1 事故發(fā)生
①XX企業(yè)的二臺(tái)30kVAUPS,電池是12V/65Ah,其中一臺(tái)發(fā)生電池起火冒煙。煙霧非常大,整個(gè)配電室全是煙霧,電氣工作人員帶防毒用具進(jìn)入配電室進(jìn)行操作,因未見明火,消防隊(duì)到現(xiàn)場(chǎng)沒有處置,由電氣工作人員進(jìn)行操作,用風(fēng)機(jī)排煙。現(xiàn)場(chǎng)情況是UPS轉(zhuǎn)旁路工作,有幾塊電池?zé)龎摹D1為電池?zé)龎牡膱?chǎng)景。
UPS經(jīng)過檢查,有過載和變換器故障報(bào)警。經(jīng)過測(cè)試后,啟動(dòng)UPS運(yùn)行正常,UPS設(shè)備沒有損壞。電池柜分為五層,其中四層放置電池,一層放置電池開關(guān)。電池組檢查,共有4塊電池?fù)p壞,發(fā)生在電池柜內(nèi)同一層(第三層)。設(shè)備投入生產(chǎn)幾個(gè)月,現(xiàn)場(chǎng)分析,電池底部開裂使電解液流出造成電池回路與地短路。
②某科研單位的一臺(tái)200kVAUPS,一塊電池爆炸,造成UPS內(nèi)部起火,將UPS燒壞。
2 事故分析
在UPS設(shè)計(jì)和施工安裝時(shí),通常是將電池架或電池柜的架體與地線連接,以保證電氣安全。可是當(dāng)電池外殼開裂電解液流出時(shí),會(huì)造成電池對(duì)地線構(gòu)成回路,致使發(fā)生電池組和UPS故障,甚至嚴(yán)重故障。
當(dāng)電池漏液不嚴(yán)重時(shí),會(huì)造成整流器電流過載,整流器關(guān)閉,逆變器停機(jī),UPS轉(zhuǎn)旁路工作,不會(huì)造成斷電。一般情況下清除故障,并且更換新電池后,設(shè)備可以恢復(fù)正常工作。但電池漏液嚴(yán)重,并且電池內(nèi)部極板、板柵出問題,造成對(duì)地的短路,就會(huì)造成大事故。
下面按不同電路和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),對(duì)造成事故的因果關(guān)系進(jìn)行分析。
(1) SCR結(jié)構(gòu)整流器
SCR結(jié)構(gòu)整流器的原理圖如圖2所示。
當(dāng)電池漏液嚴(yán)重,并且電池內(nèi)部極板、板柵出問題,造成對(duì)地短路,發(fā)生因電流太大致使整流器的SCR被擊穿,無法關(guān)閉回路,引起交流電流流入直流系統(tǒng),造成電解電容器(Cx)損壞,并使電解電容器的電解液噴出,因電解電容器中電解液的導(dǎo)電性引起UPS內(nèi)部電氣的短路,故障擴(kuò)大使其損毀,嚴(yán)重時(shí)設(shè)備內(nèi)部發(fā)生著火。
SCR整流器(相控),都是角形工作方式,當(dāng)全波整流時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電壓380V整流得到540V左右的直流電壓。而當(dāng)電池組中間某一點(diǎn)與地線短路，增加新的電流回路(如圖2中的實(shí)線電流所示)，則整流器的接線方式就變成星形工作方式，而整流器輸出為622V左右的直流電壓，這種升壓的結(jié)果將造成電池組和電解電容器過壓，進(jìn)而引起嚴(yán)重的過電流。SCR擊穿后將無法關(guān)閉整流器，并且交流電流會(huì)流入直流電路中，這就會(huì)使電池因過電壓充電而損壞甚至起火或爆炸。直流電解電容器也會(huì)因電壓升高而損壞，并使電解電容器的電解液噴出，因電解電容器中電解液的導(dǎo)電性引起UPS內(nèi)部電氣的短路,故障擴(kuò)大，致使其損毀,更嚴(yán)重時(shí)設(shè)備內(nèi)部著火。
