UPS 电源系统火灾风险及防范对策

��发布时间：2020-01-30 ��浏览次数：6154次

 UPS 电源系统火灾风险及防范对策

 

为确保供电质量，UPS( 不间断电源) 越发广泛的应用于金融、通信、医疗、军事等关乎国计民生和国安全的数据中心，为负载提供不间断供电。随着应用数据量的增大，UPS 及蓄电池组的规模也随之巨增，通常中型UPS 电源室由几百块直流蓄电池连接供电，供电能量达到几千千瓦以上，机房设备价值多在千万元以上。近几年，此类设备火灾频繁，财产损失和社会影响巨大，而且国家对其设计、施工、维护尚未出台统一标准，多以厂家或行业标准为依据，造成UPS 系统的安全设计、维护缺乏统一有效的监管。

本文重点从UPS 电源的蓄电池组及线路两方面分析了火灾风险( UPS 主机也会出现故障，但概率较低，一般为施工阶段接线不实引发，故本文未作介绍) ，提出了防范措施和对策，并针对此类场所消防系统设计中存在的问题阐述了自己的观点。

 

1. UPS 系统后备蓄电池组火灾风险

中大功率UPS 供电系统中一般使用的是阀控密封铅酸( VRLA) 蓄电池，俗称免维护电池，人们通常认为这种电池不需要维护，许多用户从装上电池后就基本没有进行过维护和管理，容易发生电池外壳变形、电解液渗漏、容量不足、电池端电压不均匀等问题，极易诱发火灾。另外，UPS 后备蓄电池本身就是储能设备，一旦发生事故，蓄电池自身会长时间持续释放大量能量，很难中断或控制，加剧火灾危害。

 

( 1) 蓄电池电解液渗漏导致单体电池之间不均衡，在充、放电过程中发生击穿现象导致火灾。阀控密

封铅酸蓄电池气体过度的逸出、焊接柱或盖板裂缝、密封不严，都会引起电解液渗漏导致蓄电池组出现单体电池不均衡的现象，如果及时发现并处理，可以减少这种差异，但实际中往往很隐蔽，因此这种问题会累积加剧，而整组蓄电池的容量以状况最差的那一块蓄电池的容量值为准，而不是以平均值或额定值( 初始值) 为准，当电池的实际容量下降到其本身额定容量的90%以下时，电池便进入衰退期，当电池容量下降到原来的80% 以下时，电池便进入急剧的衰退状况，衰退期很短，这时电池组已存在极大的事故隐患，在充、放电过程中容易发生击穿现象。

 

( 2) 蓄电池气体调节阀出现故障导致火灾的发生，如果阀控密封铅酸电池中气体调节阀出现故障，蓄电池内部充电过程中产生的气体( 当充电达到一定电压时一般在2. 30 V / 单体以上) ，蓄电池的正极上放出氧气，负极上放出氢气无法及时排出，当蓄电内部压力超过ABS 塑料外壳所能承受的压力时，就会导致蓄电池外壳ABS 塑料盖鼓起破裂或发生爆炸导致火灾的发生。

 

( 3) 蓄电池内部接线柱、同极的连接片以及电极接头的腐蚀导致极板短路发生火灾。造成蓄电池极板短路的原因有: 蓄电池电池内部接线柱、同极的连接片以及电极接头的腐蚀; 外来金属或极板活性物质后卡在极板之间; 隔离板损坏; 沉淀物过多，造成极板下部短路等。这些原因多是用户在安装蓄电池端子和连接条时，连接不够牢固或日常维护保养作业中未及时处理接触不良端子，导致连接条与极柱接触电阻变大造成的。在蓄电池组充放电时，接触处温度急剧上升，造成接线柱( 连接片) 短路、壳体烧熔导致火灾的发生。

 

( 4) 蓄电池对工作环境有着严格的要求，例如温度、湿度等，环境因素变化也能导致蓄电池故障，引发火灾。

 

2 .UPS 系统连接汇流线路火灾风险

 

大中型UPS 供电系统后备蓄电池组通常由几十甚至上百块蓄电池串并联组成，通过火灾案例记载，蓄

电池组之间接线设计不合理尤其是施工不规范是造成火灾事故的重要原因。

( 1) 线路发生过载、接地、局部接触电阻过大等故障均可导致电缆过热、绝缘层外皮融化燃烧，由于直流电源能量非常大，一旦出现问题而未能及时发现，火灾必然会发生。

( 2) 线路发生漏电或接地电故障时，漏电电流容易引燃周边可燃物导致火灾。

( 3) 短路时，强烈电弧高温作用可使铜导线局部金属迅速熔化、气化或熔珠飞溅引燃周边可燃物，加剧

火势蔓延; 伴随火场温度的迅速上升，邻近的蓄电池外壳软化，蓄电池内部的氢气进一步泄漏，引发设备更大规模的燃烧; 另外，由于电缆线路线已被引燃，系统电缆在不断地跳跃短路，导致火灾的进一步蔓延扩散。

