓄电池时，应当在性能均一性方面提出要求；当确定了蓄电池型号之后，在一套UPS系统中最好要求厂家供应同一批次的蓄电池产品，以减小性能方面的差异；同样道理，不同品牌或者新旧程度不同的蓄电

17、池，由于存在较大的性能差异，建议不要混合使用；最终，要特殊指出的是即使挑选了恰当的 VRLA，也需要进行一些必要的日常保护和治理，防止蓄电池过早失效；5UPS蓄电池的维护随着科技的不断进展，UPS的性能越来越好，平均无故障工作 时间越来越长，整机的牢靠性越来越高；做好UPS中消耗品蓄电池的维护变得尤为重要；5.1 、新电池的初充电 新的蓄电池在安装完毕后，一般要进行一次较长时间的充电，充电电源要依据说明书中的规定进行充电，待电池 组充电完毕后，进行一次放电，放电后再次充电，目的是延长电池的 使 用 寿 命 ， 提 高 电 池 的 活 性 和 充 放 电 特 性 ；5.2 、定期充放电UPS 电

18、源内部的蓄电池长期闲置不用或使蓄电池长期处在浮充状态而不放电，会导致电池中大量的硫酸铅吸附到电池的阴极表 面，形成所谓的电池阴极板的“硫酸盐化”，由于硫酸铅是一种绝缘体，它的形成必将对电池的充放电产生极不好的影响，由于在阴极板上形成的硫酸盐越多，电池的内阻越大，电池的可充放电性能 越差，从而导致电池“老化”、“活性”下降，使蓄电池的使用寿 命大大缩短；应当每隔 34 个月，人为地通过中断市电或通过软件硬件掌握手段将UPS的整流器充电器置于关闭状态，让UPS中的蓄电池放电；对于这种为“激活”电池而进行的电池放电操作，它的放电时间以掌握在正常放电时间的 1 3 1 4 为宜；5.3 、严禁深度放电

19、密封免保护蓄电池的使用寿命与蓄电池的放电深度亲密相关；放电深度是指用户在蓄电池使用的过程中，电池放出的安时数占它的标称容量安时数的百分比；深度放电会造成蓄电池内部极板表面硫酸盐化，导致蓄电池的内阻增大，严峻时会使个别电池显现“反极”现象和电池的永久性损坏；电池的放电深度严峻影响电池的使用 寿 命 ， 非 迫 不 得 已 ， 不 要 让 电 池 处 于 深 度 放 电 状 态 ；5.4 、尽量避免过电流充电过流充电易造成电池内部的正负极板弯曲，使极板表面的活性物质脱落，造成电池可供使用容量下降，严峻的会造成电池内部极板短路而损坏；5.5 、尽量避免蓄电池过压充电过压充电往往会造成蓄电池电解液所含

20、的水被电解分别成氢气和 氧 气 而 逸 出 ， 从 而 使 电 池 使 用 寿 命 缩 短 ；5.6 、更 换活 性 下降、 内阻 过 大的 电池(1) 、随 UPS电源使用时间的延长，总有部分电池的充放电特性会逐步变坏，端电压明显下降，这种电池的性能不行能再依靠UPS电源内部的充电电路来解决，连续使用会存在隐患，应准时更换；(2) 、对于蓄电池内阻增大，用正常的充电电压对电池进行充电已不能使蓄电池复原其充电特性的电池应准时更换；电池的内阻一般在 10 30m ，如电池的内阻超过 200m 上，将不足以保护 UPS的正常运行，对内阻偏大的电池必需更换；5.7 、 避 免 蓄 电 池 新 旧 混

21、 用 或 新 旧 电 池 混 合 充 电由于新电池的内阻都比较小，而旧电池的内阻都有不同程度的增大，当新旧电池混合在一起充电时，由于旧电池的内阻大，分压会相对偏大，极简单造成过压充电现象；而对于新电池，内阻较 小，充电电压小但电流偏大，又简单造成过流现象，所以在充放电过程中应避免新旧电池混充；5.8 、蓄电池的使用环境电池的使用寿命与环境温度亲密相关，电池处于较低温度时，蓄电池中的锌板简单粉化，失去蓄电性能，造成永久性损坏；温度过高时，电池的容量也会下降，严峻的会造成永久性损坏；依据电池生产厂家的技术规范，电池的正确使用温度是2025，在该温度 范 围 使 用 ， 可 延 长 电 池 的 使

22、用 寿 命 ；6结束语做好电池的保护工作，可以削减UPS的故障，提高生产的稳固性；通过对电池的保护可以提高电池的使用寿命；以往的保护，一般都是将一组电池全部更换，这样做铺张很大；实践中我们发觉，更换的一组电池中多半是可以再利用的，只有少数电池单元不行靠、不具备支持 UPS正常工作的条件；因此，将能利用的电池再利用 可 以 为 单 位 节 约 资 金 ，降 低 成 本 ；随着 UPS电源的不断进展，智能化程度越来越高，对电池组的充放电、过压、过流等现象，都可以进行实时监控，削减不必要的 缺失，提高 UPS的可保护性，为自控系统的稳固运行，为单位的稳定生产提供可靠的保障；参考文献：1 、李秉义；浅谈 UPS 电源的使用和保护；内蒙古广播与电视技术，2000（1）：2425；2 、陈盛珙； UPS的应用及留意事项；广播电视传输与发射技术，20023 ：4344；