咸陽機場公司信息系統(tǒng)飛速發(fā)展,信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量以20%逐年遞增,標志著咸陽機場公司已經(jīng)朝著數(shù)字時代企業(yè)逐漸轉(zhuǎn)型升級。航站區(qū)管理部電力站以精細化管理為手段,以管理清單化、清單事項化、事項規(guī)范化、規(guī)范體系化為工具,總結(jié)出機房的電源、空調(diào)、防雷接地系統(tǒng)以及信息系統(tǒng)的重要載體(服務(wù)器、存儲磁盤陣列、交換機、光模塊等)四大領(lǐng)域。系統(tǒng)性的分析了信息系統(tǒng)支撐的平臺。在這里,我們要解決的主要問題是機房的一個領(lǐng)域:不間斷電源(UPS)。
如果把機房四大領(lǐng)域比喻成人體器官,電源就是人體的“消化系統(tǒng)”,為整個人體提供可靠的能量支撐。而電源主要包括電源主機以及后備電池等兩個部分。而這兩部分又可拆分成近千個技術(shù)指標,航站區(qū)管理部電力站以問題為導向,以精細化管理為工具,梳理出以下技術(shù)管理經(jīng)驗分享。
一、電源主機
1.電源供電模式選擇
根據(jù)現(xiàn)有機場公司建設(shè)設(shè)計要求,UPS供電模式參差不齊,對于供電模式選擇均有不同的模式,應(yīng)用的場景也均有不同,航站區(qū)管理部電力站通過精細化管理方式,梳理出以下幾種模式:
1）雙總線單機運行UPS供電系統(tǒng):2套同步運行的UPS兩路輸出,形成A、B路雙總線供電,并分別連接至兩套相互獨立的負載側(cè)配電柜。
2）UPS并聯(lián)冗余運行模式:指的是兩臺及以上UPS單機或模塊并聯(lián)同步輸出供電。當采用“1+1”并機模式時,任何一部UPS的單機或模塊均應(yīng)具備承擔100%負載的能力。
3）單線路UPS供電系統(tǒng):一臺UPS單獨輸出,直接接入負載設(shè)備。(可靠性按照順序編號依次降低)。因此,在電源配置時,建議根據(jù)負載重要性選擇不同的供電模式以供選擇。
2.電源設(shè)備維護周期
UPS內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要以主控、整流器、逆變器、靜態(tài)開關(guān)、通訊模塊、散熱裝置等零部件為主,這些單元內(nèi)部有著復雜的邏輯關(guān)系以及集成系統(tǒng)。一是因UPS為7×24小時不間斷運行,且部分機房地理位置及外部因素限制(包括溫度、濕度、粉塵及負載率等),導致不同機房的UPS內(nèi)部元器件壽命稍有差異,但主要因素還是考慮整體使用年限,其中UPS風扇建議更換周期為6年,UPS電容建議更換周期為6～8年,UPS主控板建議更換周期為8年;二是UPS主要核心作用是為下端供電設(shè)備設(shè)施提供可靠的供電運行保障，即在常規(guī)運行中，當外界出現(xiàn)電網(wǎng)波動和電網(wǎng)中斷等情況下，可以保證下端設(shè)備設(shè)施的連續(xù)性運行。因此對UPS試驗主要應(yīng)分三種方式，包括中斷市電、中斷電池開關(guān)和切換靜態(tài)旁路等，確保UPS主機的可靠性，防止在重要時間節(jié)點上電網(wǎng)波動對下端設(shè)備造成影響。
3.電源設(shè)備應(yīng)急處理
當UPS出現(xiàn)異常情況時(包括故障報警、過載、壽命到期、電池失效等等),能夠迅速恢復下端電源,通過了解設(shè)備的運行狀態(tài),迅速隔離故障點?，F(xiàn)存部分UPS(容量在20kVA以下(含))未設(shè)置手動維修旁路,也就意味著當出現(xiàn)故障時UPS無法短時間退出運行。因此,為了保證故障應(yīng)急處理的時效性,經(jīng)電力站專業(yè)技術(shù)人員研討論證,對此類UPS加裝旁路開關(guān),可確保在緊急狀態(tài)下迅速退出設(shè)備,保證電源的連續(xù)性,經(jīng)實際測試,此類UPS在故障時恢復時間可由40min縮短至5min。
