UPS蓄电池使用寿命研究与提升措施

摘要：针对海上平台UPS蓄电池在使用过程中出现的容量下降过快以及使用寿命大大缩短等问题，本文简要地介绍了蓄电池使用寿命的定义，并分析了影响蓄电池使用寿命的因素，在此基础上提出了延长蓄电池使用寿命的措施。

关键词：海上平台；UPS蓄电池；使用寿命

海上采油平台UPS不间断电源系统作为平台自控系统设备设施的日常及后备电源，具备日常稳压和在平台危急掉电后为自控系统设备设施提供后备电源的功能。作为自控系统的重要设备，UPS是日常巡检必检项，平台员工需要对UPS主机和蓄电池的运行状态进行人工巡检。但是海上采油平台UPS蓄电池从目前使用情况来看，普遍存在蓄电池容量下降过快，使用寿命短的问题，短短1～2年时间蓄电池的容量只有标称容量的30%～40%，有的只有10%～20%，而大部分平台蓄电池经过1～4年运行，其容量只有其标称容量的50%左右，远远达不到其设计使用寿命，与陆地同类蓄电池相比，其使用寿命也大大降低。如何提高UPS蓄电池使用寿命是目前需要探讨的问题。

1  蓄电池寿命的定义

铅酸蓄电池的寿命有三种：循环寿命、搁置寿命和日历寿命。

“蓄电池循环寿命”的定义是蓄电池的容量在跌至额定容量的某个百分比之前所完成的总的完全充放电循环次数。在不同的蓄电池中，这个百分比会不同。蓄电池使用越久，其容量越下降。如果蓄电池滥用，其循环寿命会更加缩短。

另一个计算蓄电池循环寿命的方法是测量单体的内阻。这时，循环寿命的定义是蓄电池在内阻上升到某一点前所完成的总的完全充放电循环次数。上述的两个定义假定蓄电池的每一次循环都是完全的充放电循环。如果蓄电池每次只是部分放电，那么其循环寿命会延长。所以，在使用铅酸蓄电池时务必要知道额定的放电深度。即使如此，经常放电至额定的深度也会大大地缩短蓄电池的循环寿命。如表1所示，因此在使用时应避免深度放电。

表1  蓄电池放电深度与使用寿命之间的关系（25℃）

放电深度（%）	设计充放电循环次数
5	10000
20	2000
50	800
100	350

“蓄电池搁置寿命”是指不使用（搁置）的蓄电池容量在跌至额定容量的某个百分比之前的时间。

“蓄电池日历寿命”是指新蓄电池使用或者搁置后到无法再使用所经过的时间。由于蓄电池实际使用的情况大不相同，就是同一型号蓄电池的日历寿命通常也会相差很大，所以其实际意义不大。

2  影响海上采油平台电池运行寿命的因素

由于海上采油平台交流电供电不稳定，夏季平台配电间室内环境温度过高；且平台数量多巡检受海上气象影响的制约，无法做到精细化维护。以上是平台蓄电池工作环境的基本状况。

通过对海上采油平台蓄电池损坏情况的分析，我们得出影响蓄电池运行寿命的有以下几个因素：

1）浮充电压设置过低

当浮充电压设置过低时，蓄电池由于长期处于欠充电状态，使极板深处的活性物质无法参与化学反应，继而在活性物质与隔板膜之间形成高电阻层，加大了蓄电池内阻，造成蓄电池的容量下降。

2）浮充电压设置过高

当浮充电压设置过高时，蓄电池由于长期处于过充电状态，使内部产生的气体量增加，同时因为安全阀经常处于开阀状态，从而引发蓄电池严重失水，电解液浓度增大，蓄电池内部腐蚀加快、容量失效等一系列后果。

3）过量放电

当蓄电池过量放电时，由于内部产生过量的硫酸铅，使极板物质体积增大，引起极板弯曲、膨胀，严重时还将导致蓄电池槽胀裂。

4）蓄电池存储时间太长

蓄电池在存放过程中存在自放电，如果长时间得不到补充，就会出现硫酸盐化现象。这种现象如果没有得到及时改善，蓄电池容量会降低甚至损坏不能使用。蓄电池在存贮过程中，环境温度对容量影响也非常大，如表2所示。

表2 蓄电池存放时间与环境温度对容量的影响

温度 时间	0℃	10℃	20℃	30℃	40℃
3个月	92%	90%	86%	83%	78%
6个月	87%	84%	81%	75%	60%
9个月	82%	78%	75%	65%	45%
12个月	78%	74%	70%	55%	30%
15个月	75%	70%	60%	40%	10%

5）平台配电间室内的环境温度过高

平台配电间停电后，空调停机。由于配电间为封闭房间，配电间室内温度将大幅上升。温度过高使阀控式密封电池内部失水量加剧，电解液饱和度下降(玻璃纤维棉隔膜内电解液减少)使电池容量降低，缩短使用寿命。

