Анализ отказа батареи ИБП в интернет-центре обработки данных

Электроэнергия телекоммуникационного узла считается кровью телекоммуникационной сети, а аккумулятор — ее резервуаром крови, обеспечивающим бесперебойную работу сети. Однако обслуживание аккумуляторов всегда было сложной задачей. Поскольку производители постоянно снижают цены после централизованных закупок, качество аккумуляторов значительно ухудшилось. Ежегодно более 70% сбоев в электроэнергетических системах телекоммуникаций происходят из-за проблем с аккумуляторами, что делает обслуживание аккумуляторов головной болью для обслуживающего персонала. В этой статье представлен анализ основных причин выхода из строя аккумулятора, который может послужить полезным справочником для других.

1. Обзор силового оборудования на объекте

Силовое оборудование объекта состоит из двух ИБП мощностью 40 кВА от известного международного бренда. Батареи установлены в 2016 году. Ниже представлена ​​подробная информация:

Информация об ИБП	Информация о батарее
Марка и модель: ИБП международной марки UL33	Марка и модель: 12 В 100 Ач
Конфигурация: 40 кВА, 2 агрегата в параллельной системе, каждый с нагрузкой примерно 5 кВт.	Количество батарей: 30 ячеек в группе, 2 группы, всего 60 ячеек.
Дата ввода в эксплуатацию: 2006 г. (10 лет службы)	Дата ввода в эксплуатацию: 2016 г. (5 лет службы)

6 июня производитель ИБП провел плановое техническое обслуживание, заменив конденсаторы переменного и постоянного тока (5 лет эксплуатации) и вентиляторы. Во время тестирования разрядки аккумулятора (20 минут) было обнаружено, что эффективность разряда аккумулятора была плохой. Ток разряда составил 16А, и через 10 минут разряда напряжение нескольких ячеек упало до 11,6В, но вздутия аккумуляторов не наблюдалось.

Во время проверки было обнаружено, что обе группы батарей ИБП имели вздутия. С помощью мультиметра они измерили пульсирующее напряжение зарядки аккумулятора (измеренное с использованием настройки переменного тока), которое достигло 7 В (что намного превышает стандарт технического обслуживания). В результате они первоначально подозревали, что конденсаторы фильтра постоянного тока, замененные инженерами производителя ИБП, были неисправны, вызывая чрезмерные пульсации напряжения на шине постоянного тока ИБП, что приводило к вздутию батареи.

2. Ситуация сбоя на месте

22 июля команда НИИ провела проверку безопасности в филиале. Они обнаружили, что батареи систем ИБП на 5 этаже здания сильно вздулись. В случае отключения электроэнергии в сети существовали опасения, что батареи могут не разрядиться должным образом, что потенциально может привести к аварии. В результате они немедленно рекомендовали обслуживающему персоналу филиала связаться с инженерами производителя, чтобы организовать совместное расследование на месте и устранение неисправностей со всеми тремя сторонами на следующий день.

Вздутие аккумуляторов 12 В

Днем 23 июля все три стороны прибыли на место. При проверке было установлено, что оба ИБП функционируют нормально, с плавающим напряжением аккумуляторов около 404 В (в соответствии с заданными параметрами). Инженеры производителя использовали мультиметр Fluke 287C (высокая точность) для измерения напряжения пульсаций зарядки аккумулятора, которое составило примерно 0,439В. Токовые клещи Fluke 376 (более низкая точность) показали напряжение около 0,4 В. Результаты обоих приборов были схожими и находились в пределах типичного диапазона пульсаций напряжения для оборудования (обычно менее 1 % от напряжения шины). Это указывало на то, что замененные конденсаторы постоянного тока соответствовали требованиям и функционировали нормально. Таким образом, ранее подозревавшаяся теория о том, что замена конденсатора вызвала чрезмерные пульсации напряжения и вздутие батареи, была исключена.

Мультиметр: 0,439 В

Токоизмерительные клещи: примерно 0,4 В.

Анализ исторических записей системы ИБП показал, что 6 июня оба блока ИБП прошли 15-минутную проверку разрядки батарей. После восстановления основного выключателя питания была проведена 6-минутная выравнивающая зарядка с последующим 14-минутным тестом на разряд батареи инженерами производителя. После испытания система ИБП автоматически инициировала четыре последовательных 12-часовых выравнивающих заряда, причем каждая фаза была разделена интервалом в 1 минуту, и завершилась в 5:32 утра 9 июня. С тех пор батареи оставались в режиме плавающего заряда.

Дальнейшее изучение исходных настроек батареи ИБП выявило следующее:

• Срок службы батареи был установлен на 48 месяцев (4 года), хотя фактический срок службы батареи 12 В должен составлять 5 лет.

• Для эквалайзера установлено значение «включено».

• Ограничение тока заряда было установлено на уровне 10А.

• Триггер для переключения на выравнивающую зарядку был установлен на 1 А (система автоматически переключится на выравнивающую зарядку, если ток плавающего заряда превысит 1 А, хотя значение по умолчанию для этой модели составляет 0,03C10 ~ 0,05C10, что означает, что срабатывает выравнивающая зарядка). когда ток плавающего заряда достигает 3-5 А. Однако по неизвестным причинам обслуживающий персонал производителя отрегулировал это значение до 0,01C10, что означает, что уравнительный заряд будет запущен, когда ток плавающего заряда достигнет 1 А).

• Время защиты уравновешенной зарядки было установлено на 720 минут (уравновешенная зарядка прекращается автоматически через 12 часов).