二、后備儲能裝置（耐普電池）
1.蓄電池選型及更換標準:
1）鋰電池和鉛酸電池的對比分析:蓄電池作為儲能的核心裝置,以內(nèi)部屬性分類法主要是:鋰電池(典型的以磷酸鐵鋰電池為主)、鉛酸蓄電池(典型的以VLAN電池為主,膠體電池是VLAN電池的升級版本)、鎳氫電池等。以電壓等級分類常見的主要是:2V、12V、24V、48V電池為主(跟內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān))。目前航站區(qū)內(nèi)的電池最常見的以12V的VLAN(閥控式鉛酸蓄電池為主),選擇的優(yōu)點:其一,VLAN電池的能量密度相對較小,安全性受到外界干擾的影響性相比磷酸鐵鋰電池受到外界的干擾小。其二,滿足現(xiàn)有機房的物理條件,且12V電池串聯(lián)選擇提供的后備時間較長。其三,在同等能量密度時,同等充放電循環(huán)次數(shù)下,鉛酸蓄電池成本優(yōu)勢更加明顯。
2）電池的更換標準:通過查閱大量資料文獻及標準,包括國家標準(GB)、電力行業(yè)標準(DL)、通訊行業(yè)標準(YD)等標準,以及注明電池檢測儀表廠家(福祿克、日置)等,其中各種標準說法不一,其原因主要是因為市面上生產(chǎn)電池廠商品牌不一,難以進行統(tǒng)一,其中具有代表性的以電池容量為指標,日置儀表檢測廠商以內(nèi)阻檢測值的1.5倍為指標,而在實際的生產(chǎn)運行過程當中,蓄電池的負荷能力只是蓄電池檢測過程當中一項指標,其中尤為重要的安全風險問題在各類標準中又未曾提及,而安全風險問題對于航站區(qū)內(nèi)等地點又是堅決不能接受的。
電池的表象及風險演化結(jié)果如表1。結(jié)合航站區(qū)內(nèi)實際現(xiàn)場原因及情況,對電池觀測及檢查增加了難度,因此主要判斷依據(jù)應(yīng)做相應(yīng)的標準結(jié)合,判斷出故障電池、落后電池及良好電池。其中故障電池是應(yīng)當進行立即更換的,落后電池是可以通過均衡進行維護的。提出以下幾個建議供選擇:
其一,新電池一致性比較好,更換個別電池雖然會對整組電池有影響,但相對影響較小。舊電池組一致性本身較差,更換個別電池時對整組電池影響相對會大些。
其二,電池設(shè)計壽命一般8-12年，根據(jù)電池制作工藝以及內(nèi)部質(zhì)量而定，在設(shè)計壽命期間內(nèi)如果配有自動均衡維護系統(tǒng)，都可以個別更換故障或落后電池。超過設(shè)計壽命的電池組建議及時整組更換。
其三,目前修復電池的技術(shù)主要有三種:大電流充放電循環(huán)激活,尖峰脈沖除硫激活,補充電解液或蒸餾水。這些技術(shù)對蓄電池容量恢復有一定效果,主要用于動力電池或啟動電池的容量修復,但對電池的安全性能方面沒有改善,甚至會影響電池的安全性能,不建議在應(yīng)急后備電源蓄電池組使用,否則容易發(fā)生事故。
電池的管理及維護標準建議:針對現(xiàn)有咸陽機場公司航站區(qū)實際情況,總結(jié)出電池管理及維護主要包括以下幾個方面:
1）認真了解每一個UPS的電池配組原則,對電池準確進行編號及配色,方便檢測;
2）按照電池安裝說明書使用力矩扳手進行適當緊固螺絲;
3）日常巡檢過程中注意2.1.2中現(xiàn)象;
4）在對電池進行核對性容量放電時注意電池放電壓降,同組電池放電過程當中壓降明顯低于平均值的即可判斷電池故障。
2.電池配件的選擇:
1）電池支撐架(電池箱):依據(jù)《蓄電池施工及驗收規(guī)范》GB-50172-2012中4.1.3所描
