陜西西安地鐵UPS蓄電池改造應(yīng)急UPS電源項目科華蓄電池

淺談城市軌道交通設(shè)備系統(tǒng)專業(yè)備用蓄電池電源的設(shè)計

一、陜西西安地鐵UPS蓄電池改造應(yīng)急UPS電源項目科華蓄電池導(dǎo)讀

       在城市軌道交通工程的設(shè)計中，設(shè)備系統(tǒng)專業(yè)各個子系統(tǒng)對本專業(yè)的備用蓄電池電源（不間斷電源UPS）的設(shè)計要求不盡相同，包括電源負(fù)荷容量大小、后備供電時長等不同指標(biāo)，所遵照的依據(jù)為現(xiàn)行幾本規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。審圖工作中，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)不同工程、不同設(shè)計單位在同一系統(tǒng)專業(yè)設(shè)計圖紙中對備用蓄電池電源設(shè)計采用不同參數(shù)的情況，下面分不同情況進行概述。

     西安地鐵UPS蓄電池結(jié)合西安地鐵弱電系統(tǒng)UPS蓄電池性能及參數(shù)，介紹蓄電池日常使用及維護方法，為相關(guān)人員提

供參考和借鑒。

 

關(guān)鍵詞:UPS電源蓄電池;西安地鐵UPS蓄電池使用;西安地鐵UPS蓄電池維護

 

     1.地鐵弱電系統(tǒng)UPS電源供電方式及特點

根據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范)GB50157-2013城市軌道交通的用電負(fù)荷按照用電可靠性要求及失電影響程度分為三

級。一級負(fù)荷是***重要的負(fù)荷，如通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)等弱電系統(tǒng)，一旦失電將對乘客生命

安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此西安地鐵弱電系統(tǒng)由兩路獨立電源經(jīng)過UPS供電。UPS電源選型為在線雙轉(zhuǎn)換式，U

PS由市電輸入輸出濾波器、整流/PFC、DC/DC充電器、逆變器、旁路、電池和輸出功能模塊組成(如圖1所

示)。當(dāng)市電正常供電時，UPS可以看作是一臺穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源，經(jīng)過整流器、逆變器向負(fù)載輸出潔凈交流電

的同時又向蓄電池組充電。市電停電時，由蓄電池經(jīng)逆變器向負(fù)載供電。在線雙轉(zhuǎn)換式UPS除了具有過流報

數(shù)、短路報數(shù)，過壓保護，短路保護，過載保護功能外還有一個特點，那就是不管有無市電供應(yīng)，負(fù)載的全

部功率都由逆變器提供，保證高質(zhì)量的電力輸出，這對于軌道交通精密的電子設(shè)備來說非常重要。

     2.蓄電池參數(shù)及工作原理

蓄電池是UPS的儲能裝置。市電正常供電時，它依靠充電電路將市電提供的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來。市

電斷電時，它將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能釋放出來維持UPS不間新供電。西安地鐵一號線弱電系統(tǒng)UPS采用荷貝克

SB 12V 60Ah閥控密封式鉛酸蓄電池，額定電壓12V，額定容量60Ah，額定放電電流6A，每塊電池內(nèi)部封裝

6個串聯(lián)的2V單體，終止放電電壓為1.8V/單體。蓄電池組數(shù)量根據(jù)各系統(tǒng)設(shè)計要求所要滿足的后備時間的長

短而不同，電池間采用串聯(lián)方式連接。鉛酸蓄電池是由兩組極板插入稀硫酸溶液中構(gòu)成的。電池在充電后，

正極板為二氧化鉛PbO2，負(fù)極板為海綿狀鉛Pb;放電后，在兩極板上都產(chǎn)生細(xì)小而松軟的硫酸鉛PbSO4.