3. Анализ причин отказов

С учетом вышеизложенных обстоятельств процесс отказа можно проанализировать следующим образом:

• Две группы аккумуляторов данной системы ИБП прослужили 4 года (срок службы аккумуляторов 12 В — 5 лет), и емкость аккумуляторов существенно снизилась. Однако до поломки внешний вид батареи был нормальный, без признаков вздутия. Дальнейший анализ исторических записей ИБП с 30 января 2019 г. (записи до этой даты были удалены) по 6 июня 2020 г. показал, что система ИБП выполнила 12 выравнивающих зарядок, самая продолжительная продолжительность которых составила не более 15 минут. Это указывает на то, что продолжительность выравниваемой зарядки, установленная в системе ИБП перед техническим обслуживанием, была относительно короткой, всего 15 минут, и кратковременная выравнивающая зарядка системы ИБП не приведет к вздутию батарей.

• После технического обслуживания и замены конденсаторов система ИБП была перезапущена. Логика управления определила, что батарея была вновь подключена, поэтому она инициировала 6-минутную выравнивающую зарядку, а затем переключилась на плавающую зарядку. Однако после последующего 14-минутного теста на разрядку система ИБП автоматически начала выравнивающую зарядку для полной зарядки батарей. Из-за того, что батареи использовались в течение 4 лет, их внутренняя способность удерживать заряд ухудшилась, в результате чего ток плавающего заряда превысил 1 А, что привело к срабатыванию порога уравновешенной зарядки 1 А, установленного в системе ИБП (значение по умолчанию для этой модели составляет 3 ~ 5 А). ток плавающего заряда для запуска выравнивающего заряда, но по какой-то причине обслуживающий персонал изменил его на 1 А). Это привело к тому, что система ИБП неоднократно инициировала выравнивающую зарядку до тех пор, пока разрыв внутренней цепи батареи окончательно не остановил ее (в противном случае система ИБП продолжала бы повторяющуюся выравнивающую зарядку, что могло бы привести к возгоранию группы батарей). За этот период батареи прошли четыре непрерывных цикла выравниваемой зарядки в течение 48 часов (каждый цикл делал паузу всего на 1 минуту каждые 12 часов перед возобновлением выравнивающей зарядки). После такой длительной выравнивающей зарядки аккумуляторы со временем вздулись, деформировались даже выпускные клапаны.

4. Заключение

На основании вышеизложенных наблюдений и анализа причины выхода из строя аккумуляторной батареи в данной системе ИБП следующие:

• Непосредственной причиной стала неправильная настройка параметров зарядки системы ИБП, что привело к непрерывной выравнивающей зарядке в течение 48 часов с интервалом всего в 1 минуту между каждым циклом. Даже новые аккумуляторы не выдержали бы такой продолжительной и интенсивной выравнивающей зарядки, что привело бы в этом случае к вздутию аккумулятора.

• Модель системы ИБП представляет собой раннюю разработку с функциональными ограничениями. В этой более старой модели ИБП (разработанной 20 лет назад) отсутствовала настройка «защитного времени интервала выравниваемой зарядки» (другие бренды обычно устанавливают этот интервал равным 7 дням), что приводило к непрерывным множественным циклам выравниваемой зарядки.

• Работоспособность аккумуляторов ухудшилась из-за возраста (4 года эксплуатации), снизилась разрядная емкость и плохо удерживалась заряд. До 6 июня порог тока преобразования выравниваемого заряда в плавающий заряд был установлен неоправданно низким (всего 1 А для аккумуляторов емкостью 100 Ач). Значение по умолчанию для системы ИБП составляет 3–5 А, однако обслуживающий персонал необъяснимым образом изменил его на 1 А.

• Система ИБП проработала 14 лет, то есть значительно дольше срока вывода из эксплуатации, что делало неизбежными ошибки измерений. Эти ошибки могли привести к тому, что система неоднократно инициировала выравнивающую зарядку из-за неточного определения тока.

• К счастью, разомкнутая цепь в одном из аккумуляторных элементов не позволила системе ИБП продолжить повторяющиеся циклы выравниваемой зарядки после четвертой выравнивающей зарядки, что позволило избежать возможности возгорания батарей.

5. Меры по устранению неисправности

Меры по исправлению ситуации включают в себя два аспекта:

Сначала временно измените параметры зарядки аккумулятора ИБП:

• Отключите настройку выравнивающей зарядки в системе ИБП.

• Отрегулируйте ток срабатывания для переключения с плавающего заряда на выравнивающий заряд до 3 А (хотя 3 А все еще несколько мало, поскольку минимум по умолчанию составляет 3 А, но ранее он был установлен на 1 А).

• Установите время защиты выравниваемой зарядки на 1 час (ранее было установлено на 12 часов).

Во-вторых, филиал заменил две аккумуляторные группы на резервные, но резервные аккумуляторы имеют емкость всего 50 Ач, поэтому их можно использовать только во временных аварийных целях. В будущем планируется перевести нагрузку с системы ИБП на другие источники питания, чтобы досконально решить вопросы безопасности электроснабжения.

Оператор ежегодно тратит значительные суммы на обслуживание системы ИБП, однако из-за халатности и невнимательности обслуживающего персонала они даже ошибочно изменили заводские значения системы ИБП, что поистине невероятно. Производителю ИБП рекомендуется серьезно относиться к техническому обслуживанию своей продукции и избегать подобных элементарных ошибок в будущем, улучшая качество своих услуг по техническому обслуживанию. Между тем, оператору также рекомендуется уделять более пристальное внимание последующим услугам по техническому обслуживанию, предоставляемым производителем ИБП, и создать систему оценки для постоянного улучшения безопасной и надежной работы системы ИБП.