蓄电池及充电设备的运行与维护探讨

2011-05-12郝永刚

山西电子技术 2011年4期

郝永刚

(运城市广播电视台，山西运城044000)

0 引言

随着微波技术和通信技术的发展，数字微波设备对电源的精密度的要求更高了，同时对蓄电池以及充电设备的安全稳定运行也提出了更高的要求。之前应用较为普遍的蓄电池有镉镍蓄电池和铅酸蓄电池两种，充电设备采用可控硅整流装置，但这两种蓄电池存在维护工作量大且复杂等现象，不利于微波站的安全运行，而采用可控硅相控技术的充电设备，在纹波、体积、效率等方面也不尽人意，监控系统也不完善;采用主从备份运行方式，使用起来又不方便，达不到微波系统新的技术标准。另外，由于充电设备与蓄电池并联运行，纹波系数较大，会出现蓄电池脉动充电放电现象，影响蓄电池使用寿命。针对以上情况，微波系统直流设备选择采用免维护铅酸蓄电池代替镉镍蓄电池，充电设备也逐步采用高频充电装置。

1 免维护铅酸蓄电池性能特点

免维护铅酸蓄电池采用的是20世纪90年代设计的全密封［1］结构及现代化生产工艺，其具有高性能、长寿命、无污染、免维护、安全可靠等卓越性能。免维护蓄电池由于自身结构上的优势，电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它还具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点。使用寿命一般为普通蓄电池的两倍。市场上的免维护蓄电池也有两种:一种在购买时一次性加电解液以后使用中不需要维护(添加补充液);另一种是电池本身出厂时就已经加好电解液并封死，用户根本就不能加补充液。

2 高频开关电源特点

(1)高可靠性

采用高频开关电源特有的模块化设计，N+1热备份，大大提高了设备的可靠性。这种系统采用的都是20世纪90年代国际的新技术，所用IGBT器件的耐压水平，电流容量完全能满足现代设备电源要求。系统采用模块叠加形式，具有自主均流技术，模块间输出电流最大不平衡度小于±3%。它体积小，重量轻，效率高，输出的纹波极小，有利于延长电池寿命，使维护更方便。

(2)高智能化

现代微波技术与计算机技术相结合，实现了对电源系统的遥测、遥控、遥信、遥调，满足微波机房自动化，可实现无人值守。配合使用的监控模块采用大屏幕，液晶汉字显示，声光告警，具有方便、易于操作的优点，可通过监控模块进行充电模块参数设置，开关机控制。蓄电池具有的自动管理及保护的性能，实现了自动监测蓄电池的端电压，充放电电流，并控制蓄电池的均充和浮充并可按不同型号及种类的蓄电池设置不同的典型充电曲线。

3 免维护蓄电池及充电设备的事故分析

在实际运行中，因为免维护蓄电池不同于以往我们使用的铅酸和镉镍蓄电池，虽然具有日常维护量少，不用补液等优点，但是这不等于日常不用进行维护及运行监视。实际运行中我们在这方面有过深刻的教训。

另外，高频整流电源系统，运行也不同于以往的硅整流直流充电设备，其高度智能化，采用现代的高频整流技术，结合微机技术，这就对我们检修和运行人员提出了更高的要求。不掌握其特点和运行要求势必会造成不必要的损失。

例如:电池长期欠压充电，欠压报警指示灯亮，直流电池组降低其蓄电池容量下降。

经过技术人员现场分析判断，充电机对蓄电池组输出电压为230 V左右，而蓄电池铭牌上要求正常浮充状态电压应为(13.5 ～13.8)×19=256.5 ～262.2 V 左右，相差近26.5 V。蓄电池长期处于欠充状态，容量严重下降，才发生上述现象。

当蓄电池组电压为235 V，与充电机输出电压相同，测量单瓶电压大部分为12 V左右，个别蓄电池为11 V左右。查看蓄电池上名牌要求单瓶浮充电压应为13.5～13.8 V，而按浮充机工作电压235 V根本不能满足蓄电池的浮充要求，蓄电池长期处于欠充状态，容量不能满足要求，因为当时蓄电池电压不能达到要求，所以不能进行放电核对其容量，需要采取以下措施:

(1)调高充电机的浮充、均充、强充电压，使之达到浮充电压:3.6 ×19=258.6 V;均充电压:14.6 ×19=277.4 V;强充电压:280.5 V。

(2)打开充电器面板，找到调节均充、浮充、强充的电位器，首先调节浮充电压，调节电压的同时用表测量蓄电池端电压，调节到258.6 V;然后依次调节均充、强充电压到相应值。

(3)对蓄电池组进行6个小时的均充，蓄电池组电压为24 V。六个小时均充之后，恢复浮充状态，蓄电池单瓶电压达到13.5 V以上后进行一次核对性充放电，检查蓄电池的容量和硫化程度。

(4)运行人员要经常测试蓄电池组及单瓶电压，使每个蓄电池单瓶电压达到13.5 V以上。

核对后根据情况，对蓄电池采取补救措施;

一个月后检修，技术人员对蓄电池进行了核对性检查，具体过程如下:

电池序号放电前放电后(10 A)1号13.4 12.7 2号13.5 10.4 3号13.5 12.7 4号13.5 12.7 5号13.6 12.7 6号13.6 11 7号13.4 8.4 8号13.4 12.7 9号13.4 10.5 10号13.5 12.7 11号13.6 12.7 13.6 10.5 12号

放电一小时后停止放电，转入充电状态。

通过测试检查，发现蓄电池容量明显不足，按要求以0.1C(10 A)电流对蓄电池放电，三小时内蓄电池单瓶电压不应低于12 V，调高蓄电池组充电电压，经过一个多月的浮充充电，对蓄电池的活化作用不明显，个别蓄电池已经硫化严重。

生产厂家在设备出厂时，对充电机输出的浮充电压、均充电压设定值较低时，远不能达到蓄电池组的运行要求，从而造成蓄电池组长期欠充电。安装后检修人员应对蓄电池进行过核对性充放电，检查电池的运行情况是否良好。

技术人员应充分了解蓄电池及充电设备的性能，对蓄电池的运行状况应定期进行正确的监测。

4 直流系统蓄电池浮充电流抖动问题

经实际测量，发现蓄电池电流表经常发生抖动现象，整流输出模块输出电流不稳定。经分析设备一般都有三个高频模块同时运行，每个模块额定输出最大电流10 A，都投入时能输出30 A电流，可以满足对蓄电池进行主充和均充的要求。但是当正常负荷很小时，如正常运行蓄电池浮充电流大约为0.03～0.04 A，而直流负荷又不大时，正常负荷电流为2.8 A左右，其他在3～5 A左右，三个模块同时运行，每个输出电流还不到1 A，这就造成三个模块进行均流控制的困难，使模块输出电流的不稳定，蓄电池充电电流发生抖动，这种现象要是长期下去会对蓄电池的使用寿命将有很大的影响。

根据以上分析，一般情况下采取以下措施，将三个模块停用一个，平时只是有两个模块运行，另一个备用，那么运行的模块每个输出电流就可达到大约2 A，模块输出电流趋于稳定，保证了蓄电池的安全运行。

在实际操作中由于微波设备的负荷电流太小，停用一个模块后，还是出现电流抖动现象，我们采取在直流负荷回路增加阻性负载的办法来解决，增大直流负荷，提高模块的输出电流，这样就解决了浮充电流抖动的问题。

5 直流系统电压异常告警

当发生直流系统电压异常告警时应立即停用充电模块，用蓄电池所带的内直流负荷。停用监控模块，此时，直流母线电压恢复正常。

采取措施如下，断开充电屏的交流电源，使充电设备断电。过几分钟后，给上交流电，投入监控模块和充电模块，故障依旧。初步判断是由于监控模块内部故障引起的电压异常。此时，停用故障的监控、充电模块，将系统内备用模块投入运行。备用模块直接接在直流控制母线上，给控制母线供电，带常规所内直流负荷，开关合闸电流由蓄电池供给。

