石油化工行業(yè)大量使用UPS電源,對UPS蓄電池的運(yùn)維管理仍然存在不少問題。本文對電池普遍存在的使用共性問題進(jìn)行歸類總結(jié),結(jié)合主動電池安全運(yùn)維管理技術(shù),對國內(nèi)外相關(guān)蓄電池標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行了分析,提出了一套運(yùn)維管理方法,經(jīng)過實踐檢驗證明有效。該方法對于數(shù)據(jù)中心、電力、冶金、鋼鐵、造紙及水泥等其它行業(yè)的電池運(yùn)維人員,同樣具有借鑒作用。

一、UPS蓄電池使用現(xiàn)狀

為了保證各類化工控制裝置、自動化與信息化系統(tǒng)的電源供電安全,UPS電源系統(tǒng)成為化工行業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)配置設(shè)備,其應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛。在正常供電電源發(fā)生異常時,UPS蓄電池組是保證供電的最關(guān)鍵核心設(shè)備。一旦UPS蓄電池組失效,將會導(dǎo)致設(shè)備無法正常運(yùn)行,造成不必要的損失。

目前石油與化工行業(yè)大量使用鉛酸蓄電池,在使用這些電池方面仍存在不少的安全隱患,突出表現(xiàn)在以下四個方面:

1、性能參數(shù)不一致蓄電池的串聯(lián)成組混用或電池成組使用一段時間后各電池性能參數(shù)發(fā)生離散并產(chǎn)生性能差異。充電情況下，容量低的會很快達(dá)到過充狀態(tài)，并析出氫氣，同時發(fā)熱形成火災(zāi)隱患。

2、蓄電池配備的電池巡檢裝置功能簡易。運(yùn)維人員只能看到浮充電壓數(shù)據(jù),并不能通過數(shù)據(jù)指導(dǎo)運(yùn)維工作,無法排除電池潛在的安全隱患。對單節(jié)蓄電池大多沒有進(jìn)行運(yùn)行溫度的監(jiān)控。閥控鉛酸蓄電池對于溫度較敏感,在對應(yīng)全壽命周期工作條件是25℃,電池工作溫度每升高10℃容量減半,壽命降少;每降低10℃時,容量也衰減。運(yùn)維人員掌握不到電池容量變化情況。

3、對蓄電池沒有進(jìn)行連續(xù)的內(nèi)阻抗實時監(jiān)測或內(nèi)阻抗監(jiān)測數(shù)據(jù)失真。閥控鉛酸蓄電池的內(nèi)阻抗參數(shù)出現(xiàn)變化或上下飄移,是蓄電池不健康的重要標(biāo)志。蓄電池內(nèi)阻抗變大,在充電時,電能不能全部轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,而是產(chǎn)生熱能,導(dǎo)致蓄電池失液或殼體膨脹,容易引起燃燒,蓄電池安全風(fēng)險提高。內(nèi)阻抗變小,說明可能存在內(nèi)部短路的可能。內(nèi)阻值的上下飄移,說明電池的物理與化學(xué)性能已經(jīng)變得不穩(wěn)定。

4、UPS的有效性體現(xiàn)在市電出現(xiàn)問題后提供安全電能的后備時長,后備時長的保證是蓄電池。UPS電池組達(dá)不到規(guī)定供電時間長度,一旦市電失電,會帶來供電時間達(dá)不到設(shè)計要求,對正常生產(chǎn)產(chǎn)生威脅。

二、化工行業(yè)對UPS用蓄電池運(yùn)維的標(biāo)準(zhǔn)

目前國際國內(nèi)對相關(guān)蓄電池組的設(shè)計、運(yùn)維、檢查的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范或技術(shù)條件主要有:

1、IEEE1188發(fā)電站用閥調(diào)節(jié)鉛酸(VRLA)蓄電池組的保養(yǎng)、試驗和更新的推薦規(guī)程;