述,“蓄電池放置的基架及間距應(yīng)符合設(shè)計要求;蓄電池放置在基架后,基架不應(yīng)有變形;基架應(yīng)接地”,由此可知,蓄電池在放置時以出圖設(shè)計為驗收標準。但在實際的使用過程當中,因蓄電池在維護過程中眾多的檢查事項與標準,蓄電池架的安裝至少還須符合可以直接目視到電池等因素,因此更換的電池架配置標準至少應(yīng)為敞開式,具備觀測功能的電池架。
2）電池開關(guān):
其一,電池開關(guān)的選擇,電池屬于直流開關(guān),因此電池開關(guān)選型應(yīng)為DC型開關(guān);
其二,電池開關(guān)的選擇,應(yīng)符合電池組串聯(lián)的最高電壓等級,即耐壓等級必須高于N×13.8V(N為每組串聯(lián)電池個數(shù));
其三,電池開關(guān)選擇3P還是4P?對于直流開關(guān)來講,3P開關(guān)一般應(yīng)用為單級開關(guān),4P開關(guān)一般應(yīng)用為正負極開關(guān),中間應(yīng)當選用匯流排,如果UPS電池正極對地電壓為電池串聯(lián)個數(shù),負極具有良好的接地,為對地等電位點,則應(yīng)選用3級開關(guān),具體方式如圖1所示:
3）電池放電開關(guān):放電開關(guān)主要為蓄電池放電時的便捷性、安全性,設(shè)置方式與電池開關(guān)原則一致。但應(yīng)考慮放電開關(guān)的容量以及絕緣性能,僅須按照電池開關(guān)布置,選擇對應(yīng)的型號。
4）電池連接線及線鼻子選擇:蓄電池連接線及線鼻子作為連接匯流排的核心導體,應(yīng)具備可靠的導電性能及載流性能,載流能力計算公式為:
Q(UPS容量)÷√3÷380×η(逆變器轉(zhuǎn)換效率)=V(串聯(lián)直流電壓)×組數(shù)×I(直流電流)
即電池連接線經(jīng)選擇應(yīng)大于計算值I對應(yīng)值一個級別。
三、信息化應(yīng)用（檢測系統(tǒng)）
1.UPS在線監(jiān)測
UPS自問世以來,已從最初的動態(tài)式,發(fā)展到現(xiàn)在采用全控功率器件產(chǎn)品。UPS在使用過程中運行狀態(tài)如圖2所示:
在實際的使用過程當中,當UPS運行狀態(tài)改變時的風險遠大于正常運行時的風險,運行狀態(tài)的改變指的是圖2中的一種模式到另外一種模式的轉(zhuǎn)變。因此,按照現(xiàn)行機場電網(wǎng)運行規(guī)律,在進行設(shè)備試驗時,一般為計劃性工作,時間與風險時可控的,即是故障情況下,人員具有應(yīng)急措施,立即發(fā)現(xiàn)問題;而在電網(wǎng)波動或故障時,UPS的運行狀態(tài)從市電狀態(tài)到電池工作模式的轉(zhuǎn)變,時間一般為50～3000ms,因敷設(shè)點位問題,如無UPS監(jiān)控設(shè)備,將無法在第一時間判斷UPS是否在此過程當中出現(xiàn)故障。因此UPS監(jiān)控設(shè)備在于核心機房的UPS監(jiān)控過程中的遙測與遙信功能必不可少。
2.電池在線監(jiān)測
航站區(qū)目前電池總數(shù)為3719塊,經(jīng)過3年時間的歷史數(shù)據(jù)資料積累,及檢測標準的復雜性與多樣性。人力檢查時對專業(yè)技術(shù)要求比較高;電池數(shù)量基數(shù)大,在檢測過程當中的紕漏;部分檢測手段無法達到相應(yīng)的檢測要求。
因此借鑒于企業(yè)平臺化管理的核心思路，通過信息化及數(shù)據(jù)化的應(yīng)用，解決人力所不能達到的新高度。電池在線監(jiān)控系統(tǒng)的核心主要以三大技術(shù)參數(shù)作為指標，一是電壓及內(nèi)阻的檢測精度，確定檢測精度應(yīng)當以DL/T1397.5-2014中檢測方式作為依據(jù)。二是具備核心風險點的告警功能。三是具備均衡維護等手段以及完整的信息鏈路傳遞。