以上是运行中能遇到的典型问题，由此我们可以看出，免维护蓄电池不能认为是投入运行后就不需要人员来维护，只是相对其它蓄电池不需要加水，减少了维护量，在实际运行中还是需要监视其运行状态的。

虽然充电设备由相控设备逐渐发展到高频电源设备，在实时监测和智能化管理功能上有了很大的进步，但也存在不利于现场人员维修的问题。

6 免维护蓄电池和高频充电设备的运行维护

免维护铅酸蓄电池是为连续浮充电应用设计的，也可用于循环充放电使用。充电方法必须采用限流—恒压方法进行，蓄电池在恒压充电时电流逐渐减少，并最终趋于稳定，如果降至0.01 A以下，并保持3 h～5 h基本不变时这表明电池已基本充饱，可以转浮充运行。充电机均可以根据事先设定好的运行参数，自动完成蓄电池的恒流充电、恒压充电和浮充电过程。

充电设备的参数，根据所配蓄电池的参数进行调整正确，一定要保证浮充电压、均充电压在合格范围内，保证蓄电池正常浮充电运行，不至于造成过充、过放电。参数设定好后，如无特殊需要，不要随意更改。

蓄电池可以在－20℃ ～+50℃内使用，有效的工作温度5℃ ～35℃。如果要获得最佳的使用寿命应在15℃ ～25℃环境下使用。

蓄电池在运输、储存和安装过程中若时间很长会失去一定容量。如果不需校核容量，当电池开路端电压≥2.13 V时可以直接投入浮充运行，但开路端电压＜2.13 V时应先进行均衡充电，然后投入浮充运行。(额定电压12 V蓄电池，端电压为12.8 V)

为保证电池有足够的容量，每年要进行一次容量恢复试验，让电池内的活化物质活化，恢复电池的容量。其主要方法是将电池组脱离充电机，在电池组两端加上可调负载，使电池组的放电电流为额定容量的0.1倍，每半小时记录一次电池电压，直到电池电压下降到1.8 V/只(对于2 V/只的单体电池)或10.8 V/只(对于12 V/只的单体电池)后停止放电，并记录时间。静置2 h后，再用同样大小的电流对蓄电池进行恒流充电，使电池电压上升到2.35 V/只或14.1V/只，保护该电压对电池进行8 h的均衡充电后将恒压充电电压改为2.25 V/只或13.5 V/只，进行浮充充电。上述方法，可以放出蓄电池容量的80%，由于考虑到安全运行，也可以放出蓄电池容量的30% ～50%左右，这需要查蓄电池的放电曲线来进行。

每月应测一次电池单体电压及终端电压，检查充电设备运行参数是否在合格范围之内，有无故障告警信号;检查一下外观有无异常变形和发热。浮充总电压应达到蓄电池要求，并保持在1%之内。

不要单独增加或减少电池组中几个单体电池负荷，这将造成单体电池容量的不平衡和充电的不均一性，降低电池寿命。比如在整组电池抽出一部分做其它电源，或充电不在一起，放电时叠加一起。

正常浮充运行是不需要均衡充电，如发现出现以下情况应进行均衡充电:

(1)正常浮充时，蓄电池单体电压偏差超过0.1 V。

(2)别单体电池电压低于2.18 V或13.4 V。

(3)长期达不到浮充要求，每半年进行一次。

(4)放电后24 h之内未及时充电。

(5)长期小电流深度放电。

(6)过流放电(电流大于规定20%)和过量放电(超过额定容量10%应立即进行均衡充)。

(7)蓄电池因单只容量不够需更换时，只能一次性全部更换，不能仅把性能指标不够的蓄电池单独更换下来，否则会因蓄电池的内阻不平衡而影响整组电池的发挥，缩短整组电池的使用寿命。

(8)高频电源系统，采用模块化设计，当出现故障时，可以立即投入备用模块，恢复直流供电，保证蓄电池不能过放电。