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UPS供电系统的蓄电池选择、配置以及维护

发布日期:2020-10-14 作者:admin 点击:

1概述
大型石化企业的突出特点是原料和产品多为易燃、易爆、有毒、腐蚀性物质:生产过程连续,自动化程度高,工艺复杂,设备种类多,稍有不慎。可能会发生极具破坏性的事故。因此,石化企业对提供可靠电源的UPS供电系统的可靠性、连续性和安全性提出了很高的要求。
UPS供电系统在各行各业数据中心的供电保障中起着重要的作用。为了给负载提供不间断的电源,它必须具有电能储存的功能。因此,电池已成为UPS电源系统的重要组成部分。然而,由于电池本身或管理方面的原因,很多UPS故障都是由电池引起的。因此,必须加强对电池特性的认识,正确选择和使用电池,尽可能延长电池的使用寿命。同时,如何对电池进行管理也成为各个UPS厂商和行业用户研究的重点问题。
本文就目前大型UPS系统中广泛使用的阀控密封铅酸蓄电池在UPS供电系统中的作用、工作原理、配置、选型、安装、维护等方面进行了论述。
2电池在UPS供电系统中的作用和意义
在UPS供电系统中,大部分电池都是免维护电池。UPS电源系统中电池的主要功能是储存电能。一旦主电源中断,电池就会放电并提供给逆变器。逆变器将蓄电池释放的直流电转换为正弦交流电,维持UPS的功率输出,保证负载在一定时间内正常用电。
当市电正常供电时,电池在整流充电电路中储存电能,同时平滑和过滤直流电路,并在逆变器过载时起缓冲作用。
在日常工作中,人们往往片面地认为电池是免维护的,并不重视。然而,由于电池的不合理使用,出现了电池电解液干涸、热失控、早期容量损失、内部短路等问题,严重影响了供电系统的可靠性。有数据显示,由电池故障引起的UPS主机故障或异常运行的比例约为60%。由此可见,加强UPS电池的正确使用和维护,对于延长电池的使用寿命,降低UPS供电系统的故障率具有越来越重要的意义。
三。电池类型
电池已广泛应用于UPS中,品种繁多、型号齐全、规格各异,但根据其基本性能可分为两类:酸性电池和碱性电池:
酸蓄电池:酸蓄电池的电解液一般由稀硫酸(H2SO4)或胶体硫酸组成,极板由铅铅和氧化铝PbO2组成,通过化学反应储存电荷,起到蓄电池储能的作用。
碱性电池:碱性电池的电解液一般由氢氧化钾KOH或氢氧化钠NaOH(苛性钠)组成。电池板根据电池的结构而不同。例如,镍镉电池的正极为氢氧化镍Ni(OH)3,负极为镉镉;铁镍电池的正极板为氢氧化镍Ni(OH)3,负极板为Fe-Fe;银锌电池的正极为过氧化银Ag2O3,负极为锌锌。
4铅酸蓄电池的工作原理
铅酸蓄电池是UPS和直流电源设备中常用的蓄电池。传统的铅酸蓄电池是开放式结构。在电池使用过程中,氢气、氧气和酸雾逸出,不仅污染环境,而且具有危险性。保养需要加水加酸,这已经被市场逐渐淘汰。目前,UPS电源系统中的电池大多采用阀控密封铅酸(VRLA)电池。阀控式铅酸蓄电池的主要优点是充电时正极板上产生的氧气通过复合反应还原为负极板上的水。在使用过程中,在规定的浮充寿命内不需要加水进行维护,故又称为免维护铅酸蓄电池。可以看出,免维护只是与普通电池相比,在运行过程中省去了添加纯水或蒸馏水以及调节电解液液位,并不是所有的维护工作都省去了。
阀控密封铅酸蓄电池的工作原理基本上遵循了传统铅酸蓄电池的工作原理。正极活性物质为二氧化铅(PbO2),负极活性物质为海绵状铅(Pb),电解液为稀硫酸(H2SO4),电极反应方程式如下:
  PbO2+2H2SO4+Pb≒2PbSO4+2H2O
5两种阀控密封铅酸蓄电池的比较
目前,阀控铅酸蓄电池主要有两种类型,即玻璃纤维隔膜阴极吸附密封铅蓄电池(如GNB、Hawker电池)和硅胶密封铅蓄电池(如德国太阳能电池)。
