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 　　在数据中心中,交流UPS系统是非常重要的关键基础设施,为负载提供不间断的供电,保障网络的畅通和设备的正常运行。其中,作为电能储存的蓄电池必定是交流UPS系统的重要组成部分。而由于蓄电池本身特性以及种种原因,目前人们对交流UPS系统用蓄电池的认识或多或少存在着误区,应用不尽人意。实际应用中,有许多交流UPS系统的事故或故障是由蓄电池引起。因此,有必要加强对交流UPS系统中蓄电池应用的要求和蓄电池特性的了解,正确选配和使用蓄电池,以保证其能够充分地发挥应有的作用。

　　长延时蓄电池与高倍率蓄电池

　　在数据中心使用的蓄电池按放电类别一般可分三类,即油机发电机组用的“瞬间大电流放电”和通信电源系统用的“长延时、小电流放电”以及交流UPS系统用的“高倍率放电”。

　　传统通信网络设备的供电中,通信电源系统的后备时间基本上都是按照设计负荷的数个小时进行设计和配置的。例如10h、8h,至少也有3～5h。蓄电池组基本处于“长延时、小电流”充放电工作状态,蓄电池的标称容量也是以10h放电率下的容量来标定的,例如100Ah/12V、200Ah/6V、1000Ah/2V等,都是按照10h率的放电电流可以释放的电能量分别为100Ah、200Ah和1000Ah。

　　对于大功率的交流UPS系统由于电压较高,多选用6V或12V的蓄电池。受蓄电池容量和并联组数以及投资成本等诸多方面的限制,其后备时间最低甚至只有15min。也就是说,其蓄电池组的放电率已经远小于10h率,而蓄电池组实际放电电流要远大于10h率放电电流。蓄电池的放电方式已经转变为介于传统的通信用后备蓄电池“长延时、小电流”与启动型蓄电池的“瞬间大电流放电”之间的“高倍率”放电方式。从目前的阀控式密封铅酸蓄电池的技术和工艺结构来说,按照“长延时、小电流”设计和生产的通信用后备电池是不能完全满足这种应用要求的。

　　同样是12V或6V单体的铅酸蓄电池,不同使用场合的选择是完全不一样的。应用在传统的通信局站、无线基站等场合,应该继续选用传统的“小电流、长延时”的通信用铅酸蓄电池;而用于数据中心交流UPS系统的蓄电池组,则应选用适合大电流放电的“高倍率”蓄电池组。两者不应混淆和滥用。

　　直流回路短路故障的危害

　　在数据中心中的供电电源系统可以分成交流和直流两个回路。与交流回路相比较,直流回路发生故障时的影响会更大。

　　主要原因有以下几方面:

　　1.蓄电池组短路危害性比交流电要大一般情况下,电气短路起火的首要措施是切断电源。对于交流电源而言,由于电能自上而下地来源于市电电网或柴油发电机组,当发生电气短路故障时,总会有一级保护器件产生动作,及时切断短路的电气电路。而当蓄电池组位于电源供电系统的末端,电能是自下而上提供的,只要越过了直流总配电屏的保护熔丝或蓄电池组的保护断路器,则不会再有其他的保护。发生短路故障时,往往无法有效地切断短路的电气电路。加上直流电流不像交流正弦波,没有过零点时的瞬间电动势为零,一旦发生电气短路极易引起蔓延。而发生短路后的阻抗仅取决于导线线阻和蓄电池组内阻,短路电流基本近似为无穷大,因此,蓄电池组直流电气短路的危害程度远大于交流电气短路。

　　2.导致网络中断事故

　　通信电源中的直流供电系统是保证通信网络设备供电不中断的核心系统,后备蓄电池组是通信网络的应急供电能源所在。对于直流供电系统中,蓄电池组是直接并联在整流器输出端的直流供电回路中,正是由于有后备蓄电池组的存在,市电停电或交流侧发生电气短路中断并不会直接导致通信网络的供电中断。同样,对于交流UPS系统,只要逆变器及后续电路正常工作,后备蓄电池组就能够发挥作用。然而,若直流电源系统特别是蓄电池组发生电气短路,必然造成直流电源系统的输出电压瞬间跌落,引起负载设备掉电,导致网络中断故障,严重影响信息通信的畅通。