充電后又恢復(fù)為二氧化鉛PbO2和鉛Pb。(如圖2所示)

      2.1 充電

充電方式有兩種:均充和浮充。均充指恒大電流充電，其特點是充電速度快，持續(xù)時間短，蓄電池放電后可

以用均充法快速補充電能。使用均充法還可以消除個別電池的電壓偏差，使電壓趨干平衡。浮充指恒壓小電

流充電，其特點是充電時間長，充電速度慢，目的是補充電池由于自放電而虧損的小部分容量并增加充電深

度。兩種充電方式之間的轉(zhuǎn)換由UPS監(jiān)控模塊自動控制。西安地鐵弱電系統(tǒng)UPS的充電程序為先均充再浮

充，根據(jù)電池放電程度，一般先均充12-48小時后再開始浮充。***大均充電流為6A，***高限壓為2.35-2.40V/

單體。***大浮充電流為0.12A，浮充電壓為2.25V/單體。

2.2放電

放電有兩種情況:一是市電掉電或電壓波動在UPS工作范圍之外UPS主機自動切換為電池供電。二是為延長

電池壽命而人工進行的周期性放電作業(yè)。根據(jù)西安地鐵供電情況，自動切換主要發(fā)生在夜間雙電源倒閘期

間，倒閘結(jié)束則自動轉(zhuǎn)入市電供電并同時對電池充電。而為延長電池壽命所做的放電作業(yè)周期為三個月，放

電時間較長，需注意避免電池深度放電，當(dāng)單體電壓低于1.8V時繼續(xù)放電易形成不可逆硫酸鹽化，使充電恢

復(fù)能力變差，嚴(yán)重?fù)p害電池，縮短其使用壽命。

     3.電池性能檢測

由于西安地鐵弱電系統(tǒng)UPS蓄電池采用的是密封式鉛酸蓄電池，充電時幾平?jīng)]有腐蝕性氣體釋放，并且電解

液的消耗非常少，在設(shè)計壽命內(nèi)不需添加蒸餾水，所以對于電池性能的檢查主要在于以下兩點:電池電壓和

電池容量。

 

      3.1 電壓的檢測

電池電壓要在長時間浮充后測量，每單體電壓為2.25V，整塊電池電壓為13.5V;若是在均充狀態(tài)，每單體電

壓在2.35V-2.40V之間，整塊電池電壓在14.1V-14.4V之間。

 

      3.2 容量的檢測

常溫下，電池的容量是電池達(dá)到放電終止電壓的時間及放電電流大小的乘積。參照IEC896-11/DIN EN60896

-11標(biāo)準(zhǔn)，鉛酸蓄電池一般進行10小時率容量測試。放電電流I=60Ah/10h=6A，放電終止電壓為1.8V/單

體，記錄每單體電壓下降至1.8V所用的時間T，則測量出的電池容量C=IxT。只要測出的電池容量大于其額定

容量，我們就判定電池容量合格。

     4.電池維護

 

      (1)在日常巡檢中應(yīng)密切觀察電池的外觀，表面灰塵用干的無紡布擦除。電池的端極柱容易發(fā)生微小的電化

學(xué)腐蝕，為了防止電池極柱氧化腐蝕，需定期向極柱添加防護油。運輸安裝過程中的磕碰有可能產(chǎn)生肉眼看

不見的裂紋，經(jīng)過一段時間的充放電后，裂紋擴大會導(dǎo)致漏液，從而腐蝕電池架甚至造成鋼結(jié)構(gòu)柜體的損

壞。如果有電解液溢出，應(yīng)用氧氧化鉀溶液中和，然后徹底沖洗整個區(qū)域。若皮膚接觸電解液，需用清水充

分沖洗。

 

      (2)電池外殼膨脹，破裂甚至漏液時一般會伴隨電池內(nèi)阻升高，溫度上升的現(xiàn)象，需要及時更換故障電池。

由于大量電池串聯(lián)，整個電池組端電壓會達(dá)到DC430V以上，對人身構(gòu)成致命威脅。因此更換電池的全程應(yīng)

