某通信机楼UPS 蓄电池鼓包疑难故障案例分析

［慕家骁 范永聪 宗凌 张桂林 陈勇杰］

1 引言

某运通信电源系统被认为是通信网络的心脏和血液，而蓄电池则认为是心脏和血液的血库，它是保障通信网络畅通的最后一道关口，而蓄电池的维护也是电源维护工作的痛点和难点，由于集采后，厂家为了不断压价，造成蓄电池的质量也大幅度下降，每年由于蓄电池的故障所造成的通信电源故障占到总电源故障的70%以上，因此蓄电池的维护令维护人员头疼不已。而本文则为大家提供了一种最主要的故障原因。希大家可以借鉴。

2 机房现场电源设备情况

机房现场设备为某国际大品牌公司的2 台40 kVA UPS 单机组成1+1 系统，电池为2016 年启用的某品牌蓄电池。具体信息如下：

该套UPS 设备于6 月6 日由该著名UPS 厂家做了例行维保服务，更换了交、直流电容（使用年限5 年）以及风扇，并对该UPS 蓄电池进行了放电测试（测试时间20分钟），发现蓄电池放电性能较差。放电电流为16 A，放电10 分钟后发现多节单体电压下降到11.6 V，但未有蓄电池鼓包故障现象。

该运营商分公司维护人员在巡检时发现两台UPS 所带蓄电池组均出现鼓包现象，并使用维护万用表测量蓄电池充电纹波电压（采用万用表交流档进行测量），数值高达约7 V（远超维护标准），因此初步怀疑UPS 厂家工程师更换的直流滤波电容存在问题，才造成了UPS 直流母线纹波电压过大，从而引起蓄电池鼓包现象。

3 现场故障情况

2020 年7 月22 日，研究院电源空调专业团队受某省公司委托到某分公司进行电源专业“四不两直”安全检查。发现某机楼5 楼某品牌UPS 系统的配套某品牌蓄电池鼓包严重，如图1、图2 所示。如果再遇市电停电惟恐电池难以正常放电并发生事故。为此，研究院检查人员立即建议分公司维护人员联系厂家工程师于次日下午三方工程师技术人员一同赶到机房现场，共同进行调查分析及排查处理故障。

图1 某品牌12 V 蓄电池鼓包情况

图2 某品牌12 V 蓄电池鼓包情况

7 月23 日下午，三方到达现场后，经查看两台UPS均工作正常，蓄电池浮充电压404 V 左右（符合参数设置），厂家技术人员采用Fluke 287 C 万用表（精度较高）测量UPS蓄电池充电输出纹波电压约0.439 V，如图3、图4所示，再用Fluke 376 钳流表（精度较低）约0.4 V，两种仪表测试数据比较接近，且均符合设备典型纹波电压值（一般为小于母线电压的1%）。由此判断更换后的直流电容合规，工作正常，可以排除蓄电池鼓包的直接原因不应该是更换的电容所引起的纹波所引起，排除了分公司工程师技术人员的看法。

图3 用万用表量充电输出纹波电压0.439 V

图4 用钳流表测量充电输出纹波电压约0.4 V

经过查看UPS 历史记录，发现两台UPS 自6 月6 日蓄电池分别放电测试15 分钟，恢复主电开关以后，先进行了6 分钟的短时间均充，然后UPS 厂家技术人员对电池进行放电测试（约14 分钟）。测试结束后，UPS 对蓄电池连续进行了4 次12 小时的自动均充，每次均充状态间隔1 分钟，直到6 月9 日早上5:32 结束，此后一直保持浮充状态至今。

经过进一步查看原UPS 电池设置参数：（1）蓄电池寿命设置为48 个月（4 年，实际12 V 蓄电池组应该是5年）；（2）蓄电池均充设置为允许；（3）充电限流10 A；（4）转均充充电电流1 A（浮充电流大于1 A 自动转到入到均充状态，其实该机型默认值也是0.03C10～0.05C10，就是说浮充电流达到3～5 A 时，才能自动触发均充模式，然而之前不知何故，厂家维保人员却修改为0.01C10，即浮充电流达到1 A 就触发均充模式，令人费解。）；（5）均充保护时间720 分钟（均充时间达到12 小时后自动停止），如5 图所示。

