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朱彬 楊軍 重慶市電力公司楊家坪供電局

　　摘  要：隨著電子技術(shù)、微機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及其在電力行業(yè)的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和供電系統(tǒng)的可靠性得到了很大的提高，電力系統(tǒng)中直流電源的重要性也越來(lái)越大。作為直流系統(tǒng)最后一道保護(hù)屏障的蓄電池，如何快速、準(zhǔn)確、有效地檢測(cè)蓄電池的性能并實(shí)時(shí)掌握蓄電池的運(yùn)行情況，使其運(yùn)行在良好狀態(tài)已成為直流運(yùn)行維護(hù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。隨著蓄電池檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控給直流系統(tǒng)蓄電池的運(yùn)行管理工作提供了新的技術(shù)手段，網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)集中監(jiān)控已成為自動(dòng)化發(fā)展的必然方向。 
　　關(guān)鍵詞：蓄電池；特點(diǎn)；運(yùn)行監(jiān)測(cè)  
 
　
1  引言
　　隨著社會(huì)的進(jìn)步和信息化、自動(dòng)化程度的不斷提高，人們對(duì)電力行業(yè)的依賴程度進(jìn)一步加深，也就對(duì)供電系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。無(wú)論在電力變電站、通信機(jī)房還是UPS系統(tǒng)中，蓄電池作為備用電源在系統(tǒng)中起著極其重要的作用。平時(shí)蓄電池處于浮充電備用狀態(tài)，由交流電源經(jīng)整流設(shè)備變換成直流向負(fù)荷供電，而在交流電失電或其它事故狀態(tài)下，蓄電池是負(fù)荷的唯一能源供給者，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，供電系統(tǒng)將面臨癱瘓，造成設(shè)備停運(yùn)及其它重大運(yùn)行事故。
　　變電站蓄電池多采用閥控式鉛酸蓄電池。閥控式鉛酸蓄電池俗稱“免維護(hù)”蓄電池，它的應(yīng)用大大減少了開口式鉛酸蓄電池繁瑣復(fù)雜的維護(hù)工作，然而，其“免維護(hù)”的優(yōu)點(diǎn)，正是運(yùn)行管理的缺點(diǎn)和難點(diǎn)。除了正常的使用壽命周期外，由于電池本身的質(zhì)量如材料、結(jié)構(gòu)、工藝的缺陷及使用不當(dāng)?shù)葐?wèn)題導(dǎo)致一些蓄電池早期失效的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。所謂“免維護(hù)”僅僅指無(wú)需加水、加酸、換液等維護(hù)，而日常維護(hù)仍是必不可少的。顯然，開口式鉛酸蓄電池運(yùn)行檢測(cè)維護(hù)方法已不再適用于閥控式鉛酸蓄電池，如何監(jiān)測(cè)蓄電池的運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)落后電池并正確處理，成為蓄電池運(yùn)行維護(hù)的工作重點(diǎn)。
 