6）电池安装质量

蓄电池的安装是否符合规范，对蓄电池的使用使命影响非常大。安装时没有将蓄电池之间的连接器固定螺钉拧紧，接线柱与连接器之间接触电阻增大，在充放电时将产生大量热量而烧坏，造成整组蓄电池损坏;蓄电池温度传感器没有安装或安装错误，在温度高时会因为无法调整充电电压到合适值，蓄电池出现热失控现象，造成 蓄电池损坏;开通时没有在监控单元中调整蓄电池管理参数至合理值，造成蓄电池损坏。

7）没有正确地设置蓄电池管理参数

开关电源涉及到蓄电池管理的参数有蓄电池容量、充电电流系数、均浮充电压、一二次下电电压、自动均充的条件、温度补偿电压，如果这些参数设置不合理，会对蓄电池的寿命造成影响。例如一二次下电电压设置电压过低，使蓄电池出现过放电甚至深度过放电现象，加剧蓄电池负极板硫酸化，将使蓄电池容量下降，使用寿命 缩短。蓄电池容量设置不正确，影响蓄电池充电电流，造成蓄电池充电电流过大而损坏。

3  措施

根据造成采油平台蓄电池运行寿命减少的因素，结合实际情况我们提供如下几个延长蓄电池使用寿命的措施。

3.1  改善日常巡检方法

1）保持蓄电池清洁，避免泄漏电流。

在对蓄电池进行清洁时，必须用湿布擦拭，严禁用油类或有机溶剂（例如汽油和稀释剂）擦洗或涂覆，也不要用浸有这些材料的布擦拭。要避免用起毛的刷子和干布擦拭，以免产生静电引起爆炸危险。

2）保持适宜的环境与温度

蓄电池应贮存于清洁、通风良好、干燥的环境中，避免在高温下贮存及使用，不应受阳光直射，要远离热源。环境温度最好控制在15℃~20℃为宜。

3）使用具备限流、恒压功能的充电设备

蓄电池充电时，其充电设备必须具备限流、恒压功能，且恒压应保持在± 1%的范围内。

4）保持完整的蓄电池组运行记录

（1）每月检查并记录充电设备的运行状态和蓄电池组的总电压值、充电电流值；

（2）每季度定期检查并记录一次蓄电池组中每个蓄电池的浮充电压值，检测并记录蓄电池组两端的充电电压同充电设备的输出电压是否一致，检查并记录蓄电池的外形、外表温度是否正常；

（3）每次均充时，每隔4小时应分别记录每个蓄电池的充电电压以及充电电流。

5）注意蓄电池的放电深度

为保证蓄电池的使用寿命，应特别注意蓄电池的放电深度：当间歇放电或放电电流为 0.1Q以下时，放电终止电压为1.83V/台；放电电流为0.2Q左右时，放电终止电压为1.75V/台；放电电流为0.5Q左右时，放电终止电压为1.73V/台；放电电流为0.7Q左右时，放电终止电压为1.63V/台；放电电流为0.7Q~3.0Q左右时，放电终止电压为1.53V/台；放电电流为3.0Q以上时，放电终止电压为1.33V/台。Q为电池的额定容量。蓄电池应严格按上述的放电终止电压放电，否则会发生过放电现象，缩短蓄电池使用寿命。

6）对蓄电池进行定时的巡视检测

蓄电池在运行时期，应定时地对其进行巡视，看其连接片（连接线）是否有松动和腐蚀现象，壳体是否出现渗漏和变形，极柱端子与安全阀周围是否有酸雾溢出，蓄电池温度是否过高等。

定期用电池检测仪对蓄电池进行检测，蓄电池在运行一段时间后，会出现个别电池老化的现象(一般情况下老化电池端内阻约为新电池的1.5-2倍)。如果不及时发现，老化的电池会导致其他好的电池随时间推移慢慢失效，进而使整个电池组报废。一般要对蓄电池每隔3个月进行一次维护，主要检查蓄电池组中有无漏液、有无外壳变形、有无老化电池存在、蓄电池连接处有无锈蚀和固定螺钉松动、环境温度是否正常等。只有做到及时发现及时处理，才能确保蓄电池的正常使用寿命。

3.2  实施海上平台UPS远程监控

海上生产受海况影响较大，连续数日无法出海情况下，人工巡检方式不能实现对UPS系统运行状态的自动、不间断的获取，随着平台精细化管理要求的提高和油田生产信息化提升工作的开展，目前的UPS巡检方式成为需要改进的项点。

针对UPS巡检方式问题，我们提出了UPS不间断电源系统远程监控的措施。该措施的主要工作原理是将UPS主机内的运行参数通过485 Modbus通讯协议输出至自控系统，调试修改程序画面实现对UPS运行状态的自动监控。

目前已实现UPS运行状态的远程监控、曲线查看及报警，此次改进：

1）UPS不间断电源系统的运行状态实现了24小时不间断自动监控，能够提前发现UPS系统运行异常，对系统运行提供预警；

2）节省了巡检人力，降低了现场员工的日常巡检工作量，提升了平台自动化精细化管理水平，符合油田生产信息化提升要求；

3）采油厂可考虑在全厂范围内推广实施。