在數據中心中,交流UPS系統是非常重要的關鍵基礎設施,為負載提供不間斷的供電,保障網絡的暢通和設備的正常運行。其中,作為電能儲存的蓄電池必定是交流UPS系統的重要組成部分。而由于蓄電池本身特性以及種種原因,目前人們對交流UPS系統用蓄電池的認識或多或少存在著誤區,應用不盡人意。實際應用中,有許多交流UPS系統的事故或故障是由蓄電池引起。因此,有必要加強對交流UPS系統中蓄電池應用的要求和蓄電池特性的了解,正確選配和使用蓄電池,以保證其能夠充分地發揮應有的作用。

　　長延時蓄電池與高倍率蓄電池

　　在數據中心使用的蓄電池按放電類別一般可分三類,即油機發電機組用的“瞬間大電流放電”和通信電源系統用的“長延時、小電流放電”以及交流UPS系統用的“高倍率放電”。

　　傳統通信網絡設備的供電中,通信電源系統的后備時間基本上都是按照設計負荷的數個小時進行設計和配置的。例如10h、8h,至少也有3～5h。蓄電池組基本處于“長延時、小電流”充放電工作狀態,蓄電池的標稱容量也是以10h放電率下的容量來標定的,例如100Ah/12V、200Ah/6V、1000Ah/2V等,都是按照10h率的放電電流可以釋放的電能量分別為100Ah、200Ah和1000Ah。

　　對于大功率的交流UPS系統由于電壓較高,多選用6V或12V的蓄電池。受蓄電池容量和并聯組數以及投資成本等諸多方面的限制,其后備時間最低甚至只有15min。也就是說,其蓄電池組的放電率已經遠小于10h率,而蓄電池組實際放電電流要遠大于10h率放電電流。蓄電池的放電方式已經轉變為介于傳統的通信用后備蓄電池“長延時、小電流”與啟動型蓄電池的“瞬間大電流放電”之間的“高倍率”放電方式。從目前的閥控式密封鉛酸蓄電池的技術和工藝結構來說,按照“長延時、小電流”設計和生產的通信用后備電池是不能完全滿足這種應用要求的。

　　同樣是12V或6V單體的鉛酸蓄電池,不同使用場合的選擇是完全不一樣的。應用在傳統的通信局站、無線基站等場合,應該繼續選用傳統的“小電流、長延時”的通信用鉛酸蓄電池;而用于數據中心交流UPS系統的蓄電池組,則應選用適合大電流放電的“高倍率”蓄電池組。兩者不應混淆和濫用。

　　直流回路短路故障的危害

　　在數據中心中的供電電源系統可以分成交流和直流兩個回路。與交流回路相比較,直流回路發生故障時的影響會更大。

　　主要原因有以下幾方面:

　　1.蓄電池組短路危害性比交流電要大一般情況下,電氣短路起火的首要措施是切斷電源。對于交流電源而言,由于電能自上而下地來源于市電電網或柴油發電機組,當發生電氣短路故障時,總會有一級保護器件產生動作,及時切斷短路的電氣電路。而當蓄電池組位于電源供電系統的末端,電能是自下而上提供的,只要越過了直流總配電屏的保護熔絲或蓄電池組的保護斷路器,則不會再有其他的保護。發生短路故障時,往往無法有效地切斷短路的電氣電路。加上直流電流不像交流正弦波,沒有過零點時的瞬間電動勢為零,一旦發生電氣短路極易引起蔓延。而發生短路后的阻抗僅取決于導線線阻和蓄電池組內阻,短路電流基本近似為無窮大,因此,蓄電池組直流電氣短路的危害程度遠大于交流電氣短路。

　　2.導致網絡中斷事故

　　通信電源中的直流供電系統是保證通信網絡設備供電不中斷的核心系統,后備蓄電池組是通信網絡的應急供電能源所在。對于直流供電系統中,蓄電池組是直接并聯在整流器輸出端的直流供電回路中,正是由于有后備蓄電池組的存在,市電停電或交流側發生電氣短路中斷并不會直接導致通信網絡的供電中斷。同樣,對于交流UPS系統,只要逆變器及后續電路正常工作,后備蓄電池組就能夠發揮作用。然而,若直流電源系統特別是蓄電池組發生電氣短路,必然造成直流電源系統的輸出電壓瞬間跌落,引起負載設備掉電,導致網絡中斷故障,嚴重影響信息通信的暢通。

