延长阀控铅酸蓄电池使用寿命的对策

2013-12-23中国电信股份有限公司广东无线网络运营中心邱嘉寅刘志文

数字通信世界 2013年3期

中国电信股份有限公司广东无线网络运营中心邱嘉寅刘志文

一、引言

目前，无线基站为保证设备连续不间断工作，大量使用了阀控铅酸蓄电池（以下简称蓄电池）作为市电停电后的后备电源。而在使用过程中，不少蓄电池的使用寿命却大大短于厂家建议至少6年的使用寿命。虽然造成这种情况的原因较多，但建设阶段的选型不当和维护阶段的下电电压设置不当，导致蓄电池在不合理的放电参数下放电，是造成此问题的重要原因。

二、小电流放电的危害

专业上常把蓄电池放电电流小于0.05C10（A）的放电定义为小电流放电，小电流放电会对蓄电池造成严重的危害。我们知道，蓄电池的正极板是二氧化铅、负极板是铅、电解液是硫酸。在放电过程中，正负极板和电解液不断消耗，生成硫酸铅和水，同时放出电能；反之为充电过程。蓄电池充放电的反应方程式如下：

根据研究，在小电流放电条件下形成的PbSO4颗粒比在大电流放电条件下形成的PbSO4颗粒的氧化难度大得多，因为在小电流放电条件下形成的颗粒比在大电流条件下形成的颗粒要大。从电结晶的角度讲，晶体的形成速度在大电流条件下比小电流条件下要快，因此，在大电流条件下PbSO4晶体颗粒来不及生长而较快结晶，而在小电流条件下晶体以生长为主从而形成较大尺寸的晶体颗粒。较大尺寸的PbSO4颗粒在充电过程被氧化的难度较大，从而造成蓄电池内阻上升，对蓄电池的寿命和容量产生难以逆转的伤害。

三、两点原因

小电流放电对蓄电池的伤害很大，但是我们可以通过合适的手段进行避免。然而，目前由于在建设阶段和维护阶段的工作疏忽，导致这个问题经常发生。

1. 选型不当

自广东电信接手C网以来，通过新建或更新改造，无线基站一般会配备两组容量在200Ah～400Ah之间的蓄电池。而纯电信基站由于设备少、负载轻，在市电停电时，蓄电池向各类设备的放电总电流较小，放电电流在0.05C10以下，属于典型的小电流放电。表1是三类典型配置机房的放电参数。

表1 典型基站配置及放电情况

通过对一些2008年后的新建基站进行跟踪，有部分站由于市电停电现象较多发生，蓄电池常在小电流条件下放电。排除一小部分基站在某段时期经历过机房空调故障、室温偏高而可能引入其他影响因素之外，我们发现大部分经常发生小电流放电的基站，在使用2～3年后蓄电池实际容量严重下降，需要申报更换。

因此，我们可以总结，建设阶段蓄电池选型不当会直接造成两方面不良影响：一是购买大容量蓄电池，必然增加建设成本，拉高每个站的平均建设费用。二是由于基站设备负载较轻，而蓄电池容量较大，造成蓄电池在小电流条件下放电。导致蓄电池极板深度参与化学反应，比在正常条件下放电的蓄电池提早损坏，增大了发电和更新改造费用。

因此，蓄电池容量并非越大越好，只有合理选用，才能使建设和维护的总成本发挥出最大的效能。当然，目前在某些地区停电次数频繁、停电持续时间长、抢修人力紧张的情况下，为了得到充裕的抢修时间、保证设备运行稳定，适当提高某些基站的蓄电池容量，牺牲小部分建设成本来赢得更多的运维成本，是有必要的。但关键是要在规划设计阶段对每个基站做好调查和评估工作，不搞一刀切，对具体站点的情况进行具体部署，从而提高蓄电池使用寿命、降低更新改造频率。

2. 下电电压设置不当

（1）终止电压设置不当

蓄电池在不同的放电率下放电参数设置有不同的要求，表2是由研究机构进行多次实验后，总结出来比较合理的下电终止电压设置值。

表2 不同放电倍率下的放电参数

目前，普遍把蓄电池单体放电终止电压设置为1.8V，即整组蓄电池的终止电压为43.2V。事实上，这种做法存在很大问题。很多文献提到的以1.8V作为蓄电池单体终止电压，是指蓄电池在特定放电率下的做法。从表2可知：在3～7小时的放电率下，蓄电池单体终止电压设置不低于1.8V，则可使蓄电池不过度放电；如果在更小的放电电流下放电，则终止电压需要有所改变。蓄电池的终止电压应根据不同放电率取不同的值——因为放电电流越小、放电时间越长，在相同终止电压的条件下放出的容量会越大。也就是说，如果以低于0.05C10（20小时放电率）的小电流放电放至43.2V，势必造成蓄电池放电深度超过100%从而过度放电，超出蓄电池的合理使用范围。要让蓄电池在小电流放电条件下不过度放电，必须提高终止电压。从图1可知，放电深度越深，蓄电池循环放电次数越少。如果在小电流条件下不提高终止电压，会造成深度或过度放电，导致蓄电池使用寿命迅速减少。

图1 蓄电池放电深度和使用寿命的关系

（2）一二次下电电压配合不当

除了终止电压设置不当，实际工作中还有一个非常严重的问题，即一、二次下电电压配合不当。目前，一次下电电压一般设置在46V左右，二次下电电压（终止电压）一般设置在43.2V。从图2可知，蓄电池从53.5V放电至46V，大约经历了接近9小时。当电压下降至46V时，无线设备下电，只剩下传输设备还继续用电。但传输设备的负载电流非常小，例如1台中兴S200光端机的负载电流约为1.5A。如果机房内蓄电池容量为2×200Ah，那么光端机的放电电流就为0.00375C10。这是一个更严重的小电流放电，以这种电流从46V放电至43.2V，放电时间将必然超过理论计算的26.6小时，蓄电池放电深度将大大超过100%。

图2 蓄电池电压与放电时长的关系

从实际工作经验来看，传输设备的后备电源供电时长并不需要达到30多小时以上。第一，从正常的停电情况看，一般错峰停电只持续10小时以内，很少出现持续一整天以上。出现一整天以上的停电，一般是属于供电设施损坏导致，占比很小。第二，绝大部分基站可以进行应急发电，从出现低压告警到维护人员到站发电，广东地区一般不会超过2小时，能保证在发电前传输设备不掉电。因此，我们应该压缩一二次下电之间的时间间隔，让蓄电池尽量减少在超小放电电流条件下的放电，降低蓄电池极板的硫酸盐化程度。

（3）缺乏清晰指引

蓄电池长期处于深度放电状态，会对蓄电池产生难以逆转的伤害，令使用寿命迅速减少，一线维护人员目前基本没有这个概念。他们会按照巡检规范给出的一二下电电压值进行统一设置，这导致了大部分新建基站的蓄电池可能都处于过度放电的设置。如果运维管理者能制定一份指引，明确在多大负载电流的情况下，一次下电、二次下电的电压值应该设置在何范围，必然会对一线维护人员有更强的指导作用，对蓄电池维护质量有大的提升。