两块电池板相同:正极板栅采用铅钙锡铝四元合金或低锑多元合金,负极板栅采用铅钙锡铝四元合金。采用紧密装配和贫液设计,在电池上盖设置单向安全阀。由于采用了无锑铅钙锡铝四元合金,提高了负极析氢的过电位,从而抑制了氢的析出。同时,一个特殊的安全阀被用来保持电池在一定的内部压力。
这两种电池隔膜是不同的:即两种不同的方法,即超细玻璃纤维棉(AGM)隔膜和硅胶,用于;固定";硫酸电解液。它们都使用阴极吸收原理来密封电池,但为从正极释放的氧气到达负极提供的通道是不同的。对于AGM密封铅酸蓄电池,虽然蓄电池的大部分电解液都保存在AGM隔膜中,但必须防止电解液进入隔膜10%的孔隙。正极产生的氧气通过这部分气孔到达负极,并被负极吸收。对于胶体密封铅酸电池,电池中的硅凝胶是一种以二氧化硅颗粒为骨架的三维多孔网络结构,将电解液包裹在其中。注入电池的硅溶胶变成凝胶后,骨架会进一步收缩,导致凝胶中的裂缝渗透到正负极板之间,为从正极释放的氧气到达负极提供通道。
由此可以看出,这两种电池的区别在于电解液的使用方式;固定";而且负极通道供氧方式不同,所以两种电池的性能也不同。
6UPS供电系统中电池的配置与选择
在UPS供电系统中,可以说电池是这个系统的骨干。没有电池的UPS只能称为稳频电源。UPS之所以能实现不间断供电,是因为电池本身。在设计UPS时,首先要考虑选择什么类型的电池,即电池';额定电压,额定容量,以及应组合多少个电池芯。
(1) 电池额定容量的选择
因为电池的实际可用容量与放电电流的大小、系统电压、放电时间、电池的工作环境温度、电池的储存时间长短、负载的类型和特性等因素密切相关。电池的容量一般是指电池在20小时内以20小时的放电率放电到1.75伏/芯时的输出功率(W)°C。
(2) 电池指示灯的选择
内阻:应选择内阻较小的电池,以便在大电流下继续放电。如果内阻大,在充放电过程中耗电量会增加,导致电池发热。
浮充电压:在同一温度下,浮充电压值高意味着储能大,而劣质电池的浮充电压值一般较小。应在不同温度下校正蓄电池浮充电压值。
在大中型(数kVA至数千kVA)UPS中,应使用2V单芯串联电池,以避免使用小容量组合电池进行混合连接。
7蓄电池的使用与维护
7.1阀控密封铅酸蓄电池的使用环境和安装
作为备用电池,电池通常处于浮动状态,此时,电池仍在进行复杂的能量转换。浮充过程中使用的电能基本上转化为热能。因此,蓄电池所在的环境应具有良好的通风散热能力或有空调设备。
尽量将电池安装在清洁、阴凉、通风、干燥的地方,避免阳光、热源或辐射热源的影响,使电池具有良好的工作和储存环境。
一般情况下,蓄电池充电应在5%的范围内℃~35℃, 低于5℃ 或大于35℃ 会降低使用寿命,充电装置的电压应在规定的范围内,如果超过规定的范围,电池会损坏,容量会降低,寿命会缩短。
(1) 初始充电:电池安装或检修后的第一次充电称为初始充电。初始充电是否良好将严重影响电池的使用寿命。
(2) 浮充:为保证直流电源不间断供电,延长电池使用寿命,通常采用充电电源与电池组并联的浮充供电方式。
(3) 均衡充电:电池组在正常工作条件下通常不需要均衡充电。但如果发现电池组中单体电池之间的电压不平衡,则应均衡充电。
(4) 补充充电:蓄电池在储存、运输和安装过程中,由于自身放电而失去部分容量。因此,安装后投入使用前,应根据蓄电池的开路电压判断蓄电池的剩余容量,然后采用不同的方法对蓄电池进行充电。备用蓄电池应每3个月充电一次。
7.2阀控密封铅酸蓄电池的使用和维护
随着技术的不断发展,UPS的性能越来越好,平均无故障时间越来越长,整机的可靠性也越来越高。做好UPS中电池的使用和维护尤为重要。
(1) 为新电池充电
新蓄电池安装后,一般需要较长时间充电。应按照手册中的说明进行充电。电池组充满电后,进行放电,放电后再充电。目的是延长电池的使用寿命,改善电池活性和充放电特性。