4 故障原因分析

根据上述情况，基本可以推断分析故障的发生过程经过如下：

图5 红色标识UPS 系统原参数设置

（1）该套UPS 的两组某品牌电池已使用4 年（12V蓄电池使用寿命年限是5 年），蓄电池容量下降明显，但故障事故发生前蓄电池外观正常，无鼓包现象。进一步查看UPS 历史记录，从2019 年1 月30 日（更早之前的历史已被系统清除）至2020 年6 月6 日维保前，UPS 设备系统对蓄电池进行了12 次均充，但最长时间不超过15 分钟，说明UPS 设备在维保以前的均充时间设置比较短，仅为15 分钟，且短时间UPS 设备系统对蓄电池均充不会造成蓄电池鼓包故障现象。

（2）该套UPS 设备系统维保更换电容后，重新开机，UPS 控制逻辑认定该蓄电池为新接入蓄电池，因此开启均充6 分钟后转入浮充。但随后进行14 分钟放电测试，放电后UPS 设备系统通过自动均充来充满蓄电池，然而可能由于蓄电池使用时间较长，已达到4 年，其内电荷自保持能力较差，使得浮充充电电流始终大于1 A，触发了UPS 设备设置的1 A 均充触发条件（其实该机型默认值是浮充电流达到3～5 A 时，才能自动触发均充模式，但不知厂家维保人员为何修改为1 A），从而导致 UPS 设备系统反复开启均充充电模式，直至蓄电池内部开路才停止均充（真是万幸！否则UPS 设备系统一直会这样反复均充下去，很可能就会造成蓄电池组自燃的可怕后果！）在此期间，蓄电池已经连续均充了4 次，达48 小时（每隔12 小时均充才暂停1 分钟，就又开始均充模式）。经过长时间多次均充后，蓄电池最终产生鼓包现象，甚至连排气阀都已发生变形。

5 结论

根据以上现象和分析，本次UPS 设备系统造成蓄电池故障的原因如下：

（1）直接原因是UPS 设备系统对蓄电池充电参数设置不够合理，造成了UPS 设备系统连续48 小时不断对蓄电池均充（每次仅间隔1 分钟），即使是新安装的蓄电池也无法承受如此长时间的连续强均充，从而导致此次蓄电池发生鼓胀变形故障现象。

（2）该UPS 设备系统型号是早期产品，功能欠缺。该型号UPS 机型比较老旧（20 年前设计的产品），没有“均充间隔保护时间”（友商默认设置为7 天）设置功能，从而造成连续多次均充现象。

（3）客观原因是蓄电池性能老化（已使用4 年），放电容量下降，电荷自保持能力过差。

6 月6 日前设置的均浮充转换电流值不够合理（100 AH蓄电池仅为1 A），其实UPS设备系统默认值也是3～5 A，然而厂家维保人员竟修改为1 A，令人费解。

（4）由于UPS 设备系统运行时间长（14 年），已超过报废年限，检测误差难以避免，可能因为检测充电电流不准而造成连续均充。

（5）很侥幸，蓄电池组中有单体蓄电池开路后才避免了UPS 设备系统在连续4 次均充后，还会不断继续对蓄电池进行反复均充而可能引起蓄电池起火的可怕后果。

5.1 故障补救处理措施

补救措施包括两个方面：

其一、暂时修改UPS 蓄电池充电参数，包括：

（1）将UPS 设备系统均充设置为禁止；

（2）浮充转均充触发电流调整3 A（其实调整到3 A 也有些偏低了，因为默认值最低也是3 A，原来设置为1 A）；

（3）均充保护时间调整为1 小时（原来为12 小时）。

其二、分公司将该两组蓄电池更换为备用蓄电池，但备用蓄电池容量仅为50 Ah，只能作临时应急之用。后续计划将该套UPS 设备系统的负载割接到其他电源，彻底解决供电安全问题。

6 结语

运营商每年花不少费用请厂家进行UPS 设备系统进行维保，然而却因为厂家维保人员的马虎大意，甚至将UPS 设备系统的默认值也修改错误，实在令人难以置信，为此建议UPS 设备系统厂家应该足够重视后续的维保业务，不能再犯如此低级的错误，提高维保质量；同时建议运营商应该对UPS 设备厂家的后续维保业务也予以重视，并进行考核，以不断提高UPS 设备系统安全可靠的运行。