2 閥控鉛酸蓄電池特點(diǎn)
　　開口式鉛酸蓄電池的水和硫酸在使用過(guò)程中會(huì)蒸發(fā)散失，雖然可以通過(guò)加水加酸進(jìn)行維護(hù)，但維護(hù)工作量大，且污染環(huán)境。為了減少維護(hù)，閥控式鉛酸蓄電池應(yīng)運(yùn)而生。
我們知道，閥控鉛酸蓄電池有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：
　　1、全密封結(jié)構(gòu)，用一安全閥控制電池內(nèi)氣體壓力。
　　2、利用氧再?gòu)?fù)合“水循環(huán)”原理，使電池正極析出的氧氣通過(guò)隔膜擴(kuò)散到負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)生成 PbO2 ，并與 H2SO4 反應(yīng)，最終生成水，避免了水的散失。
　　3、采用玻璃纖維或膠體作為隔膜，吸貯電解液，貧液式，緊裝配。
作為逐步替代開口式鉛酸蓄電池的產(chǎn)品，閥控鉛酸蓄電池又有什么樣的優(yōu)點(diǎn)呢？我們大致將其優(yōu)點(diǎn)歸納為以下幾點(diǎn)：
　　1、無(wú)需加水加酸、調(diào)配電解液等維護(hù)工作，大大減少了變電站運(yùn)行值班人員的工作量，節(jié)約了人力資源和物資資源。
　　2、大電流放電特性優(yōu)良，低溫放電性能良好，使直流系統(tǒng)的可靠性得到了有力保證。
　　3、無(wú)酸霧逸出，使用安全，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，可與設(shè)備同室安裝。
　　4、結(jié)構(gòu)緊湊，可立式或臥式安裝，占地面積小。
　　5、無(wú)“記憶效應(yīng)”。
　　正因?yàn)橛辛艘陨线@些優(yōu)點(diǎn)，閥控鉛酸蓄電池在電力系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)用越來(lái)越普遍。
 
3 閥控鉛酸蓄電池的早期失效：
　　閥控式鉛酸蓄電池?fù)碛邢冗M(jìn)的設(shè)計(jì)思想和工作原理，從理論上來(lái)看，具有很高的可靠性和較長(zhǎng)的使用壽命，一般蓄電池的廠家也宣傳閥控鉛酸蓄電池的壽命為10-15年，然而，從實(shí)際情況來(lái)看，結(jié)果差強(qiáng)人意，部分閥控鉛酸蓄電池早期實(shí)效，壽命甚至只有兩、三年，這是為什么呢？
3．1  首先我們來(lái)看看閥控鉛酸蓄電池早期失效的表現(xiàn)：
3．1．1  失水：充電時(shí)氧再?gòu)?fù)合反應(yīng)不完全，導(dǎo)致板柵腐蝕。
3．1．2  負(fù)極板硫酸鹽化硫酸鉛的存在，使負(fù)極長(zhǎng)期處于非完全充電狀態(tài)，形成不可逆硫酸鉛。
3．1．3  熱失控：充電過(guò)程中，由于緊裝配密封結(jié)構(gòu)使熱量不易散出，導(dǎo)致電池溫升過(guò)高失效。
3．1．4  工藝設(shè)計(jì)缺陷滲漏液、極耳腐蝕斷裂、閥蓋開閉失靈等。
　　那么，到底是什么原因造成閥控鉛酸蓄電池的早期失效呢？
3．2  根據(jù)蓄電池的特點(diǎn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，我們歸納為以下兩個(gè)方面的原因。
3．2．1  電池本身的離散性是造成閥控鉛酸蓄電池早期失效的根本原因：電極材料的配方制備、安裝化成工藝的非穩(wěn)定因素和不一致因素，導(dǎo)致了電池性能的離散性，這給電池的運(yùn)行留下了失效的隱患。當(dāng)性能不一致的電池組成一組電池并投入運(yùn)行時(shí)，各電池的浮充電壓會(huì)有很大差異。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，浮充電壓高的電池因長(zhǎng)期過(guò)充導(dǎo)致失水和極板腐蝕；反之，浮充電壓低的電池因長(zhǎng)期欠充導(dǎo)致容量損失和極板硫酸化。實(shí)踐證明，電池性能劣化有自加速的趨勢(shì)。
3．2．2  運(yùn)行環(huán)境將影響閥控鉛酸蓄電池的使用壽命：運(yùn)行中過(guò)充、過(guò)放，沒(méi)有定期進(jìn)行檢測(cè)維護(hù)也是導(dǎo)致閥控鉛酸蓄電池早期失效的重要因素。閥控式鉛酸蓄電池的“貧液”式設(shè)計(jì)，使得電池對(duì)環(huán)境溫度非常敏感（每增加10℃ ，壽命減少一半），所以良好的運(yùn)行環(huán)境非常重要。同時(shí)對(duì)充電機(jī)也提出了較高的要求，要求紋波小，并有溫度補(bǔ)償（3～5mV/ ℃ ）。
 