綜上所述,UPS運行模式及蓄電池風險管理立足于技術(shù)的分析與研判,通過細致到每一個節(jié)點的技術(shù)問題進行分析,根據(jù)需求選取相關(guān)的標準在機房的電源管理當中發(fā)揮著正向的激勵作用。
如果把機房四大領(lǐng)域比喻成人體器官,電源就是人體的“消化系統(tǒng)”,為整個人體提供可靠的能量支撐。而電源主要包括電源主機以及后備電池等兩個部分。而這兩部分又可拆分成近千個技術(shù)指標,航站區(qū)管理部電力站以問題為導向,以精細化管理為工具,梳理出以下技術(shù)管理經(jīng)驗分享。
一、電源主機
1.電源供電模式選擇
根據(jù)現(xiàn)有機場公司建設(shè)設(shè)計要求,UPS供電模式參差不齊,對于供電模式選擇均有不同的模式,應(yīng)用的場景也均有不同,航站區(qū)管理部電力站通過精細化管理方式,梳理出以下幾種模式:
1）雙總線單機運行UPS供電系統(tǒng):2套同步運行的UPS兩路輸出,形成A、B路雙總線供電,并分別連接至兩套相互獨立的負載側(cè)配電柜。
2）UPS并聯(lián)冗余運行模式:指的是兩臺及以上UPS單機或模塊并聯(lián)同步輸出供電。當采用“1+1”并機模式時,任何一部UPS的單機或模塊均應(yīng)具備承擔100%負載的能力。
3）單線路UPS供電系統(tǒng):一臺UPS單獨輸出,直接接入負載設(shè)備。(可靠性按照順序編號依次降低)。因此,在電源配置時,建議根據(jù)負載重要性選擇不同的供電模式以供選擇。
2.電源設(shè)備維護周期
UPS內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要以主控、整流器、逆變器、靜態(tài)開關(guān)、通訊模塊、散熱裝置等零部件為主,這些單元內(nèi)部有著復雜的邏輯關(guān)系以及集成系統(tǒng)。一是因UPS為7×24小時不間斷運行,且部分機房地理位置及外部因素限制(包括溫度、濕度、粉塵及負載率等),導致不同機房的UPS內(nèi)部元器件壽命稍有差異,但主要因素還是考慮整體使用年限,其中UPS風扇建議更換周期為6年,UPS電容建議更換周期為6～8年,UPS主控板建議更換周期為8年;二是UPS主要核心作用是為下端供電設(shè)備設(shè)施提供可靠的供電運行保障，即在常規(guī)運行中，當外界出現(xiàn)電網(wǎng)波動和電網(wǎng)中斷等情況下，可以保證下端設(shè)備設(shè)施的連續(xù)性運行。因此對UPS試驗主要應(yīng)分三種方式，包括中斷市電、中斷電池開關(guān)和切換靜態(tài)旁路等，確保UPS主機的可靠性，防止在重要時間節(jié)點上電網(wǎng)波動對下端設(shè)備造成影響。
3.電源設(shè)備應(yīng)急處理
當UPS出現(xiàn)異常情況時(包括故障報警、過載、壽命到期、電池失效等等),能夠迅速恢復下端電源,通過了解設(shè)備的運行狀態(tài),迅速隔離故障點?，F(xiàn)存部分UPS(容量在20kVA以下(含))未設(shè)置手動維修旁路,也就意味著當出現(xiàn)故障時UPS無法短時間退出運行。因此,為了保證故障應(yīng)急處理的時效性,經(jīng)電力站專業(yè)技術(shù)人員研討論證,對此類UPS加裝旁路開關(guān),可確保在緊急狀態(tài)下迅速退出設(shè)備,保證電源的連續(xù)性,經(jīng)實際測試,此類UPS在故障時恢復時間可由40min縮短至5min。
二、后備儲能裝置（耐普電池）
1.蓄電池選型及更換標準:
1）鋰電池和鉛酸電池的對比分析:蓄電池作為儲能的核心裝置,以內(nèi)部屬性分類法主要是:鋰電池(典型的以磷酸鐵鋰電池為主)、鉛酸蓄電池(典型的以VLAN電池為主,膠體電池是VLAN電池的升級版本)、鎳氫電池等。以電壓等級分類常見的主要是:2V、12V、24V、48V電池為主(跟內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān))。目前航站區(qū)內(nèi)的電池最常見的以12V的VLAN(閥控式鉛酸蓄電池為主),選擇的優(yōu)點:其一,VLAN電池的能量密度相對較小,安全性受到外界干擾的影響性相比磷酸鐵鋰電池受到外界的干擾小。其二,滿足現(xiàn)有機房的物理條件,且12V電池串聯(lián)選擇提供的后備時間較長。其三,在同等能量密度時,同等充放電循環(huán)次數(shù)下,鉛酸蓄電池成本優(yōu)勢更加明顯。
2）電池的更換標準:通過查閱大量資料文獻及標準,包括國家標準(GB)、電力行業(yè)標準(DL)、通訊行業(yè)標準(YD)等標準,以及注明電池檢測儀表廠家(福祿克、日置)等,其中各種標準說法不一,其原因主要是因為市面上生產(chǎn)電池廠商品牌不一,難以進行統(tǒng)一,其中具有代表性的以電池容量為指標,日置儀表檢測廠商以內(nèi)阻檢測值的1.5倍為指標,而在實際的生產(chǎn)運行過程當中,蓄電池的負荷能力只是蓄電池檢測過程當中一項指標,其中尤為重要的安全風險問題在各類標準中又未曾提及,而安全風險問題對于航站區(qū)內(nèi)等地點又是堅決不能接受的。
電池的表象及風險演化結(jié)果如表1。結(jié)合航站區(qū)內(nèi)實際現(xiàn)場原因及情況,對電池觀測及檢查增加了難度,因此主要判斷依據(jù)應(yīng)做相應(yīng)的標準結(jié)合,判斷出故障電池、落后電池及良好電池。其中故障電池是應(yīng)當進行立即更換的,落后電池是可以通過均衡進行維護的。提出以下幾個建議供選擇:
其一,新電池一致性比較好,更換個別電池雖然會對整組電池有影響,但相對影響較小。舊電池組一致性本身較差,更換個別電池時對整組電池影響相對會大些。
其二,電池設(shè)計壽命一般8-12年，根據(jù)電池制作工藝以及內(nèi)部質(zhì)量而定，在設(shè)計壽命期間內(nèi)如果配有自動均衡維護系統(tǒng)，都可以個別更換故障或落后電池。超過設(shè)計壽命的電池組建議及時整組更換。
其三,目前修復電池的技術(shù)主要有三種:大電流充放電循環(huán)激活,尖峰脈沖除硫激活,補充電解液或蒸餾水。這些技術(shù)對蓄電池容量恢復有一定效果,主要用于動力電池或啟動電池的容量修復,但對電池的安全性能方面沒有改善,甚至會影響電池的安全性能,不建議在應(yīng)急后備電源蓄電池組使用,否則容易發(fā)生事故。
電池的管理及維護標準建議:針對現(xiàn)有咸陽機場公司航站區(qū)實際情況,總結(jié)出電池管理及維護主要包括以下幾個方面:
1）認真了解每一個UPS的電池配組原則,對電池準確進行編號及配色,方便檢測;
2）按照電池安裝說明書使用力矩扳手進行適當緊固螺絲;
3）日常巡檢過程中注意2.1.2中現(xiàn)象;
4）在對電池進行核對性容量放電時注意電池放電壓降,同組電池放電過程當中壓降明顯低于平均值的即可判斷電池故障。
2.電池配件的選擇:
1）電池支撐架(電池箱):依據(jù)《蓄電池施工及驗收規(guī)范》GB-50172-2012中4.1.3所描
述,“蓄電池放置的基架及間距應(yīng)符合設(shè)計要求;蓄電池放置在基架后,基架不應(yīng)有變形;基架應(yīng)接地”,由此可知,蓄電池在放置時以出圖設(shè)計為驗收標準。但在實際的使用過程當中,因蓄電池在維護過程中眾多的檢查事項與標準,蓄電池架的安裝至少還須符合可以直接目視到電池等因素,因此更換的電池架配置標準至少應(yīng)為敞開式,具備觀測功能的電池架。
2）電池開關(guān):
