埕島油田UPS蓄電池管理維護淺析

楊乾國，孫彭彭，胡志強

（中石化勝利油田分公司海洋采油廠，山東 東營257237）

0 引 言

UPS不間斷電源作為海上采油平臺自動化系統(tǒng)中的關鍵設備，在平臺失電的情況下保障各種應急處理的命令下達、命令執(zhí)行及數(shù)據(jù)反饋中起著重要作用。隨著埕島油田開發(fā)規(guī)模的不斷擴大，海上平臺自動化系統(tǒng)中所使用的UPS數(shù)量也在不斷增加，因此針對UPS的管理工作也顯得越來越重要，而判斷UPS不間斷電源優(yōu)劣的一項重要指標就是蓄電池的好壞。

UPS供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、持續(xù)性對蓄電池的優(yōu)劣有極強的依賴性，目前海三生產(chǎn)管理區(qū)自動化系統(tǒng)中共有26臺UPS不間斷電源，每年更換UPS蓄電池的資金約占UPS維護成本的70%左右。因此，在日常的工作中加強對蓄電池的管理維護，一方面可以提高應急狀態(tài)下UPS供電系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，另一方面，可以延長蓄電池的使用壽命，從而降低UPS供電系統(tǒng)的維護成本。

1 鉛酸蓄電池工作原理

蓄電池的工作原理從本質(zhì)上來說是氧化還原反應，放電時化學能轉(zhuǎn)換成電能，充電時電能又轉(zhuǎn)換成化學能。海三生產(chǎn)管理區(qū)海上平臺所使用的蓄電池均為免維護蓄電池，人們常說的免維護蓄電池正規(guī)名稱叫做閥控式密封鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池的正極是二氧化鉛，負極是鉛，電解質(zhì)為1．28%的稀硫酸溶液，其放電化學反應為二氧化鉛、鉛與稀硫酸反應生成硫酸鉛和水；其充電化學反應為硫酸鉛和水轉(zhuǎn)化為二氧化鉛、鉛與稀硫酸［1］，如下所示：

Pb（負極）＋PbO2（正極）＋2H2SO4＝2PbSO4＋2H2O（放電反應）

2PbSO4＋2H2O＝Pb（負極）＋PbO2（正極）＋2H2SO4（充電反應）

2 蓄電池管理維護現(xiàn)狀

UPS不間斷電源對電池有三個基本要求：即蓄電池有足夠的端電壓；啟動瞬間能夠輸出大電流；滿足一定的容量，以保證UPS帶負荷的時間。因此，可以通過對這三個方面進行檢測，來判斷蓄電池的狀態(tài)。

2．1 離線測量電池端電壓

在生產(chǎn)現(xiàn)場，有許多已失效的電池其浮充電壓仍然很高，而實際已無法帶負荷使用。因此，僅僅測量UPS的浮充端電壓無法判定蓄電池是否已經(jīng)失效，一般要用離線測量電池端電壓的方式來進行判斷。目前主要采用每三個月對UPS蓄電池進行離線測量端電壓，及時掌握蓄電池工作狀態(tài)。對于12 V電池而言，被測電池的端電壓為12 V左右，最低不能低于10．5 V，不足10．5 V的電池即為欠壓或已經(jīng)失效的電池，如果不及時進行更換，久而久之其他電池也跟著報廢。

2．2 測量蓄電池容量

傳統(tǒng)判別UPS蓄電池容量的方法是將整組蓄電池組脫離供電系統(tǒng)，并上電阻絲恒流放電，然后以最先達到放電終止電壓的某一單體蓄電池的放電時間與電流來推算其容量。目前海上采油平臺的主要做法是將UPS市電斷開，利用HIOKI 3511蓄電池檢測儀分別測量每塊蓄電池的容量、電壓、內(nèi)阻等數(shù)據(jù)來判斷蓄電池的好壞。另一種方法就是斷開UPS市電，使其帶負載放電（或接一個電加熱器）至某一電壓值，記錄蓄電池的放電時間，推算蓄電池的容量。該方法的主要缺點如下：

（1）放電時間長，且需要人工測試記錄，工作量大；

（2）UPS電池一般裝于箱式柜子內(nèi)，測試工作不容易開展；

（3）電阻絲或加熱器笨重且有紅熱現(xiàn)象，工作量大且不安全；

（4）電池進行深度放電，損害電池使用壽命。

2．3 UPS斷電試運，測試蓄電池瞬間輸出大電流的特性

一般UPS電源由市電供電轉(zhuǎn)為蓄電池供電的切換時間為4～5 ms左右。一旦市電供電中斷，UPS電池必須在4～5 ms時間內(nèi)輸出負載所需的電流。有些失效的蓄電池能夠滿足端電壓和容量的要求，但不能在少于4～5 ms放電電流達到大電流的要求，也是不合格電池。UPS電池瞬間不能輸出足夠大的電流，一般是由于電池長期沒有放電造成的，經(jīng)常放電或定期放電的UPS電池基本上不存在此問題。目前海三生產(chǎn)管理區(qū)主要采取每月進行斷電試運UPS，基本上杜絕了UPS不能帶負荷的問題。

3 影響蓄電池壽命的因素

閥控鉛酸蓄電池在使用時，雖然不用像普通的鉛酸蓄電池那樣需要人工添加蒸餾水等繁瑣的工作，但是在日常工作中，蓄電池的工作環(huán)境、安裝位置、充放電電流以及放電深度等因素，都會對蓄電池的使用壽命造成很大的影響。

