基于城市轨道交通UPS系统蓄电池维护研究

王金永

科华数据股份有限公司，福建厦门，361000

0 引言

现在一些通信机房以及大型数据中心普遍采用集中供电的方式，UPS系统是非常重要的设备，而且容量很大，该技术已经成熟，可以为轨道交通工程集中供电。UPS系统中安装有蓄电池，要保证持续供电，就要确保蓄电池不会存在质量问题，对其做好维护工作是非常必要的。

1 UPS系统的种类

UPS系统可以划分为三种，即后备式UPS系统、在线互动式UPS系统、在线式UPS系统。

其一，后备式UPS系统。当市电正常的情况下，在后备式UPS系统的运行中，市电发挥主要的电能供应作用，其将电能传输给负载单元，当市电的电能供应已经超出负荷，或者产生停电故障，就要对开关进行转换，由蓄电池进行逆变供电。此时，后备式UPS系统运行不是很稳定，有切换的时间，电能输出的时候，波形呈现方形。

其二，在线互动式UPS系统。在线互动式UPS系统运行的过程中，当市电处于正常状态的时候，市电将电能供应给负载单元，如果市电比较低或者非常高的时候，在UPS系统的内部有稳压线路，可以起到很好稳定电压的作用，之后输出，如果市电不能处于正常运行状态或者产生停电的现象，就要转换开关为蓄电池逆变供电，以维持持续供电。在线互动式UPS系统运行中电压稳定，有切换时间。

其三，在线式UPS系统。在线式UPS系统运行的过程中，当市电处于正常状态的时候，市电整流之后将直流电压提供给逆变器，逆变器将交流电提供给负载单元。当市电处于异常状态的时候，蓄电池向逆变器供应能量，逆变器持续运行，确保电源输出的持续性。在线式UPS系统所具备的特点是输入电压的范围非常宽，几乎没有切换的时间，而且输出的电压有非常高的稳定性[1]。如果对电源有很高的要求可以使用该系统，但是所投入的成本是非常高的。

2 蓄电池使用现状

UPS系统中，蓄电池所发挥的主要作用是对电能进行存储。以苏州市地铁一号线为例，其有很多设备都使用了UPS系统，而且每个设备都配备有阀控式密封铅酸蓄电池，以确保设备处于持续运行状态。从各种专业设备所安装的蓄电池情况来看，通信设备安装的蓄电池数量最多，为6888块；应急照明设备所安装的蓄电池为2440块；屏蔽门安装的蓄电池为1104块；BAS电源安装的蓄电池为1000块；高压供电设备安装的蓄电池为540块；门禁电源安装的蓄电池为432块；信号专业设备安装的蓄电池为424块；APS中央系统安装的蓄电池为48块。

3 阀控式密封铅酸蓄电池介绍

当前来看，阀控式密封铅酸蓄电池的应用非常普遍，其不仅使用便捷，而且成本非常低。

阀控式密封铅酸蓄电池为备用能量储存设备。该设备的正常使用过程中，会呈现出气密状态和液密状态。如果内部气压比预定值高，自动开启安全阀门，有气体释放出来。随着内部气压不断降低，自动闭合安全阀，确保其保持密封状态，外部空气就不会进入蓄电池的内部[2]。

阀控式密封铅酸蓄电池自身性能良好，其有很高的密封程度，电解液就好像凝胶，如果隔离板为高孔率的，就可以被吸收，此时通常不会处于流动状态，所以可以横着放置电池。这种类型的蓄电池极板栅材质为无锑铅合金，电池几乎不会存在自放电的现象。电池的正极以及负极周围均为隔离板，确保物质不会脱落，因此使用寿命比较长。与老式敞开式蓄电池相比较，体积要小一些，而从容量上来看却要高很多。当蓄电池处于长期运行状态的时候，不需要任何液体的补充，不会有酸雾产生，不释放气体。

阀控式密封铅酸蓄电池的优势如下。

其一，便于使用。这种类型的蓄电池在使用的过程中，只要将整流器充电电压控制好即可，由于浮充使用要求以及循环使用要求不同，恒压充电的过程中需要使用规定电压，电池充电的时候不需要值班人员监守，其中电池端的电压以及放电容量是非常重要的，需要定期检测[3]。

