伍民玉，蔣高宇，劉 波
（湛江發(fā)電廠，廣東 湛江 524099）
摘 要：直接分析并指出湛江發(fā)電廠閥控密封鉛酸(VRLA)蓄電池提前報(bào)廢的原因是運(yùn)行維護(hù)不足造成的，為此，提出了新的電池容量檢測(cè)法和運(yùn)行維護(hù)的改進(jìn)措施，建議推廣直流系統(tǒng)在線監(jiān)控，真正意義上提高VRLA蓄電池的使用壽命。
關(guān)鍵詞：閥控式鉛酸(VRLA)蓄電池；直流；蓄電池
Problems in application of valveregulated lead acid batteries and
improvement measures
WU Minyu,JIANG Gaoyu,LIU Bo
(Zhanjiang Power Plant,Zhanjiang,Guangdong 524099,China)
Abstract:A valveregulated lead acid(VRLA)battery pack in Zhanjiang Power Plant has to be scrapped before the due date.An analysis is made on the problem,and insufficient maintenance is deemed to be the reason.A new method to detect the capacity of VRLA batteries and the improvement measures in maintaining them are put forward.The spreading of online battery monitoring in DC system is suggested as well to extend the service life of VRLA batteries.
Keywords:valveregulated lead acid(VRLA)battery;DC;storage battery
湛江發(fā)電廠使用英國CHLORIDE廠制造的POWERSAFE系列VB型閥控密封鉛酸蓄電池，控制用蓄電池為VB50-450AH，動(dòng)力用蓄電池為VH34-1000AH，平時(shí)浮充電運(yùn)行，當(dāng)市電停電后恢復(fù)供電時(shí)先均充再轉(zhuǎn)至浮充。
閥控式鉛酸（valveregulate lead acid,VRLA）蓄電池自20世紀(jì)70年代問世以來，以方便、耐用而迅速地占領(lǐng)了越來越多的市場(chǎng)，代替了電力、電信等領(lǐng)域原使用最多的開放式鉛酸蓄電池。VRLA蓄電池具有的優(yōu)點(diǎn)：自放電低、大電流放電能力強(qiáng)、重量輕、占地少、無酸霧污染、維護(hù)少；缺點(diǎn)是對(duì)浮充、均充電壓及使用環(huán)境要求高。因此蓄電池投入使用后，由于使用、維護(hù)不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致電池殼變形、電解液滲漏、容量不足、電池端電壓不均勻等后果。
VRLA蓄電池從引進(jìn)使用開始，就被稱為免維護(hù)電池，引起了人們的一些誤解，便認(rèn)為這種電池既耐用又不需要維護(hù)。其實(shí)，所謂VRLA電池具有免維護(hù)的功能，是指在規(guī)定條件下使用期間不需維護(hù)（根據(jù)GB 2900-11—28《蓄電池名詞術(shù)語》中的定義，該規(guī)定依據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)制定），只是相對(duì)傳統(tǒng)鉛酸電池維護(hù)而言，特指使用期間勿需加酸加水，在實(shí)際工作中仍需履行維護(hù)手續(xù)。
1VRLA蓄電池在應(yīng)用中存在的問題
1.1VRLA蓄電池出現(xiàn)滲液現(xiàn)象
