地鐵通信電源系統中蓄電池維護保養建議

摘要：本文從地鐵通信電源系統蓄電池常見故障分析入手，闡述當前蓄電池日常檢修及維護保養中可能忽視的環節，從而引出新的設備檢測、保養建議方案，明確新方案、技術引入蓄電池日常維護保養的必要性。直流假負載智能測試系統可以精確測量各類蓄電池組及UPS設備的輸出功率和帶載能力，通過自帶的分析軟件記錄整個測試過程的各種數據，并自動生成測試報告反饋設備運行狀態。ABM電池管理技術通過對UPS內部充電器的精確控制實現在“需要的時候”對電池進行快速充電，使電池工作在理想的充放電環境之中，從而有效地延長電池的使用壽命。

關鍵詞：蓄電池內阻;直流假負載智能測試系統;智能充放電ABM

引言

隨著我國軌道交通行業的迅猛發展，各個城市地下鐵交通網絡體系的逐漸完善，乘坐地鐵，成為了千家萬戶出行的主要選擇。專用通信系統在地鐵運營中擔任著重要工作，而電源系統為通信各子系統設備提供穩定的電源輸入，是地鐵專用通信中不可或缺的重要子系統，為通信系統設備穩定運行提供可靠保障。為了確保系統供電的持續性及可靠性，則后備電源系統是必不可少的，一旦市電停止輸入或UPS部分設備出現故障，蓄電池組會立刻經逆變器提供給各系統穩定電壓，保證通信專業設備不會掉電，并在其放電時間內確保其它系統設備平穩運行。本文將對地鐵中蓄電池組的運維方式進行介紹，并通過案例分析適合蓄電池維護的可行性方案。

1系統架構

1.1總體架構

整流器（Rectifier）、逆變器（Inverter）、蓄電池組（Batterypack）、靜態開關電路（StaticSwitch）、維護旁路（Maintenancebypass）及偵測控制電路（Detectioncontrolcircuit）組成整個UPS供電系統，負責給通信專業所有交流設備提供交流用電。（如圖1）

1.2蓄電池組成

蓄電池組主要由一定數量特定容量的（與當前交流設備總負載功率、所需后備放電時長、逆變器效率、溫度等因素有關）蓄電池、蓄電池巡檢儀（如圖2）、蓄電池網管（如圖3）組成。

蓄電池一般處于UPS浮充狀態，維護人員通過蓄電池網管時刻監控整組蓄電池運行狀態，并于每個季度進行充放電保養。目前南京地鐵專網通信系統主要使用選擇為武漢非凡電源有限公司提供的FIAMMXL系列閥控式全密封免維護膠體蓄電池，主要有12XL105，12XL175兩種。

2設備使用及維護

2.1正常供電模式

在UPS正常供電模式下，交流輸入電源由輸入開關送至整流器，整流器將輸入的交流電源整流成直流電源輸出給逆變器，同時給蓄電池進行浮充充電，浮充電壓為2.25-2.27V/cell，逆變器將輸入的直流電源轉換為交流電源，同時將通過濾波后的交流電源供給交流屏負載。

設備正常階段，蓄電池組由整流器的輸出電流持續浮充，處于恒壓、低電流的持續充電狀態。

2.2市電異常模式

當交流市電無法正常提供穩定電源時，如發生電壓不穩、跳電、突波或者電力中斷或UPS整流模塊發生異常情況時，UPS會自動從正常供電模式轉換至蓄電池供電模式。此時蓄電池的直流電由逆變器轉換為交流電源，給交流屏負載供電。具體放電時長，由現場交流設備負載總量及蓄電池組總體容量決定，設計放電的后備時長>2h。

2.3蓄電池保養

為了掌握每節蓄電池的性能，提高蓄電池的使用壽命，按照檢修規程，每季度需要對蓄電池組人為進行充放電測試，請點施工期間，斷開市電主路輸入，使UPS從正常供電模式轉換至蓄電池供電模式。持續放電1-2小時后，恢復主路輸入供電，轉為正常供電模式。蓄電池在放電前、中、后時間段內，維護人員均會記錄每節蓄電池及整個蓄電池組當時電壓，通過數值對比確認蓄電池工作狀態性能。

2.4蓄電池故障

蓄電池長期處于浮充狀態造成的活性物質鈍化、電解液固化;大電流放電或過放電造成極板變形、硫化;設備房溫度不達標造成的設備加速老化等問題，會導致蓄電池內阻升高，蓄電池實際容量下降，影響著蓄電池的使用壽命，嚴重時會導致蓄電池組整體無法工作。

3案例分析

3.1事件經過

3月1日00：28分，供電分公司對翔宇路南站一、二負荷停一路電源，部分三類負荷停電作業，通信專業班組人員在翔宇路南站保障。0：38網管報翔宇路南站UPS通信失敗，時鐘、廣播、視頻監視、錄音儀、辦公自動化設備及PIS設備斷電，班組人員現場聯系廠家，并現場對UPS開機，負載上電等操作，1：48設備恢復正常。

4.2故障影響

故障導致翔宇路南站UPS通信失敗，時鐘、廣播、視頻監視、PIS系統、錄音儀、辦公自動化設備斷電42分鐘。

3.3處理經過

00：28供電分公司對翔宇路南站一、二負荷停一路電源，部分三類負荷停電操作。本班組人員在翔宇路南站保障。

0：38網管值班人員報翔宇路南站UPS通信失敗，時鐘、廣播、視頻監視、錄音儀、辦公自動化設備及PIS設備斷電。

0：50通信正線班長，通信技術員，班組員工到達現場，經檢查，交流配電屏兩路市電輸入正常，交流配電屏負載空開指示燈全部熄滅。UPS主路輸入空開F2和蓄電池空開F1正常閉合，UPS顯示關機狀態。

