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臺(tái)達(dá)蓄電池-在線式UPS電源的發(fā)展歷程
最早的在線式UPS電源現(xiàn)在看起來是個(gè)非常古怪的東西：采用了非常原始的機(jī)械儲(chǔ)能方式，是帶有一個(gè)大飛輪的電動(dòng)機(jī)——發(fā)電機(jī)組，在發(fā)電機(jī)上帶有一個(gè)數(shù)噸重的飛輪，市電停電后該發(fā)電機(jī)可以維持正常供電數(shù)秒鐘。現(xiàn)代的逆變式在線式UPS問世后，在近十幾年中得到了迅速發(fā)展。就其技術(shù)性能講，它走過了從方波到正弦波、從離線式到在線式、從小功率到大功率、從常規(guī)延時(shí)(分鐘級)到長延時(shí)(小時(shí)級)、從簡單不停電供電到智能化操作和處理功能的發(fā)展歷程。隨著蓄電池和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，其控制電路也發(fā)展很快，由開始的立分元件的簡單控制發(fā)展到今天的微處理機(jī)控制，由硬件控制又發(fā)展成軟件控制，如軟件濾波器;甚至光纖通訊也被引入在線式UPS，而且，微處理機(jī)也已被廣泛應(yīng)用于小容量的在線式UPS中，甚至還專門為蓄電池的監(jiān)控設(shè)立了微處理機(jī)，以保持電池的最佳狀態(tài)。
隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展，現(xiàn)在在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的在線式UPS不再只是單純的電源設(shè)備，而逐步成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中電源的管理中心，在線式UPS由最初單純不間斷供電已發(fā)展到今天的智能化、多功能。新型的在線式UPS本身融合了多種新技術(shù)， 在線式UPS不僅是提供不間斷電源的工具，而且當(dāng)作為負(fù)載的設(shè)備在無人值守時(shí)，當(dāng)市電故障后，在線式UPS可以按照事先的約定順序關(guān)機(jī)，甚至還可以自動(dòng)發(fā)傳呼或E-mail給管理者?，F(xiàn)代的在線式UPS與服務(wù)器上的軟件協(xié)同工作，還能實(shí)現(xiàn)事件記錄、故障告警、在線式UPS參數(shù)自動(dòng)測試分析、調(diào)節(jié)等多項(xiàng)功能，提供了完全的電源管理解決方案?，F(xiàn)在有些在線式UPS甚至可以對環(huán)境溫度、濕度和煙霧等進(jìn)行監(jiān)視。
在線式UPS的智能化還表現(xiàn)在加強(qiáng)在線式UPS的節(jié)能功能即所謂“綠色在線式UPS”上?！熬G色在線式UPS”可以減少PC系統(tǒng)使用的電能量，既降低了費(fèi)用又保護(hù)了環(huán)境。比如“綠色在線式UPS”在檢測到打印機(jī)長時(shí)間空閑后,就會(huì)把打印機(jī)的電源關(guān)閉。當(dāng)出現(xiàn)打印排隊(duì)請求時(shí)，在線式UPS可以馬上給打印機(jī)恢復(fù)供電，隨著“綠色在線式UPS”的出現(xiàn)，為節(jié)約能源又提供了理想的解決方案。
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在數(shù)據(jù)中心中,閥控式密封鉛酸蓄電池組作為備用電源在系統(tǒng)中的作用非常重要。鉛酸蓄電池工作狀態(tài)的穩(wěn)定與否、性能好壞都與UPS系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性和可靠性息息相關(guān)。蓄電池組容量監(jiān)測研究的意義在于提高UPS的利用率,實(shí)時(shí)在線監(jiān)控蓄電池組的健康狀態(tài),提供高效率的電池管理,提高后備電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,同時(shí)可保障鉛酸蓄電池的使用壽命、避免安全隱患及經(jīng)濟(jì)損失,減少人工成本。
定期對閥控式密封鉛酸蓄電池(以下簡稱蓄電池)組進(jìn)行容量測試,有利于掌握蓄電池組的工況,避免故障隱患的長期存在,保證供電系統(tǒng)運(yùn)行中的可靠性。