2、14D202-1蓄電池的選用與安裝(住建部2015年1月1日頒布執(zhí)行);

3、GB50174-2017數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范(2018年1月1日);

4、DLT1074-2019電力用直流和交流一體化不間斷電源設(shè)備;

5、DB/T3846-2020企事業(yè)單位鉛酸蓄電池運(yùn)行安全技術(shù)規(guī)范(江蘇省2020.8.29日頒布執(zhí)行);

6、T/MMAC009-2022鉛酸蓄電池預(yù)警儀(中國冶金礦山企業(yè)協(xié)會2022.06.01頒布);

7、YD/T1970.10通信局(站)電源系統(tǒng)維護(hù)技術(shù)要求第10部分閥控式密封鉛酸蓄電池8)YD/T2064通信用鉛酸蓄電池正向尖脈沖去硫化設(shè)備技術(shù)條件;

8、《流程工業(yè)儀表工程師手冊》第15章電源之“蓄電池的狀態(tài)監(jiān)控”,中國石化出版式2021.11;不止于以上這些文件的頒布與執(zhí)行，逐步建立健全了蓄電池的安全使用條件，是對電池應(yīng)用管理的不斷完善，客觀上大幅度提升了電池安全運(yùn)維水平。

三、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對UPS電源的蓄電池主要檢查項目的分析

SH/T3082-2019《石油化工儀表供電設(shè)計規(guī)范》4.2.1規(guī)定,儀表與控制系統(tǒng)供電應(yīng)采用UPS供電。

對此,工信部的SH/T3206-2019《石油化工設(shè)計安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》8.4.3中要求:

1、上述SH/T3082規(guī)范中的供電系統(tǒng)要采用雙路獨(dú)立UPS及1路市電供電;

2、上述該供電系統(tǒng)中單套UPS的容量要達(dá)到可供儀表及控制系統(tǒng)的全部負(fù)荷。

其實,在上述SH/T3206-2019之前,實際上UPS大多數(shù)采取單獨(dú)設(shè)置,在實際使用中出現(xiàn)了不少因UPS問題而導(dǎo)致的相關(guān)不能正常供電問題。為此3206-2019版特別加入了雙路獨(dú)立UPS,以此提高供電電源的可靠性。雙路獨(dú)立UPS的并聯(lián)使用,毫無疑問,增加了供電可靠性。即使如此,如果對電池的精細(xì)化管理不到位,雙路UPS中依然存在安全隱患。

在DB/T3846-2020《企事業(yè)單位鉛酸蓄電池運(yùn)行安全技術(shù)規(guī)范》5.3,即“蓄電池安全運(yùn)行要求”中,又進(jìn)一步明確到:

“5.2.4內(nèi)阻一致性的要求”;

“5.3.3蓄電池安全運(yùn)行的狀態(tài)應(yīng)由所采集的數(shù)據(jù)來反映,使用單位應(yīng)通過蓄電池在線安全預(yù)警系統(tǒng)或便攜式蓄電池檢測裝置對蓄電池的安全運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和電池均衡?！?/p>

“5.3.4通過在線安全預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)測的蓄電池安全運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)能提供24h實時數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)的提取范圍應(yīng)包括蓄電池組的組電壓、組電流以及單體電池的內(nèi)阻、溫度、電壓,提取數(shù)據(jù)應(yīng)是能夠真實反映蓄電池內(nèi)部的安全運(yùn)行狀態(tài),并可以為電池均衡提供依據(jù)?！?/p>

DB/T3846-2020《企事業(yè)單位鉛酸蓄電池運(yùn)行安全技術(shù)規(guī)范》是目前鉛酸蓄電池安全運(yùn)行方面較為詳細(xì)的一套技術(shù)規(guī)范,也是支持基于主動電池安全預(yù)警技術(shù)的應(yīng)用,在相關(guān)規(guī)范中的具體體現(xiàn)。規(guī)范編制得到了江蘇省應(yīng)急管理部門和江蘇省安全科學(xué)院支持,凝聚了電池行業(yè)專家多年的運(yùn)維實踐經(jīng)驗。