其一,電池開關(guān)的選擇,電池屬于直流開關(guān),因此電池開關(guān)選型應(yīng)為DC型開關(guān);
其二,電池開關(guān)的選擇,應(yīng)符合電池組串聯(lián)的最高電壓等級,即耐壓等級必須高于N×13.8V(N為每組串聯(lián)電池個數(shù));
其三,電池開關(guān)選擇3P還是4P?對于直流開關(guān)來講,3P開關(guān)一般應(yīng)用為單級開關(guān),4P開關(guān)一般應(yīng)用為正負極開關(guān),中間應(yīng)當選用匯流排,如果UPS電池正極對地電壓為電池串聯(lián)個數(shù),負極具有良好的接地,為對地等電位點,則應(yīng)選用3級開關(guān),具體方式如圖1所示:
3）電池放電開關(guān):放電開關(guān)主要為蓄電池放電時的便捷性、安全性,設(shè)置方式與電池開關(guān)原則一致。但應(yīng)考慮放電開關(guān)的容量以及絕緣性能,僅須按照電池開關(guān)布置,選擇對應(yīng)的型號。
4）電池連接線及線鼻子選擇:蓄電池連接線及線鼻子作為連接匯流排的核心導體,應(yīng)具備可靠的導電性能及載流性能,載流能力計算公式為:
Q(UPS容量)÷√3÷380×η(逆變器轉(zhuǎn)換效率)=V(串聯(lián)直流電壓)×組數(shù)×I(直流電流)
即電池連接線經(jīng)選擇應(yīng)大于計算值I對應(yīng)值一個級別。
三、信息化應(yīng)用（檢測系統(tǒng)）
1.UPS在線監(jiān)測
UPS自問世以來,已從最初的動態(tài)式,發(fā)展到現(xiàn)在采用全控功率器件產(chǎn)品。UPS在使用過程中運行狀態(tài)如圖2所示:
在實際的使用過程當中,當UPS運行狀態(tài)改變時的風險遠大于正常運行時的風險,運行狀態(tài)的改變指的是圖2中的一種模式到另外一種模式的轉(zhuǎn)變。因此,按照現(xiàn)行機場電網(wǎng)運行規(guī)律,在進行設(shè)備試驗時,一般為計劃性工作,時間與風險時可控的,即是故障情況下,人員具有應(yīng)急措施,立即發(fā)現(xiàn)問題;而在電網(wǎng)波動或故障時,UPS的運行狀態(tài)從市電狀態(tài)到電池工作模式的轉(zhuǎn)變,時間一般為50～3000ms,因敷設(shè)點位問題,如無UPS監(jiān)控設(shè)備,將無法在第一時間判斷UPS是否在此過程當中出現(xiàn)故障。因此UPS監(jiān)控設(shè)備在于核心機房的UPS監(jiān)控過程中的遙測與遙信功能必不可少。
2.電池在線監(jiān)測
航站區(qū)目前電池總數(shù)為3719塊,經(jīng)過3年時間的歷史數(shù)據(jù)資料積累,及檢測標準的復雜性與多樣性。人力檢查時對專業(yè)技術(shù)要求比較高;電池數(shù)量基數(shù)大,在檢測過程當中的紕漏;部分檢測手段無法達到相應(yīng)的檢測要求。
因此借鑒于企業(yè)平臺化管理的核心思路，通過信息化及數(shù)據(jù)化的應(yīng)用，解決人力所不能達到的新高度。電池在線監(jiān)控系統(tǒng)的核心主要以三大技術(shù)參數(shù)作為指標，一是電壓及內(nèi)阻的檢測精度，確定檢測精度應(yīng)當以DL/T1397.5-2014中檢測方式作為依據(jù)。二是具備核心風險點的告警功能。三是具備均衡維護等手段以及完整的信息鏈路傳遞。
綜上所述,UPS運行模式及蓄電池風險管理立足于技術(shù)的分析與研判,通過細致到每一個節(jié)點的技術(shù)問題進行分析,根據(jù)需求選取相關(guān)的標準在機房的電源管理當中發(fā)揮著正向的激勵作用。
上一個：沒有了
下一個：鉛酸耐普蓄電池正負極之間的關(guān)系