其二，安装简便。这种类型的蓄电池在制造完成之后，已经进行过一次小电流充电处理，为荷电出厂，安装过程中不需要经历初充电过程。如果放置时间过长，已经超过半年，就可以按照生产厂的有关规定进行电能补充，经过充电之后，实施放电检查并做好容量测试工作，对电池容量进行判断，明确其质量的可靠性。

4 蓄电池维护要点

4.1 合理控制电池间环境温度

UPS系统的电池要保持良好的运行状态，需要对环境温度合理控制，通常在20℃至25℃之间，确保电池更好地发挥其性能，使用寿命得以延长。

4.2 保护蓄电池充电放电

如果UPS系统所采用的是单体蓄电池、12V的端电压，要控制好浮充电压，通常在13.5V至13.8V之间。如果浮充电压持续维持在低水平状态，电池就不能充满；当浮充电压非常高的情况下，就会产生过压充电现象，导致电池的使用寿命缩短。所以，UPS系统蓄电池组的浮充电压通常设置为13.5V，也就是说，充电端的电压所采用的是过压保护电压[4]。

对蓄电池实施放电保护是延长电池寿命的有效方法。当电池处于放电状态的时候，UPS系统运行过程中对蓄电池组端电压要做好监测工作，采用实时监测的方法，能够随时了解电压变化信息。在电池放电的时候，端电压需要截止，保护装置启动，电池的电能供应被切断，确保电池放电的时候不会产生过度现象，以保护好电池的性能。

运行UPS系统对城市轨道交通系统进行供电的时候，能够保持稳定性，但是，要保证蓄电池有良好的性能，就要做好定期充电和放电工作。通常会采用人为放电方式，每间隔三个月就要按照后备时间进行放电，需要对电池容量有所了解，通过检查明确其是否能够对UPS系统的电能供应后备时间充分满足。如果电池处于持续浮充状态，就需要进行一次充放电，这样的操作能够延长电池使用寿命。

对蓄电池定期充电和放电是非常有好处的。通常每间隔三个月就要对蓄电池进行一次充电和放电，最迟不能超过半年。这样做的好处主要体现为两个方面：其一，能够检测蓄电池的容量并做好评估工作。其二，将硫酸盐化消除。需要注意的是，进行放电的时候对于其深度要充分掌握，控制在规定的范围内，否则会影响UPS系统蓄电池的放电深度，电池使用寿命也因此缩短。当电池放电的时候，其深度非常深的情况下，就要减少循环使用次数。进行放电的过程中，通常电压要控制在终止电压值，也就是说，总电压标称值88.5%是一个临界点，不能超过这个值，否则就会导致严重的后果。

4.3 实时监测电池容量

UPS系统的蓄电池要能够达到稳定持续供电的效果，就要对其容量做好监测工作，通常会采用专用的电池监控系统，监测采用远程在线方式，包括充电数据和放电数据都能够全面收集，详细记录，保证各项信息准确。将这些数据信息作为重要依据，将各个单体电池中容量的剩余部分计算出来。对蓄电池的容量进行在线监测的时候，所有的信息都会传输到监测报告中，自动生成报告，这就能够实时获得电池放电量，如此可以有效避免产生意外情况[5]。

4.4 定期检查端电压以及内阻

UPS系统蓄电池要在持续使用的过程中保证质量，就要按照规定定期检查端电压以及内阻，详细记录所获得的信息并做好核对工作，比较电池初始值。如果单体蓄电池的电压是12V，单体电池之间的端电压差异已经达到0.4V以上，或者内阻与初始值之间存在很大的差异，就要对单体电池进行充电，而且保证均衡性，防止由于单节电池存在故障问题造成电池组不能持续供电。

