地铁通信阀控式铅酸蓄电池的维护与性能评估

2014-05-11徐锦材阮启宁

通信电源技术 2014年3期

徐锦材，阮启宁

(广州市地下铁道总公司，广东广州510380)

1 概述

蓄电池作为不间断电源系统的储能装置，起着极其重要的作用，它在机房输入电源供应中断后，继续向负载供电。目前广州地铁通信专业不间断电源系统中广泛使用了阀控式密封铅酸蓄电池，可在机房输入电源中断时，为通信专业传输系统、公务电话系统、调度电话系统、站内及轨旁电话系统、无线通信系统等供电4 h，为视频监控系统、票务系统、广播系统、时钟系统供电1 h。

但由于日常维护与管理不当，或本身质量问题，在蓄电池的使用过程中经常会出现提前失效或容量达不到使用要求等，影响了供电保障性。虽然特殊的阀控式密封结构使VRLA蓄电池具有免维护的优势，但维护人员无法准确掌握蓄电池的性能状况。因此，在正确使用和维护蓄电池的同时，如何更有效地检测出失效蓄电池并预测蓄电池性能变化趋势，以便及时更换性能下降的蓄电池，具有十分重要的意义。

2 使用与维护

2.1 VRLA蓄电池使用时应注意的问题

影响VRLA蓄电池使用寿命的因素主要有环境温度、过压充电、过度放电、长期浮充电等。在地铁新线建设中，受物资采购与设备安装工期的影响，蓄电池往往会提前到货，如未能正确存放与维护电池，电池容易早期失效。在设备安装过程中，新线机房环境差、温度高，为了延长蓄电池的使用寿命，有必要在空调系统正常运转后再安装蓄电池。因此，蓄电池使用时应注意以下问题:

(1)保证稳定的环境温度

环境温度在很大程度上影响了蓄电池的使用寿命。电池温度过高，意味着化学反应增强，会加快电池水分的损失和板栅的腐蚀，进而缩短蓄电池的使用寿命。通常温度在25℃以上每升高10℃，电池寿命就会减少一半。而温度过低又会造成负极硫酸盐化，使蓄电池容量减少。经测试与计算，在20℃时，容量会降低为25℃的95%左右;在15℃时，容量会降低为25℃的90%左右。大量研究表明，蓄电池在25℃的环境下可获得较长的寿命。因此，为了尽可能延长蓄电池的使用寿命，应使蓄电池存放环境最高与最低温度的温度差小于3℃，建议维持蓄电池环境温度处于22℃ ～25℃之间。

(2)避免过压充电

地铁通信不间断电源系统的蓄电池长期处于浮充充电状态。浮充电压过高，会发生过压充电，造成蓄电池电解液所含的水被电解成氢和氧而逸出，使电解液浓度增大，导致蓄电池寿命缩短，甚至损坏。当然，浮充电压过低，蓄电池又会充不满，容量可能达不到使用要求。对于端电压为12 V的蓄电池，其正常的浮充电压在13.5 V ～13.8 V之间。

(3)避免过度放电

蓄电池的过度放电主要是发生在机房输入电源中断后，蓄电池长时间为负载供电。当蓄电池被放电到终止电压后继续放电，致使其电压过低甚至为零，造成蓄电池组的深放电，导致蓄电池内部大量的硫酸铅被吸附到蓄电池的阴极表面，在阴极发生“硫酸盐化”，使蓄电池的内阻增大，造成电池容量下降，充放电性能变差，进而缩短了使用寿命。同时，蓄电池放电深度越深，其循环使用次数就越少。因此，在使用时应避免过度放电。在蓄电池组进行了紧急放电后，有必要对蓄电池组进行容量恢复的维护。

(4)尽量避免蓄电池新旧混用

在使用了一段时间之后，旧电池内阻都有不同程度的增大，而新电池的内阻相对较小。当新旧电池串联在一起充电时，旧电池内阻大分压较大，新电池内阻小分压较小，容易使某些电池长时间处于过压充电或欠压充电的情况，进而导致蓄电池容量下降、寿命缩短，影响蓄电池组的整体性能。也就是说，新旧电池混用，电池组的性能均一性较差，性能差、电压低的电池会拖垮性能好的电池，从而使整套蓄电池组提前失效。因此，应尽量避免把新旧电池混合在一起使用。

(5)定期进行充放电操作

若蓄电池长期处于浮充状态或长时间闲置不用，都会发生“硫酸盐化”现象，造成电池的阳极极板钝化，使电池内阻增大、端电压降低、容量下降，使用寿命也会缩短。蓄电池静态存储时间在常温环境下一般为9个月，在温度为31℃ ～40℃时一般为5个月。

由于蓄电池具有自放电的特性，为了确保地铁通信设备24 h不间断供电，蓄电池始终处于浮充充电状态，确保以满容量的状态处于备用。而地铁新线建设时间较长，蓄电池从到货到正式投入使用时间间隔往往达半年以上。因此，在运营维护与新线建设过程中，都应该保证每半年至少进行一次“激活”电池的放电操作，以活化电池内部化学物质，延长蓄电池的使用寿命。放电时间可控制在正常放电时间的25% ～30%之间。

2.2 常见的故障

在蓄电池维护中常见的故障有:

(1)电液渗漏。电液渗漏是蓄电池日常维护中常见的问题，常常表现为蓄电池极柱周围、安全阀周围或电池壳与盖封合处有白色粉末。

(2)壳体变形。蓄电池使用时的轻微变形、鼓胀属正常现象。但是，在使用过程中，因碰撞或故障等原因，会出现外观严重变形、严重鼓胀或壳体上有微小裂纹。

(3)单个蓄电池电压过低。蓄电池组出现某个蓄电池电压低于标准电压值90%的现象。

(4)极柱、连接板和螺丝的锈蚀。蓄电池极柱、连接板和螺丝的锈蚀，会增大极柱和连接板之间的接触电阻，整体上增大了蓄电池组的阻值，降低蓄电池的容量。

(5)电池间的连线、电池柜的接地线松动。其主要表现为螺丝、接头或连接条的松动。

(6)蓄电池容量变小。一般表现在蓄电池组中的个别蓄电池性能严重下降。

2.3 维护措施

蓄电池每周需要完成以下检查与测量，一旦发现异常及时处理。

(1)外观检查:电池的极柱、安全阀周围或电池壳与盖封合处是否有电液渗漏，电池壳体有无渗漏、变形或发热现象，蓄电池外壳的干燥与清洁状况，电池连线与紧固螺丝有无松动或腐蚀现象。

(2)日常测量:蓄电池组的浮充电压，电池环境温度。根据阀控式密封铅酸蓄电池的特性与地铁的设备使用环境，建议定期开展以下保养内容。

a.每半年进行一次“激活”电池的充放电操作。

b.每年做一次核对性放电试验，放出额定容量的30% ～40%。电池在放电过程中，应定时测量电流、单个电池电压、单个电池内阻和电池组总电压，做好记录。

c.每三年使用假负载做一次容量试验，放电深度为80%C10，做好电压、电流与内阻等数据的记录，评判蓄电池组的性能状态。

3 性能评估预判

3.1 性能评估方法

VRLA蓄电池的使用寿命理论上可达15～20年，厂家一般建议使用8～10年。通信行业蓄电池维护规程一般规定“全浮充供电方式的阀控式密封铅酸蓄电池更新的条件为使用8年以上或容量低于80%的额定容量”。但在实际使用中，由于蓄电池本身质量或维护的原因，部分蓄电池的使用寿命往往达不到8年。为了能够及时更换性能下降电池，应对电池性能进行评估预判。

蓄电池的评估预判应包括运行记录分析与现场测试评估。蓄电池性能的变化是一个渐进和积累的过程，准确的运行记录有助于后期的评估预判。运行记录分析主要是对日常维护记录、充放电情况记录、电池出现的问题记录以及采取的措施记录等进行分析，从容量、内阻等方面进行运行性能参数与设计性能参数对比分析，提供支撑数据及性能预测结论。现场测试评估是在蓄电池将要达到使用年限或预计性能无法满足使用需求的时候所进行的设备评估，主要包括外观检查、电压测量、容量测量、内阻测量四个方面。

(1)外观检查

蓄电池的外观检查主要是用目测的方法检查电池壳体变形与裂纹情况，极柱周围、安全阀周围与电池壳与盖封合处有无漏液情况，连线与紧固螺丝的腐蚀情况。

(2)电压测量

蓄电池的性能状态最终体现在电池的容量与电压上，电池电压可以在一定程度上反映出电池性能的好坏。在放电状态下，测试蓄电池组各个电池的端电压。

(3)容量测量

电池的容量是电池在一定放电条件下所能供给的电量。蓄电池是保证不间断供电的关键设备，要求其容量必须满足负载所需最小容量要求，所以检测蓄电池的容量是非常重要的。可采用恒电流法测量电池容量，即对蓄电池采用恒定电流放电到规定的终止电压。蓄电池组的容量受一组电池中最差的一只电池的容量影响，在放电过程中，一组电池中只要有一只电池已放到终止电压，就应该停止放电。

(4)内阻测量

单纯依靠测量电池的电压和容量两个指标无法准确反映出电池的真实状况，因此蓄电池的性能评估还应结合电池的内阻变化情况。大量的研究与实验数据证明，在电池寿命期内，电池实际容量的单调下降，总是会伴随着内阻的单调上升。也就是说，在同一条件下测量比较电池内阻的变化可以对电池性能提供预判信息。因此，在蓄电池进行核对性放电过程中，还需要定时对蓄电池进行内阻测量。

3.2 更换标准

(1)单个蓄电池更换标准

单个蓄电池满足下列条件之一，建议更换:蓄电池存在严重的变形、裂纹、漏液或极柱严重腐蚀等情况;12 V蓄电池的端电压低于10.5 V且在经过充电或激活充电后仍达不到12 V;进行放电测试时，在1 h内单个蓄电池电压迅速下降到放电终止电压，经重新充放电试验后仍不满足要求;同一组蓄电池中在保证连接等方面均不存在问题的前提下，单个电池3次内阻测试平均值均高于当前整组蓄电池内阻平均值40%以上。

由于厂家的工艺控制以及原材料的差异，不同的蓄电池内阻存在差异。经数据统计，广州地铁通信不间断电源系统中常用的12 V阀控式铅酸蓄电池内阻参数参考值如表1。