浅谈智能型蓄电池在线维护系统的必要性

王英

摘  要：直流蓄电池在输油气行业用途较广，输气站场EPS、UPS即不间断电源等。UPS在正常情况下，为重要的电气设备改善交流电的电源质量;在交流电失或事故状态下，是保证重要用电设备不停电的装置。交电正常运行时，UPS蓄电池处于浮充电备用状态，导致极板硫酸盐化，使极板中参与电化学反应的活性物质减少，容易使蓄电池内部短路、电解液密度过高等，因此容量大大降低。通过配备智能型蓄电池在线维护系统，可实时监测蓄电池组的运行状态，对蓄电池进行时时监管，及时发现问题、解决问题，为保证输气是正常安全运行奠定坚实的基础。

关键词：UPS不间断电源;浮充;智能型;在线维护系统

一、引言

天然气输气站场、阀室、管道持续稳定安全的发展，电力能源起到关键的保驾护航的作用。目前输气站场的电力能源分三种，第一种主电源：交流电源输电源，由当地电网提供;第二种备用电源：发电机，站内自备;第三种应急电源：UPS不间断电源，由蓄电池组供电。为保证输气管线安全运行，站场部分电气设备是不允许停电的，直流电源（由多节蓄电池串联或并联组成）在关键时刻起到至关重要的作用。

二、110kv变电站、输气站场直流蓄电池使用现状

直流蓄电池在天然气管道运输行业用途较广，如110KV变电站断路器的直流操作电源、EPS、UPS不间断电源的配套设施蓄电池柜、通讯机柜使用的蓄电池及阀室蓄电池等。输气站场UPS不间断电源在正常情况下，由交流市电经整流后分两路，一路为蓄电池主充电;一路经逆变器为站场重要的设备供电。在交流电失电等事故状态下，蓄电池直流电源经逆变器后持续为负载供电，也是唯一保证重要设备部停电的供给用电设备。

蓄电池的使用寿命与自身的充放电循环次数有直接的关系。由于市电供电系统可靠性的提高，直流蓄电池组的蓄电池处于浮充电备用状态，蓄电池依靠负载放电的机会很少，起不到维护保养的作用。

三、影响蓄电池寿命及性能原因分析

蓄电池可靠性、安全性及使用寿命是在使用过程中重要的参考参数。影响其寿命及性能的因素主要有以下几方面（电池本身质量和工艺设计缺陷除外）：

（1）环境温度

阀控式密封蓄电池运行温度要求为10℃-30℃，最佳是20℃±5℃，电池容量等技术性能达到较好状态。

高温：蓄电池寿命以25℃为基准，长期运行环境温度每升高10℃，寿命大约减少当前寿命50%，如：设计25℃正常浮充使用10年的电池在35℃环境下大约可用5年，如果到45度环境下运行大约可用2.5年，可见运行环境温度太高对蓄电池寿命影响相当大。

低温：温度低对寿命不会产生大的影响，但是低温下由于活性物质活动性能减弱，蓄电池实际存储电量会有所下降。

蓄电池组在电池柜内排列密集，上下层之间的间距小，造成中心的蓄电池温度散热性能差，温度高容量降低。

（2）充电电压

蓄电池充电电压取决于其电化学结构，对充电电压非常敏感，除保证电池组中各单体电池电压的一致性外，浮充电压应根据环境温度实时进行动态调整。

浮充电压长期偏高：将导致电池过充，造成不可逆的损坏。

浮充电压长期偏低：将导致电池硫酸盐化，造成容量下降。

（3）循環充放电次数

蓄电池寿命包括“浮充寿命”和“循环寿命”，“循环寿命”与深度充放电次数有关。

（4）电池组各单体电池充电电压的不均衡性

充电电压的不均衡性是导致电池组早期失效的主要原因！“浮充电压均衡性”的实质：“充电电压”对电池性能和寿命的影响。由于电池组中各单体电池串联使用，充电机的输出电压根据各单体电池电压和单体电池数量确定，如：某品牌UPS蓄电池组13.5V/节×42节=567V。而充电机无法兼顾各单体电池电压，长时间运行后，必然出现电池间充电电压的差异，而且具有自加速趋势：电压高的将越来越高、低的越来越低，容量不断加速下降，形成恶性循环，最终导致蓄电池组过早报废。

原因分析：由于电池组中各单体电池串联使用，充电机给每节电池提供的充放电电流是完全一致的，而实际每只蓄电池会因生产线制造工艺精度或配组控制精度等问题产生细微的差异（不是质量或工艺问题），从而导致每只蓄电池实际参数不可能完全一致，如自放电率、容量、内阻等，这些细微差异随着时间的积累（如：一年以上）将导致电池充电电压较大差异。

下面是两输气站场的蓄电池组投入运行时差不大、运行环境温度在20℃左右，但单节电池差异较大。

该蓄电池组，由于单体电压、容量的差异，恒流放电6分钟，致使电池的进入截止保护状态（电池电压低），停止放电。

此组蓄电池组，进行300分钟的放电后，单体电池容量差异不大，提高了供电的可靠性。

串联型蓄电池组的容量遵循木桶效应原理，性能最差的电池决定了整组电池的性能。可见，对于提高蓄电池组的性能和使用寿命，对单体电池的均衡性维护是至关重要的，只有让蓄电池组中的每只电池都工作在最佳工作状态，蓄电池组才能发挥最佳性能，且大大延长蓄电池使用寿命。

四、改进措施

1、在线监测功能：实时监测的蓄电池组的：运行状态，组端电压、充放电电流、单体电压、单体内阻、单体电池负极温度（选配，标配环境温度或正负极温度）、电压均衡度、电池组容量、放电可持续时间。

2、在线放电功能：根据监控测量参数，定期就地或远程使蓄电池组对所带负载供电，即放电运行，当电池容量降低到低限时，切换为正常的交流电供电。此重放模式每季度可进行一次，有助维护蓄电池的保养工作。

3、在线自动脉冲活化维护功能：在浮充状态下自动对性能落后的单节电池提供正负脉冲电流进行在线活化，激活蓄电池内部电极板的结晶和硫酸的沉淀，防止蓄电池因长期浮充而导致的硫酸盐化，消除由内部引起的安全隐患。

4、、异常告警功能：市电中断告警，蓄电池组总电压、电流、单体负极温度、单体电压、内阻、电池组容量、放电可持续时间等参数超过阈值告警。

5、电池柜的蓄电池组在安装设计时，要充分考虑散热、通风性;上下层排列的高度，科学合理的空间有助提高其使用寿命，减少更换批次，减少经济开支还保护环境污染。