穿戴絕緣手套和護目鏡，做好防護。更換電池首先要斷開電池充電器和輸一空開，松開螺母并拆除電池的連

接片，拆除電池，檢查電池架、絕緣子、基座板處在良好狀態(tài)并更換任何有缺陷或可疑的零件。安裝新電

池，一定注意極性順序，即新電池的正極連至前一個電池的負(fù)極，負(fù)極連至后一個電池的正極。

      (3)電池***佳工作溫度在15℃-25℃之間，溫度過低會減少電池容量，溫度過高會縮短電池使用壽命，實驗

室數(shù)據(jù)表明，溫度每升高10℃，化學(xué)腐蝕速率加快一倍，電池壽命減少一半。另外，在實際使用中應(yīng)考慮到

不同位置電池的溫度差異，由于UPS主機運轉(zhuǎn)散發(fā)大量熱量，如果柜內(nèi)通風(fēng)不好，或者電池距離UPS主機過

近，會造成個別電池溫度升高影響其壽命，對整個系統(tǒng)的可靠性造成影響。這一點需要在設(shè)計安裝時格外注

意。

 

     5.結(jié)束語

蓄電池作為UPS的儲能裝置，在市電失電時為負(fù)載供電，蓄電池的性能直接決定了通信、信號、火災(zāi)報警等

弱電系統(tǒng)的工作狀態(tài)，關(guān)系到乘客的生命安全。作為軌道交通運營維保人員，應(yīng)盡可能使蓄電池性能長期保

持在高質(zhì)量、高可靠性、高安全性的水平上，

二、 陜西西安地鐵UPS蓄電池改造應(yīng)急UPS電源項目科華蓄電池現(xiàn)狀     

（一）火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、氣體滅火控制系統(tǒng)

       在城市軌道交通項目中，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和氣體滅火系統(tǒng)控制部分兩個專業(yè)的備用蓄電池電源（不間斷電源UPS）的設(shè)計要求一般依據(jù)如下規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)：

       《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB 50116-2013第10.1.5規(guī)定：“消防設(shè)備應(yīng)急電源輸出功率應(yīng)大于火災(zāi)自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)全負(fù)荷功率的120%，蓄電池組的容量應(yīng)保證火災(zāi)自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)在火災(zāi)狀態(tài)同時工作負(fù)荷條件下連續(xù)工作3h以上。”

       《地鐵設(shè)計規(guī)范》GB 50157-2013第23.1.8條規(guī)定：“火災(zāi)自動報警系統(tǒng)直流備用電源宜采用專用蓄電池或集中設(shè)置的蓄電池組供電，其容量應(yīng)保證主電源斷電后連續(xù)供電1h；”

       在近期的送審項目中，遵循新規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)先的原則，設(shè)計人多數(shù)選擇設(shè)計為3h的供電時長，即遵守GB 50116-2013的相關(guān)條文規(guī)定。

為什么要對西安地鐵UPS蓄電池進行內(nèi)阻測試？

     城軌人都在關(guān)注的西安地鐵UPS蓄電池學(xué)習(xí)筆記，讓西安地鐵UPS蓄電池學(xué)習(xí)成就更好的自己！

地鐵自動化專業(yè)普遍使用UPS（不間斷電源）實現(xiàn)持續(xù)性供電要求，對于UPS蓄電池的日常維護，為什么要強調(diào)內(nèi)阻的測試呢？

不間斷電源(UPS)是將蓄電池(多為鉛酸免維護蓄電池)與主機相連接，通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備，為專業(yè)設(shè)備提供穩(wěn)定、不間斷的電力供應(yīng)。

蓄電池內(nèi)阻是國際公認(rèn)的對蓄電池***有效的、測量***便捷的性能參數(shù)，能夠反映蓄電池的劣化程度、容量狀態(tài)等性能指標(biāo)，而這些指標(biāo)是電壓、電流、溫度等運行參數(shù)所無法反映的。

蓄電池的四種主要的失效模式：失水、負(fù)極板硫化、正極板腐蝕和熱失控，其直接影響使蓄電池的容量下降，內(nèi)阻升高，也是造成蓄電池內(nèi)阻升高的主要原因。