1：09現場與UPS廠家取得聯系，并對UPS故障現象遠程指導，給出結論，可以對UPS進行開機上電操作。

1：15現場人員首先將交流配電屏上所有負載斷開，并對UPS各開關位置進行確認，然后嘗試給UPS開機。

1：25UPS正常開機，各項數據正常。

1：27現場人員逐一對負載上電，除視頻監視系統、PIS系統外，其他設備均恢復正常。

1：32由于視頻監視系統和PIS系統負載功率較大，只能分批對各攝像機和AP進行上電，上電后設備正常運行。

1：37廣播系統啟動失敗，車控室綜合監控飄紅，重啟工控機后，故障現象消除，經測試，廣播系統正常工作。

1：48報備二調和網管各系統均恢復正常。班組人員保障至9：00。

2：00技術組和廠家人員對UPS告警信息進行查看，發現市電一、二路切換過程中，蓄電池無法正常供電，導致UPS關機。測量UPS蓄電池電阻后，發現第32節蓄電池內阻為59.9mΩ，偏離正常值（≤8.4mΩ）。

3.4原因分析

此次故障由于蓄電池老化導致內阻過高，使得UPS蓄電池組不能正常放電。

4維保優化

4.1溫度與浮充電壓

由于電解液界面上的電化反應與溫度有直接關系，溫度（環境）因素對蓄電池充放電性能（容量、電壓）、內阻等有一定的影響，從而直接影響蓄電池的使用壽命。電池在過高的溫度條件工作壽命會縮短，（如圖8）：

圖8蓄電池預計工作壽命與工作溫度的關系

電池的工作壽命同樣還受充電時所選定的浮充電壓的影響，溫度越高所需浮充電壓越小。作為備用電源用途時，建議每單格浮充電壓根據型號與安裝現場溫度不同控制電池的浮充電壓，如下圖9為25℃時各型號蓄電池建議浮充電壓：

由圖9可知，XL系列蓄電池在20℃-25℃條件下，浮充電壓范圍為2.25-2.27V/cell，單節12V蓄電池即為13.5-13.62V/bloc。

所以保持適宜并穩定的設備房溫度，設定好相應的浮充電壓對當前模式運行下的蓄電池壽命會有一定的提高。

4.2儀器的使用

由于蓄電池巡檢儀采集信息存在少許偏差，或者在蓄電池停止浮充時存在一定影響，無法及時發現每節蓄電池狀態性能，導致蓄電池組未能及時工作，在市電不穩定或逆變器故障時候會引起UPS關機，設備房內交流設備斷電。

所以在市電切換、蓄電池保養前，需要使用專業的內阻測試儀、直流假負載，對蓄電池性能，整組蓄電池輸出狀態進行模擬，確認好設備狀態，避免對通信設備造成不必要的影響。

4.3智能充放電ABM

與傳統的恒功率充電式電池管理技術不同，ABM電池管理技術通過對UPS內部充電器的精確控制實現在”需要的時候”對電池進行快速充電，在“不需要”時降低充電電流甚至完全關閉充電器，使整個電池組的管理處于充電、浮充、休眠三段式循環充放電過程之中。在ABM過程中，“浮充”過程只占據整個電池組充放電管理的少量時間，有效地減少了”浮充”電流對電池壽命的影響，使電池工作在理想的充放電環境之中，從而有效地延長電池的使用壽命。

ABM是個非常有價值的特點。在以下情況時控制、開始充電：

（1）開動設備時

（2）未充電長達18天后

（3）如開放電池電壓低于預定電壓水平

經大量的應用實踐證明，在相同的工作環境下，長期使用ABM電池管理技術對電池進行管理，將會比傳統的電池管理技術有效地延長電池的使用壽命50%以上。

5結束語

在軌道交通運輸行業通信電源系統是通信系統的心臟，后備電源又是電源系統的后備保障，因此后備電源的穩定和有效是確保通信暢通的必要條件。只有從主觀上足夠重視，并創造良好的客觀運行環境，做到管理專業化、制度化，設備、技術先進化，操作、維護現代化，才能保證通信電源系統和軌道交通通信系統的安全生產運行，確保專網通信的可靠暢通，服務于軌道交通運輸安全生產。

參考文獻：

[1]周虹君，殷復蓮，陳怡婷，周嘉琪，伊成昱.Spark框架下的受眾分群及矩陣分解的推薦算法研究[J].互聯網+健康，2016，20（2）：139-141.

[2]張曉陽.基于受眾收視行為分析的電視節目編排策略芻探[J].企業家天地，2011，3（1）：187-188.

[3]高肖俊，丁云強.基于用戶收視興趣模型的廣電客戶分群及精確化營銷系統建設[J].視聽界，2016，3（2）：1-3.

[4]夏歡.基于組合策略的IPTV節目推薦[D]：[碩士學位論文].昆明：云南大學，2016.

[5]沈建軍.面向互動電視的影視節目推進系統研究與實現[D]：[碩士學位論文].杭州：復旦大學，2012.

作者簡介：喻璽;男;1987年10月生;南京地鐵運營有限責任公司通信技術管理、工程師。