对于蓄电池的端电压值，每周都要进行一次测试。要合理控制电压，如果其处于非常低的状态，且一些电池长期持续充电，但充电不充足，就会导致浮充钝化的问题，不能使蓄电池的性能达到良好效果。如果电压非常高，就会增加溢出的气体量，气体再化合的效率不是很高。对蓄电池进行充电，平均电压值是2.35V，可以适当地升高，但是要控制在2.4V以内[6]。如果充电电压非常高，就会导致过大的充电电流，此时就会有热量产生，提升电解液温度，因此降低了电池内阻，此时充电电流会加大。就这样不断地循环，蓄电池就会产生变形或者开裂的问题，导致其性能不能充分发挥。

对于单体蓄电池，每个月都要进行一次电压值测量。当蓄电池处于串联状态的时候，由于是多个电池连接在一起的，电压不能保持均衡状态，此时就会有电池的容量相对落后，其主要体现为不能完全充电，对蓄电池进行放电的时候，会加重放电深度，充电的过程中就会更加落后。随着充电和放电的次数不断增多，就会出现不均衡的现象，落后电池不能很好地发挥性能。所以，对于单体蓄电池的电压值要定期测量，每个月都要测量并详细记录结果。如果蓄电池的电压不超过2.2V，就要做好均衡充电工作，保证其充电处于完全状态，防止个别落后电池存在而影响整个蓄电池组的性能。

4.5 清洁蓄电池

保持蓄电池清洁干燥，通气孔要通畅。只有蓄电池保持清洁，才能很好地发挥其性能，所以，每周都要做好卫生工作，电池以及机架会由于电池使用的过程中产生静电效应而布满灰尘，需要清除干净。如果蓄电池箱积累了很多的灰尘，就会造成蓄电池组连接点的位置不能正常接触，蓄电池进行充电和放电的时候，电压值就会发生改变，甚至导致故障问题。如果极板或夹头出现氧化物时应将其擦干净，将少许黄油涂在上面，避免产生腐蚀现象。对蓄电池进行擦拭的时候，要使用干布，也可以用毛刷将灰尘刷去，用吸尘器的效果是最好的[7]。

4.6 每天巡视蓄电池

工作人员每天都要巡视蓄电池，定时察看工作环境以及运行状态。通过嗅觉判断，如果空气中微酸气味弥漫，可以判断是蓄电池使用过程中有酸雾排出，此时就要及时通风。观察蓄电池的外形，如果产生变形，就要及时处理。查看蓄电池的端子以及安全阀是否有渗液产生，明确安全阀的启动是否正常，如果处于不正常状态，就要拆除旧的蓄电池，更换新的蓄电池。

4.7 不混合使用新旧蓄电池

不能将旧的蓄电池与新的蓄电池混合使用，这是因为处于充电状态下，新的蓄电池电压快速提升，旧电池不能被充饱，导致欠电压的问题经常存在，蓄电池不能很好地发挥作用，缩短使用寿命。

4.8 闲置蓄电池每三个月充电一次

蓄电池加足电解液，不得长期在充电不足的情况下放置，要定期充电，否则会造成电池报废。当蓄电池长期闲置的时候，负极位置就会有PbSO4结晶产生，非常粗大，不能保证有效充电，这就意味着出现不可逆硫酸盐化的现象，蓄电池还未达到使用寿命就不能很好地发挥其效能了。给蓄电池充电的时候，电压要符合要求，如果蓄电池为12V，充电标准电压为13.5V至14.5V，如果为24V，充电标准电压则为28V至29.9V。需要注意的是，电解液液面高度要超过无极板10mm至15mm，如果液面非常低，就要及时补充蒸馏水，此时不能补充电解液，在没有蒸馏水的情况下可以使用雨水或者雪水，注意不能使用河水，也不能使用自来水。

5 结语

通过上面的研究可以明确，从当前的轨道交通建设工程情况来看，其应用弱电自动化控制系统的过程中要保证供电质量，UPS电源集中供电可以满足要求。UPS系统中安装有蓄电池，其作为新技术产品，中国各个厂家没有采用统一的技术标准，也没有出台维护标准。在测定蓄电池品质的时候，无论是内容还是流程都非常复杂，当其投入使用之后，检测其特性存在一定的风险。如果UPS系统处于运行状态的时候电池产生故障问题，会导致严重的后果。为了保证其安全持续供电，就要在日常的工作中做好技术维护，使其更好地发挥功能。