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        淺析地鐵弱電系統(tǒng)UPS蓄電池使用及維護(hù)

        2016-12-31 00:00:00相浩
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年18期

        摘 要:文章結(jié)合西安地鐵弱電系統(tǒng)UPS蓄電池性能及參數(shù),介紹蓄電池日常使用及維護(hù)方法,為相關(guān)人員提供參考和借鑒。

        關(guān)鍵詞:UPS電源蓄電池;使用;維護(hù)

        1 地鐵弱電系統(tǒng)UPS電源供電方式及特點(diǎn)

        根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50157-2013城市軌道交通的用電負(fù)荷按照用電可靠性要求及失電影響程度分為三級(jí)。一級(jí)負(fù)荷是最重要的負(fù)荷,如通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等弱電系統(tǒng),一旦失電將對(duì)乘客生命安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此西安地鐵弱電系統(tǒng)由兩路獨(dú)立電源經(jīng)過(guò)UPS供電。UPS電源選型為在線雙轉(zhuǎn)換式,UPS由市電輸入輸出濾波器、整流/PFC、DC/DC充電器、逆變器、旁路、電池和輸出功能模塊組成(如圖1所示)。當(dāng)市電正常供電時(shí),UPS可以看作是一臺(tái)穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源,經(jīng)過(guò)整流器、逆變器向負(fù)載輸出潔凈交流電的同時(shí)又向蓄電池組充電。市電停電時(shí),由蓄電池經(jīng)逆變器向負(fù)載供電。在線雙轉(zhuǎn)換式UPS除了具有過(guò)流報(bào)警、短路報(bào)警、過(guò)壓保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)功能外還有一個(gè)特點(diǎn),那就是不管有無(wú)市電供應(yīng),負(fù)載的全部功率都由逆變器提供,保證高質(zhì)量的電力輸出,這對(duì)于軌道交通精密的電子設(shè)備來(lái)說(shuō)非常重要。

        2 蓄電池參數(shù)及工作原理

        蓄電池是UPS的儲(chǔ)能裝置。市電正常供電時(shí),它依靠充電電路將市電提供的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)。市電斷電時(shí),它將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能釋放出來(lái)維持UPS不間斷供電。西安地鐵一號(hào)線弱電系統(tǒng)UPS采用荷貝克Power.com SB 12V 60Ah閥控密封式鉛酸蓄電池,額定電壓12V,額定容量60Ah,額定放電電流6A,每塊電池內(nèi)部封裝6個(gè)串聯(lián)的2V單體,終止放電電壓為1.8V/單體。蓄電池組數(shù)量根據(jù)各系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求所要滿足的后備時(shí)間的長(zhǎng)短而不同,電池間采用串聯(lián)方式連接。鉛酸蓄電池是由兩組極板插入稀硫酸溶液中構(gòu)成的。電池在充電后,正極板為二氧化鉛PbO2,負(fù)極板為海綿狀鉛Pb;放電后,在兩極板上都產(chǎn)生細(xì)小而松軟的硫酸鉛PbSO4,充電后又恢復(fù)為二氧化鉛PbO2和鉛Pb。(如圖2所示)

        2.1 充電

        充電方式有兩種:均充和浮充。均充指恒大電流充電,其特點(diǎn)是充電速度快,持續(xù)時(shí)間短。蓄電池放電后可以用均充法快速補(bǔ)充電能。使用均充法還可以消除個(gè)別電池的電壓偏差,使電壓趨于平衡。浮充指恒壓小電流充電,其特點(diǎn)是充電時(shí)間長(zhǎng),充電速度慢,目的是補(bǔ)充電池由于自放電而虧損的小部分容量并增加充電深度。兩種充電方式之間的轉(zhuǎn)換由UPS監(jiān)控模塊自動(dòng)控制。西安地鐵弱電系統(tǒng)UPS的充電程序?yàn)橄染湓俑〕?,根?jù)電池放電程度,一般先均充12-48小時(shí)后再開始浮充。最大均充電流為6A,最高限壓為2.35-2.40V/單體。最大浮充電流為0.12A,浮充電壓為2.25V/單體。

        2.2 放電

        放電有兩種情況:一是市電掉電或電壓波動(dòng)在UPS工作范圍之外UPS主機(jī)自動(dòng)切換為電池供電。二是為延長(zhǎng)電池壽命而人工進(jìn)行的周期性放電作業(yè)。根據(jù)西安地鐵供電情況,自動(dòng)切換主要發(fā)生在夜間雙電源倒閘期間,倒閘結(jié)束則自動(dòng)轉(zhuǎn)入市電供電并同時(shí)對(duì)電池充電。而為延長(zhǎng)電池壽命所做的放電作業(yè)周期為三個(gè)月,放電時(shí)間較長(zhǎng),需注意避免電池深度放電,當(dāng)單體電壓低于1.8V時(shí)繼續(xù)放電易形成不可逆硫酸鹽化,使充電恢復(fù)能力變差,嚴(yán)重?fù)p害電池,縮短其使用壽命。