(2) 定期充放电
UPS电池长期闲置或长期处于浮充状态而不放电,会使电池中的大量硫酸铅吸附到电池的阴极表面,导致内阻增大,活度降低,大大缩短了电池的使用寿命。对于电源良好的装置,a";治疗性;每三个月进行一次充放电过程,即电池在负载下进行充放电,并记录相关数据,将电池性能状态与之前的放电记录进行比较,对整个电池组进行维护和检查。只有当市电发生故障时,才能有效地保护负荷安全。
(3) 严禁深放
电池的使用寿命与电池的放电深度密切相关。深度放电会导致电池内板表面硫酸化,导致电池内阻增大,严重时会出现;反向极化;并且会对单个电池造成永久性损坏。电池的放电深度严重影响电池的使用寿命。唐';不得已,不要让电池处于深度放电状态。
(4) 定期测量蓄电池的浮充电压和内阻
随着UPS使用时间的延长,部分电池的充放电特性会逐渐恶化,内阻增大,端子电压明显下降。需要及时发现并更换,否则会影响整个电池组的使用。这种电池的性能无法通过UPS内部的充电电路来解决。继续使用会有隐患。维修人员需要定期测量和检查每个蓄电池的电压和内阻。如果电池超出范围,请及时确认。更换。
(5) 其他注意事项
①各电池组放电后及时充电;
②不要用过电流或过电压给电池组充电;
③蓄电池不应长期闲置,也不应长期漂浮而不放电。
8电池智能管理
正常情况下电池处于静态储存和备用工作状态。为了防止用户完全不知道主电源的中断,UPS将进入;自动关闭电池电压;在很短的时间内。因此,停止向负载供电。这就要求维护人员不仅要每天按规定的时间段进行现场检查,还要将电池管理纳入UPS监控系统。UPS实时监控电池的状态,并通过网络将电池的相关信息传送到值班室。或控制室,以便工作人员了解电池的状态,确保电池的工作质量。为了提高电池的使用寿命,减少维护工作量,降低维护成本。应建立良好的蓄电池维护系统,必须具备:
(1) 自动平均/浮动电荷转换。也就是说,在电源正常的情况下,电池是均匀充电的。电池放电后,电池会自动均匀充电,当电池充满电时,会自动切换到浮充。
(2) 充电电流限制。采用先恒流后恒压的充电方式。充电初期,充电电流较大。UPS将根据配置的电池容量自动将充电电流限制在0.1~0.2C,并对电池进行恒流充电,保证电池安全快速充电。当电池容量达到80%时,UPS将切换到浮动电压,以恒定电压为电池充电。
(3) 备份时间显示和低电压报警。当UPS因各种原因切换到电池供电时,用户需要及时了解系统的备份时间并采取相应的措施。当电池电压降到下限时,会发出警报通知用户,然后自动关机,防止电池深度放电。
(4) 温度补偿。当环境温度变化时,必须对浮子电压进行校正,校正系数为18mV/℃ (标称12V电池)。为便于计算,可分阶段修正。
当电池静置时,温度过高,电池的自放电加剧。建议电池使用条件为20℃~25℃. 如果温度过低,电池的放电容量会降低,充电接受能力也会降低。如果温度过高,反应加剧,导致失水和加剧腐蚀板。通过温度补偿改变电池的充电电压。当温度较高时,充电电压降低,使电池处于最佳浮动状态。
因此,确保电池使用的最佳解决方案是将环境温度控制在20℃°C至25°C、 控制放电次数、放电深度、放电和充电电流以及定期充电和放电循环。
9结论
以上综合分析了阀控密封铅酸蓄电池在UPS供电系统中的工作原理、配置和维护等,结合实际工作经验,提出了一些有效的方法,帮助用户提高蓄电池维护管理水平,更明确了电池在保证UPS供电系统安全运行中的重要作用。
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关键词:UPS供电系统的蓄电池选择、配置以及维护

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