3．1 環(huán)境溫度和安裝方式的影響

蓄電池容易受到外界溫度的影響，蓄電池工作的理想環(huán)境溫度為25℃。溫度過高時會產(chǎn)生自放電，溫度降低時輸出容量會減少。隨著溫度的降低，0℃時的容量大約下降到額定容量的90%，而在－20℃的時候大約下降到額定容量的80%；環(huán)境溫度過高，會使電池過充產(chǎn)生氣體，電池的容量也會下降。因此，在蓄電池的安裝使用過程中，蓄電池應盡可能安裝在陰涼、通風的地方，最好選擇帶有通氣孔的蓄電池箱。蓄電池在電池箱內(nèi)的擺放要注意立正放置，不可有傾斜角度，電池之間端子的連接要牢固。

3．2 充電電流對蓄電池的影響

充電時，如果電流過大會造成過流充電，過流充電會造成電池內(nèi)部的正負極板彎曲，使極板表面的活性物質(zhì)脫落，造成電池可供使用容量下降，引起電池變形；電流太小時電池將充不足電，造成電池虧電使用，引起電池過早硫化。電池充電電流一般以電池容量C的倍數(shù)來表示，舉例來講，如果電池容量C＝100 Ah，充電電流為0．1C則為0．1×100 A＝10 A。閥控鉛酸蓄電池的最佳充電電流為0．1C左右，充電電流不能大于0．3C［2］。因此，充電電流過大或過小都會影響電池的使用壽命。

3．3 放電深度對蓄電池的影響

在電池使用過程中，電池放出的容量占其額定容量的百分比稱為放電深度。蓄電池放電深度在10%～20%為淺循環(huán)放電；放電深度在30%～50%為中等循環(huán)放電；放電深度在60%～80%為深循環(huán)放電。深度放電會造成蓄電池內(nèi)部的極板表面硫酸鹽化，導致蓄電池的內(nèi)阻增大［3］。放電深度的高低和二次電池的充電壽命有很深的關系，當二次電池的放電深度越深，其循環(huán)使用次數(shù)就越少，充電壽命就越短，因此在使用時應盡量避免深度放電。

4 海上平臺蓄電池維護建議

針對目前采取的蓄電池管理維護措施，結合影響蓄電池使用壽命的各項因素，對于海上采油平臺UPS蓄電池的管理維護應做好以下幾方面的工作。

4．1 改善UPS蓄電池工作環(huán)境

埕島油田位于渤海灣南部海域，海洋環(huán)境惡劣，海上采油平臺設備房內(nèi)夏季溫度達到45℃以上，冬季降低到5℃以下，溫差較大對延長蓄電池的使用壽命有較大影響，因此改善UPS蓄電池工作環(huán)境勢在必行。在蓄電池的安裝使用過程中，需要做好以下幾方面工作，一是蓄電池盡量安裝在陰涼、通風的地方；二是選擇帶有較多通氣孔的蓄電池箱，保證蓄電池的散熱；三是改善設備房內(nèi)蓄電池的工作環(huán)境，盡量在應急配電間內(nèi)加裝空調(diào)或軸流風機，減小設備房內(nèi)冬季與夏季的溫差，使蓄電池的工作環(huán)境保證在5℃～35℃范圍內(nèi)。

4．2 電池選購時合理選擇容量

由影響蓄電池使用壽命的因素中可知，充電電流過大或過小都會影響電池的使用壽命。目前海上采油平臺所使用的UPS容量不盡相同，且每臺UPS的充電電流是固定的，因此在選擇UPS蓄電池的容量時不能千篇一律的選擇某種容量的蓄電池，而是應該根據(jù)每個平臺的UPS容量及充電電流選擇合適的蓄電池容量，不可隨意變換蓄電池的容量，從而為延長UPS蓄電池使用壽命提供更好的物質(zhì)基礎。

4．3 及時試運UPS，避免深度放電或長時間閑置

閥控鉛酸蓄電池的使用壽命與蓄電池的放電深度密切相關，若深度放電會造成電池內(nèi)部極板表面硫酸鹽化，導致電池內(nèi)阻增大；而長期閑置同樣會造成電池的老化、活性下降，大大縮短蓄電池的使用壽命。因此，每3個月必須人為的中斷市電，讓UPS中蓄電池放電，放電時間以控制在正常放電時間的1／4～1／3為宜。

4．4 加強日常維護保養(yǎng)

電池在使用一定時間后應進行定期檢查，如觀察其外觀是否異常、測量各電池的電壓是否平均、檢查各蓄電池之間的連接是否牢固、及時清除蓄電池兩極的硫酸鹽粉狀物等。如果長期不停電，電池會一直處于充電狀態(tài)，這樣會使電池的活性變差，因此即使不停電，也需要定期進行放電試驗，以便使電池保持活性。每季度需對蓄電池進行內(nèi)阻測量，一般情況下電池的內(nèi)阻在10～30 mΩ屬正常值，如果電池內(nèi)阻超過200 mΩ以上必須更換。

［1］ 張瑞明，梁文明．UPS蓄電池維護管理全面解決方案［J］．聲屏世界，2007，（7）：72．

［2］ 陳海燕．怎樣正確使用和維護鉛酸蓄電池［C］．江蘇省計量測試學會2006年論文集，2006．

［3］ 陳躍芳，孟允朝．UPS電源蓄電池使用壽命短原因分析及預防措施［C］．中國航海學會航標專業(yè)委員會無線電導航學組“2003年會”論文集，2003．