根據(jù)聯(lián)通動(dòng)力維護(hù)規(guī)程,蓄電池組使用三年必須進(jìn)行容量試驗(yàn),使用六年后每年進(jìn)行一次容量試驗(yàn),準(zhǔn)確地監(jiān)測電池組的容量,確保在市電和電源設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),蓄電池組能夠保障通信設(shè)備續(xù)航的時(shí)間。
1 蓄電池組的容量測試方法
蓄電池組容量的測量,視情況不同可用下列三種方法進(jìn)行測量。
(1)離線式測量法
在采用離線式測量法進(jìn)行蓄電池的容量試驗(yàn)時(shí),應(yīng)按下述步驟進(jìn)行:
①將充滿電后的蓄電池組脫離供電系統(tǒng)靜置1～24h,在環(huán)境溫度為25±5℃的條件下開始放電;
②放電開始前應(yīng)測量蓄電池的端電壓,放電期間應(yīng)測記蓄電池的放電電流、時(shí)間及環(huán)境溫度,放電電流波動(dòng)不得超過規(guī)定值的1%;
③放電期間應(yīng)測量蓄電池的端電壓及室溫,測量時(shí)間間隔為:10h率放電30min、3h率放電20min、1h率放電5min。在放電末期要隨時(shí)測量,以便準(zhǔn)確地確定達(dá)到放電終止電壓的時(shí)間;
④放電電流乘以放電時(shí)間即為蓄電池組的容量。蓄電池按10h率放電時(shí),如果溫度不是25℃時(shí),則應(yīng)將實(shí)際測量的容量按下式換算成25℃時(shí)的容量Ce:
(1)式中,t——放電時(shí)的環(huán)境溫度(℃);
K——溫度系數(shù);
10h率放電時(shí),K=0.006/℃
3h率放電時(shí),K=0.008/℃
1h率放電時(shí),K=0.01/℃
Cr——試驗(yàn)溫度下的電池容量。
⑤放電結(jié)束后,要對蓄電池組充電,充入電量應(yīng)是放出電量的1.2倍。
電池組離線放電原理圖如圖1所示。
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利用離線式測量方法進(jìn)行電池組容量試驗(yàn)時(shí),應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:
①電池組離線式容量試驗(yàn),測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,電池組實(shí)際容量計(jì)算方便,便于了解電池組實(shí)際容量。但當(dāng)該供電系統(tǒng)只剩下一組電池后備,系統(tǒng)備用電池供電時(shí)間明顯縮短,且不清楚在線電池組是否存在質(zhì)量問題;尤其使用六年以上的電池組,一旦市電中斷,該電池組對通信設(shè)備放電保障風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)增大。所以用此種方法對電池組進(jìn)行容量試驗(yàn)時(shí),要求柴油發(fā)電機(jī)組必須處于最佳工況狀態(tài),以確保發(fā)電機(jī)組、開關(guān)電源等設(shè)備正常運(yùn)行;
②放電結(jié)束后的電池組充滿電后再并入供電系統(tǒng),此時(shí)與在線電池組間存在電壓差,若操作不當(dāng)將引起開關(guān)電源對并入的電池組進(jìn)行大電流充放電,產(chǎn)生火花,易發(fā)生安全事故。為了解決打火花問題,必須調(diào)整開關(guān)電源輸出電壓,然后與充滿電的電池組電壓相等后進(jìn)行并聯(lián)浮充;
③利用離線式測量方法時(shí),放電方式操作難度偏大,既要脫離電池組的正極電源線,又要脫離電池組的負(fù)極保險(xiǎn),尤其是脫離電池組負(fù)極保險(xiǎn)時(shí),需要特別小心并做好絕緣處理。操作不當(dāng)引起負(fù)極短路,將造成系統(tǒng)供電中斷和人身安全事故的發(fā)生。同時(shí)放電電池組通過假負(fù)載以熱量形式消耗,浪費(fèi)電能,增大了機(jī)房空調(diào)的制冷時(shí)間,影響機(jī)房設(shè)備運(yùn)行環(huán)境,需要維護(hù)人員時(shí)刻守護(hù),以免假負(fù)載高溫引發(fā)通信供電設(shè)備故障;
④關(guān)電源直流輸出電壓為46.4V,使電池組直接對實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行放電至開關(guān)電源直流輸出電壓保護(hù)設(shè)置值。由于電池組放電電流大,應(yīng)按電源維護(hù)規(guī)程考慮48V供電范圍40～57V的最低供電低壓門限,電池組至設(shè)備供電回路全程壓降3.2V及電池單體放電最低1.8V的要求考慮。為了保證供電系統(tǒng)安全,所以帶實(shí)際負(fù)載的放電電流和放電時(shí)間掌控較困難,對電池組容量評估不夠準(zhǔn)確,對電池性能測試存在不確定因素,尤其對使用3年以上電池組性能檢測難以達(dá)到試驗(yàn)的預(yù)期效果。