　　3.引发机房火灾

　　发生蓄电池组电气短路后,若不能及时发现和切断回路,则必然引起火灾。蓄电池组的质量越好、电量越足,危害也越大。

　　因此,数据中心交流UPS系统中直流回路特别是蓄电池组的过流保护尤为重要。特别要注意必须在靠近蓄电池组侧配置电池保护箱,其内置开关应为直流型(或交直流两用型)断路器或熔断器,如多组蓄电池并联使用,宜设置总输出开关,且对每组蓄电池分别设置开关进行保护和操作。

　　蓄电池短路故障及漏液分析和检测

　　在交流UPS系统蓄电池组电气短路的起因中,蓄电池漏液造成对电池架短路或绝缘度下降,造成正负极通过电池架间接短路,一直是发生几率较高、最为难以判断和发现,但后果却非常严重的疑难故障。

　　漏液检测与预防措施

　　(1)选择正规、大品牌的电池

　　目前市面上充斥着大量山寨、翻新的电池,这种电池最大的优势是便宜,但风险极大;而且外壳材料可能采用二次料,比较脆、硬,容易破裂,导致漏液;甚至偷工减料,减少投入,外壳厚度不足,耐受不住使用过程中产生的正常压力或碰撞。

　　所以,从根本上要保障采购的电池产品是正规来源、大品牌的电池。目前国内市场上,英业达高功率蓄电池在行业应用广泛。

　　(2)选择有资质的工程安装人员

　　安装环节是极重要的过程,安装时,必须将电池包装去除,电池外壳将直接与电池架/柜接触,加上电池的重量,容易造成磕碰。若要做到轻拿轻放,需要的是极大体力、敬业精神与责任心,否则结果必然很不理想;且安装造成的电池外壳破裂在验收时根本看不出来,为后期埋下风险隐患。

　　建议选择有资质、管理严格、技术过硬及售后有保障的专业施工人员,确保整个施工过程有管控、有保障。

　　(3)物理隔离办法

　　消除一切可能的风险,防范于未然才能保证产品、设备的可靠运行,减少风险发现。将电池与电池架/柜隔离是一个有效的办法。采用不导电的塑料托盘(见图2),介于电池与架之间,当有漏液现象时,酸液会保留在托盘内,避免与电池架构成带电整体,可以有效避免触电。

　　(4)电池实时监测法

　　原理:漏液时,随着酸液的流失,电池对于电流传输能力下降,内部阻抗增加,最终表现出来的就是电池内阻增加、电压变化。通过判断电池内阻及电压的变化情况,即可判断电池存在异常。方法:选择一套合适的电池监测仪系统,实时检测每节电池的电压、温度、内阻,设定好报警值,当有异常时,提供声光报警,维护人员能够第一时间发现、处理,避免风险发生。

　　该设备能24h持续检测,及时了解电池参数,并能根据电池的历史数据,分析电池的变化趋势,及时掌握电池的寿命与状态,防范于未然。

　　(5)绝缘阻抗监测法

　　原理:针对电池回路与交流电回路隔离情况下,漏液时,电池酸液必将与电池架/柜接触,由于电解液的导电作用,此时,电池正负极与电池架之间的阻抗将变小,小到一定值,将产生触电风险。方法:选择一个合适的直流绝缘阻抗监测仪,实时检测电池正/极与电池架/柜的阻抗,设定好报警值,当有异常时,提供声光报警,维护人员能够第一时间发现、处理,避免风险发生。目前国内厂家已经有相应的成熟技术,检测准确、无误报,且成本较低。

　　(6)定期巡检法

　　三个月或半年进行一次检修、除尘、观察、阻抗测试等,根据列出的检查清单,进行相应的检查、记录,确保检查工作有效落实到位。该工作可以由用户自己安排,也可以委托电源厂家或第三方公司专业的售后服务人员进行。

　　总结:方法多样,关键是提前预防与定期检查,以上办法可以叠加使用(备注:3与5不能同时使用),将使风险发生概率减少多个数量级甚至完全消除。

　　结束语

　　近10年发生的电池漏液导致的安全事故,已经有多起,如起火、触电等问题,造成机房通信中断、设备损坏、财产损失等灾难。通过渠道选择、人员防范、物理防护、技术手段等方法,或是采用综合解决方案,将事故消防在萌芽状态,重点体现在预防措施,能有效避免事故发生。