地铁供电系统蓄电池的合理性选择及运行维护

2009-07-31张宽发

中国高新技术企业 2009年15期

摘要：蓄电池是非常重要的应急电源，对于地铁供电系统有非常重要的作用，通过对不同类型的阀控式密封铅酸蓄电池进行全面的了解，对蓄电池的运行维护进行总结，为后续地铁项目中供电系统蓄电池的合理性选择及运行维护提供了重要依据。文章通过分析蓄电池故障的原因，找出了合理性选用及运行维护的对策。

关键词：地铁供电系统；蓄电池；应急电源；运行维护；铅酸蓄电池

中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）15-0169-02

一、蓄电池的作用

蓄电池是地铁车站和变电所，以及AFC、屏蔽门、通讯、信号等系统的应急供电电源，每一条地铁线路都投资了数千万元，其中主要使用的为原装进口的铅酸免维护的胶体式蓄电池产品。随着地铁运行时间的推移，这些蓄电池在运行过程中也出现了一些的故障，综合对各类故障的分析总结，蓄电池的故障和寿命缩短很大一部分原因是由蓄电池的型号、组数、个数没有合理选择及运行维护不合理而造成的，本文对蓄电池的选择及运行维护进行了一些分析和总结。

二、蓄电池的选型

阀控式密封铅酸蓄电池也称VRLA电池，英语全称为：Valve Regulated Lead Acid Battery。它诞生于20世纪70年代，到1975年时，在一些发达国家已经形成了相当的生产规模，很快就形成了产业化并大量投放市场。在国内，近十年来阀控式密封铅酸蓄电池也得到了广泛的应用。它在使用中具有无需添加酸液，不漏液，无酸雾放出来而不会腐蚀设备，自放电电流小，内阻小，寿命长，安装方便少维护等优点。但是VRLA电池有AGM和GEL二大类型，这二大类型的电池所适用的场所不一样，如果选用不当，会影响其使用寿命，同时蓄电池的组数和个数的合理选择对供电可靠性也会产生很大的影响。

因此，在设计选型方面应注意以下问题：

（一）VRLA电池中吸液式蓄电池（AGM）和胶体式蓄电池（GEL）的选择

国内地铁的供电系统中选用的大部份为阀控式密封铅酸蓄电池，而铅酸蓄电池现有产品中可分为两种类别，一种是吸液式蓄电池（AGM），一种是胶体式蓄电池（GEL）。对两种类型的蓄电池比较如下：

吸液式和胶体式铅酸蓄电池均能满足地铁供电系统变电所用备用电源的性能要求，但是根据地铁变电所负荷特点，吸液式蓄电池相比胶体式蓄电池更为适合变电所用备用电源长期处于浮充状态的性能要求；根据地铁变电所的环境特点，地铁变电所的环境也能满足吸液式蓄电池的运行要求。综合各方面的因素考虑，吸液式铅酸蓄电池更能满足地铁供电系统运行需求。

（二）蓄电池组数的选择

《直流设计规程》已经对各种类型的电力工程有了明确的规定，其原则是从直流负荷供电可靠性的观点出发的，尽量使每组蓄电池直流系统的供电范围减小和保证功能的独立性。110kV主变电所是从重要性和满足继电保护、断路器跳闸机构双重化的供电需求出发，规定装设2组蓄电池。35KV变电所因为直流供电的负荷较小，加上现在高频电源充电模块运行也较稳定，可以满足运行需求，一般情况下装设1组蓄电池组。因此，蓄电池组数应从供电负荷的需要和可靠性出发，尽可能的减少供电范围和从工程的重要性考虑配置情况。

（三）蓄电池个数的选择

蓄电池组的运行必须满足其正常运行时母线电压为标称电压的105%，在线均衡充电电压时母线电压不应超过标称电压的110%，事故放电末期的母线电压为其标称电压的85%，即标称电压为220V的直流系统的母线电压允许在187～242V之间波动。这样浮充电压为2.23V，均充电压可以选在2.28～2.33V之间，事故放电末期电压选择在1.8V以上，完全满足了直流母线电压在允许范围内波动。根据计算，220V蓄电池组的个数对于单体2V的蓄电池只能选择在103或104个。但是大多数地铁变电所的220V直流系统的蓄电池均选用200Ah以下蓄电池，大多选用12V的组合体蓄电池，对于12V组合体经常选用18只，这相当于单体2V蓄电池108个。

三、蓄电池的运行维护

（一）阀控式铅酸蓄电池早期失效原因

1．电池本身的离散性是电池早期失效的根本原因。电极材料的配方制备、安装化成工艺的非稳定因素和不一致因素，导致了电池性能的离散性，这给电池的运行留下了失效的隐患。当性能不一致的电池组成一组电池并投入运行时，各电池的浮充电压会有很大差异。经长时间运行后，浮充电压高的电池因长期过充导致失水和极板腐蚀；反之，浮充电压低的电池因长期欠充导致容量损失和极板硫酸化。电池性能劣化有自加速的趋势。

2．电池运行环境将影响电池使用寿命。阀控式铅酸蓄电池的“贫液”式设计，使得电池对环境温度非常敏感（每增加10℃，寿命减少一半），所以良好的运行环境非常重要。同时对充电机也提出了较高的要求，要求纹波小，并有温度补偿（-3～-6mV/℃）。

（二）阀控式铅酸蓄电池的运行维护建议

1．做好日常监测工作，保证蓄电池组处于正常工作环境（电压、电流、温度），浮充电时单体电池电压差最大为50mV；均充电时电流不大于0.1C；环境温度控制在5℃～25℃之间，通风散热良好。

2．每三个月作一次活化性放电，0.1C/0.5～1h，可使蓄电池极板有效物质得到活化，容量得到恢复，使用寿命得到延长。

3．每年作一次容量核对性放电，50%～100%。

4．发现异常电池及时处理，宜采用对单体电池进行处理，活化/补充电/更换。

5．对阀控电池不宜采用整组电池充电的方式对个别电池补充电，以防止其它正常电池被过充。

6．注意电池间的连接电阻，在0.1C的放电电流下，每二个单体电池极柱间的电压降应小于8mV。

四、结语

蓄电池是非常重要的应急电源，对于地铁供电系统有非常重要的作用，通过对不同类型的阀控式密封铅酸蓄电池进行全面的了解，对蓄电池的运行维护进行总结，为后续地铁项目中供电系统蓄电池的合理性选择及运行维护提供了重要依据。

参考文献

[1]电力系统蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程（DL/T724-2000）[S]．