一般來說,UPS的接地系統應符合IEC60346標準關于低壓接地系統的規定。這就意味著對于大部分UPS來說,電池組的中心線和電池架都是接地的。所以當電池組中有電池出現漏液,并且漏出的電解液流到電池架時,電池組間就會形成短路從而引發事故。
對于以上故障,比如電池的明顯漏液和電池連接的松動可以通過外觀的查看和定期巡檢發現。但這些手段終究不能再故障發生的時候就立即發現,所以很多時候發現問題之時可能也是事故發生之日。
那么有沒有辦法從根源上進行預測,或者有效延緩呢?對于連接條總動,可以通過電池的連接電阻和溫度變化來檢測。對于熱失控,從上面的原因分析我們可以得出一個結論:引發這些故障的最重要的一個原因就是過充電。如果能延緩或者杜絕過充電的發生,那么也就意味著可以做到有效的延緩和提前預防事故的發生。而對于電池漏液,可以通過監測電池輸出對地的絕緣性能和電池漏電檢測來判斷。
圖5中蓄電池是某運營商分公司單組24節蓄電池的實時采集的電池正常運行時的內阻數據。從圖中可以看出,蓄電池組單節電池的內阻屬于正常范圍,且一致性較好,內阻值均在0.2～0.3mΩ之間。
電池投運一段時間后,如果連接條松動,會引起蓄電池的接觸電阻增大,勢必也會引內阻的測試值增大。為驗證內阻(包括連接內阻)與連接松動的關聯關系,將#21電池的螺母擰松后再次測試電池內阻,測試結果如圖6所示。
#21蓄電池內阻前后的變化之大,明確了內阻(包括連接內阻)與連接松動的直接關系。由此可見,通過監控電池之間的連接電阻,并對采集到的數據進行分析判斷,可以判斷電池是否有連接松動的風險,預防火災的發生。
蓄電池的熱失控主要是由于電池的過充和高溫引起的,所以只要能夠避免電池過充以及高溫就能有效的防止電池發生熱失控。
蓄電池智能管理系統7x24h實時監控蓄電池的狀態,當系統發現電池的浮充電壓過高或者均充時間過長時都會產生相應的告警推送給相關運維人員,運維人員根據系統的維護指引進行相應的處理,可以有效的防止電池過充電;
通過蓄電池智能管理系統實現了精細化的充電管理,系統需準確測量并計算電池的充放電量,當系統檢測到電池充滿電時,自動停止充電,避免造成電池組過充電。對于浮充場景,在電池不放電情況下,系統應定期補充電來補償電池因自放電而損失的電量。當電池充滿電后,系統自動終止充電,避免因持續浮充電造成的過充電,使得電池組始終保持其最佳的狀態,并且有效延長了電池使用壽命;
蓄電池智能管理系統通過對電池充電進行智能管理。當電池接近充滿的狀態下,如果檢測到環境溫度出現異常升高的現象,系統下發指令并通過智能控制模塊使電池進入休眠模式(無充電電流),當電池溫度下降到正常狀態后,再繼續對電池進行充電。這樣可以有效的防止溫度和電流的互相促進形成的惡性循環,從而杜絕熱失控的發生。
隔離輸入型UPS
常用的UPS拓撲結構包含一個輸入隔離變壓器,用于調節整流器的輸入電壓,并將整流器與電源隔離。這種設計的優點是UPS電池基本上是與地隔離的,所以在直流電源通路與地之間沒有電氣連接。圖7為帶隔離變壓器的UPS輸入電路圖。
對于此類隔離輸入型的UPS,由于直流電源通路與地之間沒有電氣連接,所以正常情況下正、負直流母線對地的絕緣電阻應為無窮大;而如果當直流電路中發生接地故障時,而不管在系統直流回路中的哪一點發生接地故障,都會引起系統母線絕緣電阻的降低。
表1為實驗室搭建的隔離輸入型UPS環境,漏液前后系統母線絕緣電阻值和漏電流值的變化。
所以可以對直流輸出與地的絕緣電阻進行檢測,通過正負極母線對地絕緣性能的變化,判斷是否發生電池漏液或者其他接地故障。目前對絕緣電阻檢測的方法有平衡橋和非平衡橋檢測法。
非隔離輸入型UPS
非隔輸入型UPS的電路中不包含隔離變壓器,整流器無需對輸入電壓進行調節,并且不需要將整流器與電源隔離。與具有輸入隔離變壓器的UPS相比,該設計的優點是具有更高的效率和更低的成本。這種設計的主要缺點之一是缺乏輸入隔離變壓器在UPS電池上提供電氣接地參考,從而使直流電路與地之間是一種非隔離的狀態。圖8為非隔離輸入的UPS的電路圖。
對于非隔離型UPS,直流電路與地之間處于非隔離的狀態,所以當直流電路中出現接地故障時,正負極母線對地的絕緣電阻也不會發生太大的變化,所以難以根據絕緣電阻的變化來判斷電路是否發生了接地故障。對于此類UPS應采用正負母線電流求和檢測電路對接地故障進行檢測。所謂直流電流求和檢測即通過霍爾傳感器檢測正極母線和負極母線直流電流疊加之和,正常情況下,正極母線和負極母線電流之和應為零。若電路中出現接地故障,則電池母線和故障點間會形成回路從而造成漏電現象,此時正負極母線電流之和不為零;
表2為實驗室搭建的非隔離輸入型UPS環境,漏液前后系統母線絕緣電阻值和漏電流值的變化。
所以通過檢測正負母線電流之和可以有效的檢測直流電路中是否存在著電池漏液或者其他接地故障。
其他預防措施
當然,任何的檢測手段都有一定的局限性,另外比如電池漏液故障也具有其復雜性(不同程度,不同位置,不同類型,不同時期都會導致不同的事故現象和電氣特性),如何避免安全事故,做到萬無一失,還需要從各個方面綜合考慮和強化,比如:
?加強制造過程的工藝控制和檢測,提高產品質量控制水平;
?安裝運輸過程輕拿輕放,安裝過程中仔細檢查外觀有無漏液現象,及時清理更換漏液電池;
?在電池架上增加漏液托盤保護;
?定期的人工巡查。
通過對鉛酸蓄電池起火原因的分析,
可以通過以下途徑對火災隱患進行檢測與預防:
蓄電池連接松動主要是由于安裝時沒有緊固或過緊、或是電池使用一段時間后因為連接條金屬的熱脹冷縮造成。當蓄電池放電或較大電流充電時,因連接松動造成連接部件間電阻過大、熱量積累、溫度升高,進而引起電池塑料外殼的起火。對于蓄電池連接松動,需要監測蓄電池接線端子處的溫度情況,同時監測電池的連接內阻,當接線端子處溫度發生變化或者連接內阻發生變化時,及時發出告警,防止電池火災的發生;
對于蓄電池熱失控的預防,需要對電池進行精細化的充電管理,通過充電管理避免蓄電池日常浮充時以及異常高溫時的過充電,從而避免故障的發生;
對于各類UPS蓄電池漏液的檢測,可以按表3進行監測。