        3 電池性能檢測(cè)

        由于西安地鐵弱電系統(tǒng)UPS蓄電池采用的是密封式鉛酸蓄電池,充電時(shí)幾乎沒(méi)有腐蝕性氣體釋放,并且電解液的消耗非常少,在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)不需添加蒸餾水,所以對(duì)于電池性能的檢查主要在于以下兩點(diǎn):電池電壓和電池容量。

        3.1 電壓的檢測(cè)

        電池電壓要在長(zhǎng)時(shí)間浮充后測(cè)量,每單體電壓為2.25V,整塊電池電壓為13.5V;若是在均充狀態(tài),每單體電壓在2.35V-2.40V之間,整塊電池電壓在14.1V-14.4V之間。

        3.2 容量的檢測(cè)

        常溫下,電池的容量是電池達(dá)到放電終止電壓的時(shí)間及放電電流大小的乘積。參照IEC896-11/DIN EN60896-11標(biāo)準(zhǔn),鉛酸蓄電池一般進(jìn)行10小時(shí)率容量測(cè)試。放電電流I=60Ah/10h=6A,放電終止電壓為1.8V/單體,記錄每單體電壓下降至1.8V所用的時(shí)間T,則測(cè)量出的電池容量C=I×T。只要測(cè)出的電池容量大于其額定容量,我們就判定電池容量合格。

        4 電池維護(hù)

        (1)在日常巡檢中應(yīng)密切觀察電池的外觀,表面灰塵用干的無(wú)紡布擦除。電池的端極柱容易發(fā)生微小的電化學(xué)腐蝕,為了防止電池極柱氧化腐蝕,需定期向極柱添加防護(hù)油。運(yùn)輸安裝過(guò)程中的磕碰有可能產(chǎn)生肉眼看不見(jiàn)的裂紋,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的充放電后,裂紋擴(kuò)大會(huì)導(dǎo)致漏液,從而腐蝕電池架甚至造成鋼結(jié)構(gòu)柜體的損壞。如果有電解液溢出,應(yīng)用氫氧化鉀溶液中和,然后徹底沖洗整個(gè)區(qū)域。若皮膚接觸電解液,需用清水充分沖洗。

        (2)電池外殼膨脹,破裂甚至漏液時(shí)一般會(huì)伴隨電池內(nèi)阻升高,溫度上升的現(xiàn)象,需要及時(shí)更換故障電池。由于大量電池串聯(lián),整個(gè)電池組端電壓會(huì)達(dá)到DC430V以上,對(duì)人身構(gòu)成致命威脅。因此更換電池的全程應(yīng)穿戴絕緣手套和護(hù)目鏡,做好防護(hù)。更換電池首先要斷開電池充電器和輸出空開,松開螺母并拆除電池的連接片,拆除電池,檢查電池架、絕緣子、基座板處在良好狀態(tài)并更換任何有缺陷或可疑的零件。安裝新電池,一定注意極性順序,即新電池的正極連至前一個(gè)電池的負(fù)極,負(fù)極連至后一個(gè)電池的正極。

        (3)電池最佳工作溫度在15℃-25℃之間,溫度過(guò)低會(huì)減少電池容量,溫度過(guò)高會(huì)縮短電池使用壽命,實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)表明,溫度每升高10℃,化學(xué)腐蝕速率加快一倍,電池壽命減少一半。另外,在實(shí)際使用中應(yīng)考慮到不同位置電池的溫度差異,由于UPS主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)散發(fā)大量熱量,如果柜內(nèi)通風(fēng)不好,或者電池距離UPS主機(jī)過(guò)近,會(huì)造成個(gè)別電池溫度升高影響其壽命,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性造成影響。這一點(diǎn)需要在設(shè)計(jì)安裝時(shí)格外注意。

        5 結(jié)束語(yǔ)

        蓄電池作為UPS的儲(chǔ)能裝置,在市電失電時(shí)為負(fù)載供電,蓄電池的性能直接決定了通信、信號(hào)、火災(zāi)報(bào)警等弱電系統(tǒng)的工作狀態(tài),關(guān)系到乘客的生命安全。作為軌道交通運(yùn)營(yíng)維保人員,應(yīng)盡可能使蓄電池性能長(zhǎng)期保持在高質(zhì)量、高可靠性、高安全性的水平上。

        參考文獻(xiàn)

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        [2]中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].中國(guó)電力出版社,2007.

        [3]GB50157-2013.地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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