(2)在線式測量法
在利用在線式測量法進(jìn)行蓄電池組容量試驗(yàn)時(shí),應(yīng)按如下步驟進(jìn)行:
①在供電系統(tǒng)中,關(guān)掉整流器或降低整流器輸出電壓后,由蓄電池組放電供給通信設(shè)備,在蓄電池組放電中找出蓄電池組中電壓最低、容量最差的一只電池來作為容量試驗(yàn)的對象;
②恢復(fù)整流器至正常工作狀態(tài),對蓄電池組進(jìn)行充電,等蓄電池組充滿電后穩(wěn)定1h以上;
③對①中放電時(shí)找出最差的那只電池進(jìn)行10h率放電試驗(yàn)。放電前后要測記該只電池的端電壓、溫度、放電時(shí)間和室溫。以后每隔30min測記一次,放電快到終止電壓時(shí),應(yīng)隨時(shí)測記,以便準(zhǔn)確記錄放電時(shí)間;
④放電時(shí)間乘以放電電流即為該只電池的容量。當(dāng)室溫不是25℃時(shí),應(yīng)按式(1)換算成25℃時(shí)的容量;
⑤放電試驗(yàn)結(jié)束后,用充電機(jī)對該只電池進(jìn)行充電,恢復(fù)其容量;
⑥根據(jù)測記的數(shù)據(jù)繪制放電曲線。
在利用在線式測量法進(jìn)行蓄電池組容量試驗(yàn)時(shí),應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:
①若兩組電池的單體電池都有失容、落后等質(zhì)量問題,其放電至輸出保護(hù)值的時(shí)間,不易被維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn),此時(shí)可能后備電池組容量所剩無幾,因此該放電方式比離線放電方式不安全系數(shù)更大。同時(shí)由于放電深度有限,對電池組的測試的目的無法達(dá)到,關(guān)鍵是在全容量放電的實(shí)踐中會(huì)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有些單體電池在放電前期電壓正常,但到中后期,有些落后電池才開始逐步暴露出來;
②這一部分落后單體電池,由于放電深度不夠而沒有被及時(shí)發(fā)現(xiàn),此放電方式只能大致評估電池組容量,而無法準(zhǔn)確檢測具體放電多長時(shí)間。同時(shí)兩組電池組間放電電流不完全均衡,各電池組將根據(jù)自身情況自然分?jǐn)傁到y(tǒng)的負(fù)載電流。落后電池組內(nèi)阻大、放電電流小,而正常電池組內(nèi)阻小、放電電流大。這就造成某些落后電池因放電電流不夠大而無法暴露出來,達(dá)不到進(jìn)行電池組放電性能質(zhì)量檢測目的。
(3)單組全在線式節(jié)能容量試驗(yàn)很明顯,離線式測量法和在線式測量法,在實(shí)際運(yùn)用時(shí),存在重大缺陷:
?工作量太大,耗時(shí)耗力,一年內(nèi)無法保證對所有的蓄電池組進(jìn)行一輪放電試驗(yàn),亦即蓄電池組得不到及時(shí)有效的維護(hù);
?這兩種測量方法追求的是結(jié)果而不是過程,所以當(dāng)發(fā)現(xiàn)該組蓄電池有質(zhì)量問題時(shí),可能問題在很早以前就存在了。也就是說,即使非常嚴(yán)格地按照維護(hù)規(guī)程進(jìn)行著維護(hù),仍然無法確保在用蓄電池的性能良好、保證通信網(wǎng)絡(luò)的順暢運(yùn)行;
?離線全容量放電測試存在嚴(yán)重的安全隱患問題,操作不當(dāng)會(huì)對系統(tǒng)供電安全造成嚴(yán)重的影響,同時(shí)嚴(yán)重浪費(fèi)能源,而且放電結(jié)束后被測蓄電池組和系統(tǒng)存在巨大的壓差,回接系統(tǒng)相當(dāng)困難且危險(xiǎn)。而一些單位采用定期的在線式放電測試,雖然這種在線式放電測試相比離線放電測試,操作較簡單,也沒有電能的浪費(fèi)和電池組回接困難的問題。但是在線式放電測試是將系統(tǒng)電壓降低,系統(tǒng)上所有的電池組同時(shí)對實(shí)際負(fù)載放電,如果市電停了,系統(tǒng)上就沒有滿容量的電池組,同樣存在巨大的安全隱患問題。而在線式放電測試的放電深度不夠,且放電不恒流,不能準(zhǔn)確的測試出蓄電池的剩余容量,達(dá)不到檢測蓄電池性能的目的,給系統(tǒng)維護(hù)留下安全隱患。