隨著蓄電池的容量狀態(tài)的下降，蓄電池的內(nèi)阻會升高。容量越大的蓄電池其反映的內(nèi)阻越小，同時隨著蓄電池劣化程度的加大，蓄電池的內(nèi)阻也會出現(xiàn)顯著的增高。所以，蓄電池的內(nèi)阻與其容量有著密切的關(guān)系：蓄電池內(nèi)阻升高是蓄電池性能劣化的重要標(biāo)志。

國際電信電源年會的研究成果顯示，如果蓄電池的內(nèi)阻超過正常值25％，該容量已降低到其標(biāo)稱容量的80％左右，如果蓄電池內(nèi)阻超過正常值的50％，該蓄電池容量已降低到其標(biāo)稱容量的80％以下，需及時更換。

西安地鐵UPS蓄電池在絕大部分現(xiàn)場是串聯(lián)使用的，單體蓄電池的性能狀態(tài)直接影響到蓄電池組的性能狀態(tài)。同時，蓄電池組中的落后電池會加快與其串聯(lián)的其他蓄電池的劣化速度。所以，對單體蓄電池的監(jiān)測是保障蓄電池組的容量狀態(tài)和使用壽命的必要條件。

通過對西安地鐵UPS蓄電池組中的單體蓄電池進行內(nèi)阻測試，能夠準(zhǔn)確地掌握蓄電池組中的每個單體蓄電池的性能狀態(tài)；同時對于保證蓄電池供電穩(wěn)定和延長蓄電池組的使用壽命具有重要意義。

合理設(shè)計西安地鐵UPS蓄電池組的參數(shù):

西安地鐵UPS蓄電池公司

科華蓄電池型號 電池電壓V 電池容量Ah 長mm 寬mm 高mm 總高mm

   6-GFM-24 12 24 167 127 174 178

   6-GFM-38 12 40 197 167 176 176

   6-GFM-65 12 65 330 174 166 173

   6-GFM-100 12 100 330 174 216 223

   6-GFM-120 12 120 407 173 210 239

   6-GFM-150 12 150 486 170 242 242

   6-GFM-200 12 200 523 238 219 225

西安地鐵UPS蓄電池在低溫情況下，各活性物質(zhì)活度降低，其電極上的P溶解變得困難，充電時消耗P后很難得到補

       綜上所述，在設(shè)備系統(tǒng)專業(yè)設(shè)計圖紙中，對本專業(yè)蓄電池供電時長的要求設(shè)計為1h、2h、3h的均有，其設(shè)計依據(jù)主要來源于《地鐵設(shè)計規(guī)范》GB 50157-2013和《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB 50116-2013。

       目前城市軌道交通工程項目中，對蓄電池供電時長的設(shè)計有就高不就低、就長不就短的趨勢，UPS電池組設(shè)計的負(fù)荷容量也越來越大，而UPS/EPS電池組的使用壽命僅有六年左右， 其更換費用不菲，據(jù)不完全統(tǒng)計大概在5-10萬/10KVA，這還不包括日常維護費用大約兩萬/10KVA/年。

       目前，國家對節(jié)能減排方面出臺的法律法規(guī)如下：《中華人民共和國節(jié)約能源法》、《中華人民共和國大氣污染防治法》、《交通行業(yè)實施節(jié)能法細(xì)則》、《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》等等，其目的都是圍繞保護和改善環(huán)境，防治大氣污染，保障公眾健康，推進生態(tài)文明建設(shè)，促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展制定。隨著經(jīng)濟發(fā)展，環(huán)境污染已經(jīng)是全人類面臨的一大難題，節(jié)能環(huán)保是我們可持續(xù)發(fā)展的必然方向，弘揚節(jié)約美德，倡導(dǎo)低碳生活，建設(shè)環(huán)保型、節(jié)約型社會是我們目前的當(dāng)務(wù)之急。

       回到我們城市軌道交通工程的設(shè)計中，在遵循規(guī)范要求和倡導(dǎo)低碳環(huán)保節(jié)能減排中尋求平衡點，是需要設(shè)計人認(rèn)真思考的問題。