 

3. UPS 电源系统火灾事故的防范对策

 

由于蓄电池为直流、高能储存装置，一旦发生事故很难终止火灾危害，所以要从产品选型、线路设计、施工、维护等四方面入手将火灾风险降至最低。

 

3. 1 设备选型

通过选择防火性能更好的产品，提高蓄电池系统的安全性，最大限度的降低因偶发故障导致火灾发生

的概率和危害。以目前的科研进展和市场产品，主要可采取三方面措施: ①蓄电池外壳采用阻燃等级更高的强化抗冲击阻燃聚丙烯PP 材料; ②蓄电池内部采用长效催化剂保证内部气体有效复合，无多余气体产生，消除电池爆炸可能性; ③选择阻燃或耐火等级更高的电缆作为电池连接和汇流线。

 

3. 2 电池汇流支路设置短路保护，及时切断短路电流在电池汇流箱各支路安装直流熔断器或直流断路器，考虑成本因素，电池机房中采用直流熔断器更为经济合理，这也是笔者在调查一起火灾事故后与专业人员研究商定的改进措施，希望引起重视，否则一旦UPS主机或线路出现故障，会造成蓄电池组的持续短路，无法中断，造成蓄电池组和电缆的损毁，增加火灾损失同时也容易对处置人员人身造成危害。

3. 3 电池监控系统

设置电池监控系统，可以实时对每一节电池的电流、电压、容量、内阻等参数进行监控，对每次电池的故障进行及时报警。目前高等级数据中心对电池监控系统通常采用两种方式: 一是设置独立的电池监控系统，二是与动态环境监控系统整合。每块电池均有终端采集模块来实时采集电池各种参数，再将数据上传至电池监控主机或动态环境监控系统主机，通过软件系统设置各种参数的报警阀值。目前艾默生、共济、龙控等品牌供应商均能提供电池监控系统服务，专做电池监

控系统服务的品牌供应商有睿利方、IntelliBatt 等。

 

3.4漏电火灾报警系统

 

与通常的建筑消防漏电火灾报警系统不同，其采用的剩余电流互感器不适用于蓄电池直流汇流线路，

直流漏电的采集元件，目前市场上尚未见到相关产品;但是温度传感器是完全可以用于直流线路的，可考虑安装后将其并入建筑已有的漏电火灾自动报警系统中，这样既能解决漏电电流不易监控的问题，而且改造成本也很低。

 

3. 5 加强蓄电池的日常维护

( 1) 经常检查UPS 供电系统中各种自动告警和自动保护功能是否正常; 经常检查设备工作和故障指

示是否正常。

( 2) 定期进行UPS 供电系统各项功能测试，检查其逆变器、整流器的启停、UPS 与市电的切换等是否工

作正常。

( 3) 定期查看UPS 主机内部原件的外观是否正常，发现异常现象应查明原因及时处理。

( 4) 定期检查UPS 各主要模块和风扇电机的运行温度有无异常，经常保持机器清洁，定期清洁散热风

口、风扇及滤网。

( 5) 定期检查主机、蓄电池组、配电部分引线及接线端子的接触情况，检查馈电母线、电缆及软接头等个连接部位的连接是否可靠，并测量其压降和温升是否符合要求。

4. UPS 主机房消防系统设计中存在的

问题及建议

通常大中型UPS 系统的主机和蓄电池室是分开设置的，蓄电池室采取目前的火灾报警和联动灭火措施是可行的，但UPS 主机房( 精密电子设备) 如采用气体灭火和联动控制系统并不能很好解决问题甚至使灾害扩大，以下做简要分析。

4. 1 存在的问题

常规的设计方式是，机房设置洁净气体灭火系统、火灾自动报警系统和警示系统，当感烟探测器、感温探测器报警后启动警示系统及气体灭火系统，气体喷放到空间达到一定灭火浓度后扑灭火灾。笔者通过机器火灾事故的走访和调查，发现完成这一套联动关系的速度要远慢于火灾发展蔓延的速度，另外还要考虑四方面的实际问题:

 ①绝大部分单位的报警控制器及气体灭火系统实际是置于手动状态，切换到自动状态或人员赶到现场应急启动又将大大增加扑救时间;

②气体灭火系统自身为高压容器存在危险性，在没有明确确定火源或请示单位负责人后，实际上现场操作人员是不会轻易启动系统的，这又将极大增加灭火时间;

 ③UPS 机房采用全淹没灭火系统不合理，目前七氟丙烷、IG 类等主流气体灭火系统实际并不洁净，其微小的杂质、胶状物对UPS 设备会产生影响;

 ④气体喷放到空间中会瞬时冷却漂浮在空间的热烟气，同时高压气体会搅拌空气，使热烟气及冷却后的烟尘迅速扩散并附着在线路和设备上，使没有过火的设备失去使用价值，也就是说自动消防设施启动后会使财产损失扩大。


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