(2) IGBT結(jié)構(gòu)整流器
IGBT結(jié)構(gòu)整流器的原理圖如圖3所示。
圖中TB1、TB2、TB3構(gòu)成整流電路,C1x和C2x為濾波電容器,提供直流供電,而TB4構(gòu)成一個(gè)Buck/Boost電路結(jié)構(gòu),電路在市電正常時(shí)供給電池組充電(電路工作在Buck方式)。當(dāng)市電故障時(shí),電池組向C1x和C2x供電,并保障直流母線電壓的穩(wěn)定(電路工作在Boost方式)。
在市電正常工作情況下,電池漏液嚴(yán)重并有電池內(nèi)部極板、板柵出問題,造成對(duì)地短路時(shí),增加了新的電流回路(如圖3中的實(shí)線電流所示),就會(huì)有大電流經(jīng)過TB4(電路工作在Buck方式),LM檢測(cè)到超過設(shè)定電流時(shí),將會(huì)通過控制邏輯電路關(guān)閉TB4中IGBT的工作,使其構(gòu)不成電流的回路。從而降低電池組和UPS設(shè)備損壞的程度。
在電池漏液嚴(yán)重造成對(duì)地短路時(shí),因TB4的二極管的存在,電池組與逆變器及濾波回路放電回路構(gòu)成電流通路,因此在一些UPS制造商設(shè)計(jì)時(shí)考慮到此,設(shè)計(jì)輸入/輸出及電池開關(guān)時(shí)采用接觸器或空氣開關(guān)安裝脫扣器,便于電路異常時(shí),分?jǐn)嗷芈?保護(hù)設(shè)備的安全。在電路中有異常時(shí),有效地轉(zhuǎn)換到旁路工作,不使后端負(fù)荷設(shè)備斷電。這樣的設(shè)計(jì)可以對(duì)UPS進(jìn)一步進(jìn)行保護(hù)。
3 電池架或電池柜安裝問題
為電氣和人身安全考慮,所有的電氣設(shè)備外殼均接地線。下面提供幾種電池架或電池框的安裝方式。處理好電池安裝及運(yùn)行維護(hù)保養(yǎng)的工作很重要。
①早在上世紀(jì)70年代引進(jìn)的UPS配套的電池柜,每四塊電池固定在一個(gè)電池托盤(絕緣材料制成)。這樣,電池致使產(chǎn)生漏液也不會(huì)造成對(duì)地短路的問題。
②XX國大使館的UPS電池柜的每層托板為絕緣材料制成,電池不與金屬架體接觸,有效地解決了電池漏液所造成的對(duì)地短路問題。
③多數(shù)供應(yīng)商和一些使用者,因各種原因?qū)㈦姵刂苯臃旁阼F架上,這樣一來,電池漏液或電池的短路開裂,會(huì)使電池組的部分電極與地線連接,造成事故。
④也有電池架體上放置絕緣材料或架體不接地線。
4 結(jié)束語
隨著時(shí)代的進(jìn)步,電路的設(shè)計(jì)更加先進(jìn)全面,但像電池漏液與地構(gòu)成短路這種小概率的事故也要重視。否則,發(fā)生事故會(huì)造成很大的損失。為此,提出如下建議:
①在設(shè)計(jì)方案時(shí),把這些因素考慮進(jìn)去,可以從絕緣和電氣控制保護(hù)等多種方法并用,特別是大型數(shù)據(jù)中心,更要重視;
②電池的老化是事故的主因之一,控制好電池工作的環(huán)境溫度,使電池不要因溫度過高而提前老化,訂好制度提前進(jìn)行更換;
③重視運(yùn)行保障工作,對(duì)所用設(shè)備功能了解清楚,電池底部的漏液不易發(fā)現(xiàn),細(xì)小的變化會(huì)引發(fā)大的故障。