4 閥控鉛酸蓄電池的運(yùn)行監(jiān)測(cè)要求
4．1 通常對(duì)于閥控鉛酸蓄電池，我們要求的日常檢查項(xiàng)目有：
4．1．1  測(cè)量蓄電池端電壓是否符合要求；
4．1．2  蓄電池連接處有無(wú)松動(dòng)；
4．1．3  極柱、安全閥周圍是否有滲酸及酸霧溢出；
4．1．4  電池殼體有無(wú)漏液現(xiàn)象和變形。
4．2  除了日常檢查項(xiàng)目，在以下幾個(gè)情況時(shí)，我們需要對(duì)蓄電池進(jìn)行充電：
4．2．1  浮充電壓有兩只以上低于 2.18V；
4．2．2  放出 20% 以上額定容量；
4．2．3  擱置不用時(shí)間超過(guò)一個(gè)月
4．2．4  全浮充運(yùn)行達(dá)三個(gè)月
　　由于蓄電池在直流系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，所以蓄電池的檢測(cè)成為日常變電站運(yùn)行工作的常規(guī)和重點(diǎn)項(xiàng)目。如何簡(jiǎn)單快捷的對(duì)蓄電池進(jìn)行檢測(cè)，準(zhǔn)確反映蓄電池組和單個(gè)蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)，是直流工作的發(fā)展方向。
 
5 電池維護(hù)與測(cè)試技術(shù)的發(fā)展
5．1  早期的電池電壓判斷法
   電池的性能狀態(tài)最終體現(xiàn)在電池的容量與落后狀態(tài)上，通過(guò)電池的電壓、內(nèi)阻可以在一定程度上反映出電池的好壞，當(dāng)電池放電到一定程度后，其電壓值便開始明顯降低，因此，在早期的電池維護(hù)中，由于測(cè)試儀器的匱乏，工程師普遍采用萬(wàn)用表對(duì)電池電壓進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)電壓高低來(lái)定性電池性能的好壞。但是電池的實(shí)際放電能力必須通過(guò)電池的容量指標(biāo)反映出來(lái)。
5．2  核對(duì)性容量測(cè)試法
　　按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) IEC 869-2（1995）《固定鉛酸蓄電池一般要求和試驗(yàn)方法第二部分閥控式》、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB 13337.1-91《固定型防酸式鉛酸蓄電池技術(shù)條件》、國(guó)家電力部的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL/T 637-1997 《閥控式密封鉛酸蓄電池訂貨條件》 ，閥控式鉛酸蓄電池容量測(cè)試為：以電池額定容量（C）的10h 率放電電流 I10 進(jìn)行放電，并記錄電池端電壓、溫度、放電時(shí)間，直至電池電壓降至電壓下限，計(jì)算電流與時(shí)間的乘積即為電池容量。如電池溫度不為 25℃ ，應(yīng)進(jìn)行換算；當(dāng)檢測(cè)蓄電池的容量即在25℃時(shí)實(shí)際容量等于或小于80%標(biāo)稱容量時(shí)為壽命終止。
5．3  狀態(tài)檢測(cè)法
　　電壓：通過(guò)測(cè)量電池的浮充電壓檢測(cè)電池狀態(tài)，可測(cè)出電池開路、短路、嚴(yán)重?fù)p壞電池。如：浮充電壓嚴(yán)重偏高，可能是電解液干涸；柵板嚴(yán)重硫化，導(dǎo)致內(nèi)阻增大引起；浮充電壓嚴(yán)重偏低，可能是電池長(zhǎng)期欠充或正極板腐蝕。
　　電流：檢測(cè)浮充電流是否正常
　　溫度：有無(wú)溫度異常，但一般為環(huán)境溫度
5．4  內(nèi)阻檢測(cè)法
　　電池內(nèi)阻包括：歐姆內(nèi)阻、電極化內(nèi)阻（濃差極化和電位極化）；
　　交流內(nèi)阻：有正弦波和方波二種方式，可反映電池趨勢(shì)，有在線和便攜方式，由于電流較小，精度差計(jì)算方法為交流電壓分量與交流電流分量之比；
　　直流內(nèi)阻：較接近實(shí)際情況，精度好，在線方式不易實(shí)施。
5．5  綜合智能分析檢測(cè)法
　　對(duì)電池的各種狀態(tài)、曲線，運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行綜合分析得出電池的現(xiàn)行狀態(tài)和性能，對(duì)電池實(shí)際情況作出比較準(zhǔn)確的描述。
5．6  測(cè)試方法比較
　　核對(duì)性容量測(cè)試——準(zhǔn)確可信，但費(fèi)時(shí)費(fèi)工，不易實(shí)施。
　　狀態(tài)監(jiān)測(cè)——僅能發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重劣化電池和掌握運(yùn)行信息。
　　內(nèi)阻（或電導(dǎo)）法——快速簡(jiǎn)便，易于發(fā)現(xiàn)落后電池，但需建立新電池原始數(shù)據(jù)用于比對(duì)，同時(shí)電池內(nèi)阻的變化與電池容量之間無(wú)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
　　綜合智能分析檢測(cè)法——具有日常在線監(jiān)測(cè)功能、核對(duì)放電測(cè)試功能、離線快速容量測(cè)試功能，可實(shí)現(xiàn)多　　級(jí)管理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
　　通過(guò)幾種測(cè)試方法的比較，我們可以知道，由于現(xiàn)代電子和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，運(yùn)用綜合智能分析檢測(cè)法對(duì)蓄電池進(jìn)行在線檢測(cè)的技術(shù)日益成熟，現(xiàn)已廣泛運(yùn)用于電力系統(tǒng)中，大大的減少了運(yùn)行和維護(hù)人員的工作量；同時(shí)，通過(guò)在線檢測(cè)技術(shù)，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的反映蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池的缺陷，保證直流運(yùn)行的可靠性。因此，在直流電源系統(tǒng)中，采用和推廣蓄電池智能在線檢測(cè)技術(shù)是十分必要和迫切的。
 