四、電池運(yùn)維主要檢查內(nèi)容

依據(jù)國內(nèi)外相關(guān)電池標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與使用技術(shù)條件,結(jié)合有效的主動安全電池運(yùn)維管理系統(tǒng)和UPS電源使用場景和特點,需特別強(qiáng)調(diào)以下四項內(nèi)容:

1、根據(jù)SH/T3082-2019、DL/T1074-2019、DB32/T3846-2020技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求,電池組應(yīng)配備電池管理系統(tǒng),電池管理系統(tǒng)功能要完備,應(yīng)包含對電池的電壓、溫度、內(nèi)阻、電流等單電池參數(shù)及電池組參數(shù)的實時檢測并進(jìn)行安全可靠儲存。

2、對于電池參數(shù)超標(biāo)的情況要能夠及時告警,讓運(yùn)維人員第一時間知道電池狀態(tài)。

3、電池管理系統(tǒng)需要配備電池均衡功能。對早期出現(xiàn)的電池容量不一致現(xiàn)象進(jìn)行干預(yù),避免出現(xiàn)過充電引起的電池析氫起火爆炸和欠充電引起的電池容量不足導(dǎo)致的用電安全風(fēng)險。

4、電池管理系統(tǒng)需要每個季度進(jìn)行充放電核容。不具備每個季度充放電核容條件的,應(yīng)選配具有電池活化功能的電池管理系統(tǒng),對電池組中早期出現(xiàn)的內(nèi)阻值超限或硫酸鹽化嚴(yán)重的電池進(jìn)行干預(yù),減少電池充放電時熱失控燃燒事故。

五、蓄電池運(yùn)維安全檢查案例

2021年8月,檢查組對YZ石化集團(tuán)UPS鉛酸蓄電池組進(jìn)行運(yùn)維安全專項檢查,檢查以抽查的方式進(jìn)行,本次檢查共抽查24組蓄電池組。

在抽樣檢查的24組電池樣本中:

1、電池組外觀要求指標(biāo)達(dá)標(biāo)23組,抽樣達(dá)標(biāo)率95.83%。;外觀要求不達(dá)標(biāo)的1組電池組,出現(xiàn)爬酸現(xiàn)象。

2、安全運(yùn)行指標(biāo)達(dá)標(biāo)電池組13組,抽樣達(dá)標(biāo)率54.17%;安全運(yùn)行指標(biāo)不達(dá)標(biāo)的11組電池組中:8組電池組浮充電壓超標(biāo);2組電池組浮充電壓差超標(biāo);1組電池組內(nèi)阻偏差超標(biāo);1組電池組擺放場所環(huán)境溫度超標(biāo)。

3、電池組管理功能達(dá)標(biāo)4組,抽樣達(dá)標(biāo)率16.67%;電池管理功能不達(dá)標(biāo)的20組電池組中:6組電池組無電池管理功能,12組電池組管理功能不完善,2組電池組管理功能失效。

4、對以上問題,檢查組要求企業(yè)在指定時間內(nèi)進(jìn)行整改,消除企業(yè)存在的運(yùn)維隱患,得到企業(yè)管理和專業(yè)人員的高度認(rèn)可。

結(jié)論

近年來一系列的國際、國內(nèi)、行業(yè)、地方相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范的陸續(xù)頒布與出臺,是蓄電池運(yùn)行安全運(yùn)維實踐的可靠保障,并證明是積極和有效的。這些標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范除了對UPS用蓄電池 運(yùn)維安全有效,對于其它目前廣泛存在的儲能電池安全問題,也有借鑒意義。電池安全運(yùn)行問題解決后,企業(yè)事業(yè)單位巨量成批更換電池的現(xiàn)狀可以轉(zhuǎn)變到有序有限更換落后劣化蓄電池,對單位降本增效和國家實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略更富有意義。