　　3.引發機房火災

　　發生蓄電池組電氣短路后,若不能及時發現和切斷回路,則必然引起火災。蓄電池組的質量越好、電量越足,危害也越大。

　　因此,數據中心交流UPS系統中直流回路特別是蓄電池組的過流保護尤為重要。特別要注意必須在靠近蓄電池組側配置電池保護箱,其內置開關應為直流型(或交直流兩用型)斷路器或熔斷器,如多組蓄電池并聯使用,宜設置總輸出開關,且對每組蓄電池分別設置開關進行保護和操作。

　　蓄電池短路故障及漏液分析和檢測

　　在交流UPS系統蓄電池組電氣短路的起因中,蓄電池漏液造成對電池架短路或絕緣度下降,造成正負極通過電池架間接短路,一直是發生幾率較高、最為難以判斷和發現,但后果卻非常嚴重的疑難故障。

　　漏液檢測與預防措施

　　(1)選擇正規、大品牌的電池

　　目前市面上充斥著大量山寨、翻新的電池,這種電池最大的優勢是便宜,但風險極大;而且外殼材料可能采用二次料,比較脆、硬,容易破裂,導致漏液;甚至偷工減料,減少投入,外殼厚度不足,耐受不住使用過程中產生的正常壓力或碰撞。

　　所以,從根本上要保障采購的電池產品是正規來源、大品牌的電池。目前國內市場上,英業達高功率蓄電池在行業應用廣泛。

　　(2)選擇有資質的工程安裝人員

　　安裝環節是極重要的過程,安裝時,必須將電池包裝去除,電池外殼將直接與電池架/柜接觸,加上電池的重量,容易造成磕碰。若要做到輕拿輕放,需要的是極大體力、敬業精神與責任心,否則結果必然很不理想;且安裝造成的電池外殼破裂在驗收時根本看不出來,為后期埋下風險隱患。

　　建議選擇有資質、管理嚴格、技術過硬及售后有保障的專業施工人員,確保整個施工過程有管控、有保障。

　　(3)物理隔離辦法

　　消除一切可能的風險,防范于未然才能保證產品、設備的可靠運行,減少風險發現。將電池與電池架/柜隔離是一個有效的辦法。采用不導電的塑料托盤(見圖2),介于電池與架之間,當有漏液現象時,酸液會保留在托盤內,避免與電池架構成帶電整體,可以有效避免觸電。

　　(4)電池實時監測法

　　原理:漏液時,隨著酸液的流失,電池對于電流傳輸能力下降,內部阻抗增加,最終表現出來的就是電池內阻增加、電壓變化。通過判斷電池內阻及電壓的變化情況,即可判斷電池存在異常。方法:選擇一套合適的電池監測儀系統,實時檢測每節電池的電壓、溫度、內阻,設定好報警值,當有異常時,提供聲光報警,維護人員能夠第一時間發現、處理,避免風險發生。

　　該設備能24h持續檢測,及時了解電池參數,并能根據電池的歷史數據,分析電池的變化趨勢,及時掌握電池的壽命與狀態,防范于未然。

　　(5)絕緣阻抗監測法

　　原理:針對電池回路與交流電回路隔離情況下,漏液時,電池酸液必將與電池架/柜接觸,由于電解液的導電作用,此時,電池正負極與電池架之間的阻抗將變小,小到一定值,將產生觸電風險。方法:選擇一個合適的直流絕緣阻抗監測儀,實時檢測電池正/極與電池架/柜的阻抗,設定好報警值,當有異常時,提供聲光報警,維護人員能夠第一時間發現、處理,避免風險發生。目前國內廠家已經有相應的成熟技術,檢測準確、無誤報,且成本較低。

　　(6)定期巡檢法

　　三個月或半年進行一次檢修、除塵、觀察、阻抗測試等,根據列出的檢查清單,進行相應的檢查、記錄,確保檢查工作有效落實到位。該工作可以由用戶自己安排,也可以委托電源廠家或第三方公司專業的售后服務人員進行。

　　總結:方法多樣,關鍵是提前預防與定期檢查,以上辦法可以疊加使用(備注:3與5不能同時使用),將使風險發生概率減少多個數量級甚至完全消除。

　　結束語

　　近10年發生的電池漏液導致的安全事故,已經有多起,如起火、觸電等問題,造成機房通信中斷、設備損壞、財產損失等災難。通過渠道選擇、人員防范、物理防護、技術手段等方法,或是采用綜合解決方案,將事故消防在萌芽狀態,重點體現在預防措施,能有效避免事故發生。