6 結(jié)論
　　作為電力系統(tǒng)內(nèi)有著重要作用的蓄電池，由于其電化學(xué)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性一直難以得到有效的檢測(cè)和維護(hù)，目前大部分仍然停留在簡(jiǎn)單的測(cè)量浮充電壓及核對(duì)性放電測(cè)試階段。而浮充電壓與蓄電池容量無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系，核對(duì)性放電費(fèi)工、費(fèi)時(shí)，且無(wú)法反映蓄電池平時(shí)運(yùn)行狀態(tài)及其性能變化趨勢(shì)。
　　在實(shí)際使用中，電池都是成組使用的， 由于電池制造的離散性和使用的原因，電池組失效的早期表現(xiàn)總是出現(xiàn)一些落后電池，而落后電池又將進(jìn)一步加速整組電池的損壞。電池組的容量取決于該電池組中容量最低一節(jié)電池的容量。因而，發(fā)現(xiàn)并獲知落后電池的容量，及時(shí)對(duì)落后電池進(jìn)行處理是電池組運(yùn)行維護(hù)的關(guān)鍵，是非常重要的。
　　如何快速、準(zhǔn)確、有效地檢測(cè)蓄電池的性能并實(shí)時(shí)掌握蓄電池的運(yùn)行情況，使其運(yùn)行在良好狀態(tài)已成為直流運(yùn)行維護(hù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。隨著科技的發(fā)展，先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控手段給直流系統(tǒng)蓄電池的運(yùn)行管理工作提供了新的技術(shù)手段，網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)集中監(jiān)控已成為自動(dòng)化發(fā)展的必然方向。