       因此，對UPS電池組設(shè)計的負(fù)荷容量和供電時長進行適當(dāng)調(diào)整和***控制不失為較好的選擇之一。具體分析：設(shè)計中火災(zāi)自動報警系統(tǒng)專業(yè)選擇本專業(yè)備用蓄電池電源的供電時長為3h，在設(shè)計依據(jù)方面沒有問題，因為《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB 50116-2013其實施日期較近，并且又是專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，雖然GB 50116-2013在條文內(nèi)容和條文解釋中均未明確說明供電時長要求為3h的依據(jù)，但這是另外的話題了。而環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)專業(yè)圖紙中蓄電池組供電時長設(shè)計為3h的情況值得商榷，雖然BAS、ISCS、通信專業(yè)等與火災(zāi)報警系統(tǒng)相關(guān)性很強，火災(zāi)工況下，城市軌道交通火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的消防設(shè)備聯(lián)動需要通過上述系統(tǒng)共同實現(xiàn)，所以其蓄電池組供電時長的選擇不宜獨立考慮，需協(xié)同一致，設(shè)計為相同的供電時長，但是從另一方面來說，BAS、ISCS、通信專業(yè)與火災(zāi)報警系統(tǒng)直接聯(lián)動相關(guān)的僅為部分功能，我們是否能考慮使用需求針對不同功能分別設(shè)置蓄電池組要求，與火災(zāi)報警系統(tǒng)強相關(guān)的部分供電時長設(shè)計為3h，正常工況部分的供電時長根據(jù)GB 50157-2013中相關(guān)條文設(shè)計為1h。

      另外，我們在此提出一個論點供大家探討，既備用蓄電池組供電時長的確定與火災(zāi)供電時長沒有必然關(guān)聯(lián)。因為消防設(shè)備系統(tǒng)的負(fù)荷等級均定義為一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷既是消防負(fù)荷，按照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016（2018年版）第10.1.6的要求，在火災(zāi)情況下，消防設(shè)施電源不得切除，依靠市電進行供電，因此，按照消防供電時長來確定蓄電池的供電時長并沒有足夠依據(jù)。并且，如果地鐵中的市電停電情況下，消防水泵、消防風(fēng)機等消防設(shè)備也失去電源無法工作，此時其它設(shè)備系統(tǒng)的備用蓄電池能夠提供進行系統(tǒng)處理，數(shù)據(jù)在線貯存等小負(fù)荷容量的工作即可。此外，任何蓄電池都存在使用周期短，無法再利用的痼疾，備用時間越長，不僅投資巨大，而且從再生能源利用方面考慮對環(huán)境的損害也越大。

       綜前所述，西安地鐵UPS蓄電池組的供電時長如設(shè)計過短影響火災(zāi)情況下系統(tǒng)運行功能，設(shè)計過長會造成不必要的浪費，不符合節(jié)能減排要求。所以，設(shè)計中應(yīng)結(jié)合各專業(yè)功能需求和不同規(guī)范的要求，同時也要參考消防線纜在火災(zāi)時的工作時間，多方面統(tǒng)籌考慮，根據(jù)城市軌道交通領(lǐng)域自身建筑特點和防災(zāi)要求，規(guī)定符合設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計要求的蓄電池組供電時長。

地鐵弱電系統(tǒng)UPS蓄電池使用及西安地鐵UPS蓄電池維護,作為地鐵行駛過程中***為重要的一個部分,地鐵弱電系統(tǒng)UPS蓄電池的使用以及維護至關(guān)重要,不僅能夠為列車提供電壓,而且西安地鐵UPS蓄電池在應(yīng)急照明、通風(fēng)、廣播等方面扮演著重要的角色,基于此,西安地鐵UPS蓄電池首先分析討論了地鐵弱電系統(tǒng)UPS蓄電池的概念,然后對地鐵弱電系統(tǒng)的工作原理、覆蓋范圍以及具體的維護方式進行了介紹,西安地鐵UPS蓄電池希望能夠為今后的地鐵弱電系統(tǒng)UPS的使用提供參考.