湛江發(fā)電廠控制Ⅱ組蓄電池于1996年安裝投入使用，2003年11月進(jìn)行蓄電池常規(guī)檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)該組蓄電池在接線螺栓處出現(xiàn)滲液，接線螺栓處出現(xiàn)裂紋的蓄電池達(dá)到29個(gè)，檢查蓄電池的浮充電壓差別較大，最低與最高電壓已相差410 mV，根據(jù)此現(xiàn)象，判斷整組蓄電池已報(bào)廢，但是，廠家資料說明該系列蓄電池在正確使用情況下，使用壽命可達(dá)12年。其它蓄電池組的使用年限在4～6年，由圖1所示的4組蓄電池浮充電壓檢測(cè)情況可以看出，另外3組蓄電池也有浮充電壓不均衡等早期容量損失現(xiàn)象。表1給出了4組蓄電池的浮充電壓情況，可見動(dòng)力蓄電池組的浮充電壓不均衡情況比控制蓄電池組好很多。
1.2原因分析
1.2.1運(yùn)行工況的影響?yīng)?BR> 控制Ⅰ組、Ⅱ組蓄電池長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)，浮充電壓不均衡，很多蓄電池的浮充電壓偏離正常浮充電壓，少數(shù)電池過充電，少數(shù)電池欠充電，長(zhǎng)期浮充使蓄電池正極硫化嚴(yán)重；動(dòng)力Ⅰ組、Ⅱ組的電動(dòng)機(jī)負(fù)荷每月定期起動(dòng)，即動(dòng)力Ⅰ組、Ⅱ組蓄電池都存在放電、充電循環(huán)，使電極的活性物質(zhì)PbO2得到活化，故動(dòng)力Ⅰ組、Ⅱ組蓄電池的浮充電壓平衡情況較控制Ⅰ組、Ⅱ組好得多，但4組蓄電池均未主動(dòng)做過均衡充電及小容量放電維護(hù)，端電壓差值均已超標(biāo)。
1.2.2日常維護(hù)工作不到位
a)每年進(jìn)行一次核對(duì)性容量試驗(yàn)，不符合規(guī)程[1]的試驗(yàn)間隔要求，試驗(yàn)的放電、充電模式未按規(guī)程[1]的要求進(jìn)行；
b)備用蓄電池長(zhǎng)期浮充備用，使VRLA蓄電池正極板硫化，浮充電壓不均衡，當(dāng)單體最高、最低浮充電壓相差50 mV時(shí)，未按規(guī)程[1]要求進(jìn)行均衡充電維護(hù)工作；
c)蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只監(jiān)視蓄電池浮充端電壓，不能有效監(jiān)視蓄電池的早期容量損失，不能及時(shí)找出劣化電池予以活化或更換；
d)未及時(shí)根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)節(jié)蓄電池的浮充電壓，整定的VRLA蓄電池補(bǔ)充充電的均充時(shí)間間隔選擇不當(dāng)，均充電壓選擇不當(dāng)。
從以上分析可知：蓄電池浮充、均充電壓的選擇對(duì)VRLA蓄電池長(zhǎng)壽命運(yùn)行相當(dāng)關(guān)鍵，按照使用說明書，湛江發(fā)電廠使用的VRLA蓄電池在25～29 ℃環(huán)境下的浮充電壓應(yīng)為2.25～2.27 V，單位均充電壓不大于2.40 V，但依據(jù)多個(gè)電池廠的數(shù)據(jù)，降低均充電壓，延長(zhǎng)均充時(shí)間會(huì)大大降低蓄電池的析氫、析氧量，從而減少電池的水分損失，規(guī)程[1]要求VRLA蓄電池的均充電壓取2.30～235 V。
采用合適的檢測(cè)方法找出劣化電池予以活化或更換，則是保持整組蓄電池正常運(yùn)行的關(guān)鍵，目前幾種蓄電池容量檢測(cè)方法共用的局面也是VRLA蓄電池得不到較好維護(hù)的原因之一。
2測(cè)量閥控式鉛酸蓄電池容量的方法比較
2.1單體浮充電壓監(jiān)測(cè)法
單體蓄電池的浮充電壓與蓄電池的容量不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，圖2所示為正常電池與劣化電池的浮充-放電-均充電壓曲線對(duì)比（正常電池的特性用曲線1表示，劣化電池的特性用曲線2表示）。圖2中的第一階段為浮充階段，正常電池與劣化電池的電壓接近；第二階段為放電階段，從該階段中可以得知兩個(gè)電池的性能，劣化電池一開始放電，電壓便急劇下降到1.9 V以下，以后回升到1.9 V左右并維持了一段時(shí)間，很快便開始下降，到最后已接近終止電壓了，再看正常電池，放電時(shí)下降不多，下降到2.05 V左右，少許回升后，端電壓基本保持穩(wěn)定，說明放電勢(shì)頭強(qiáng)勁，電池性能較好；第三階段為均充階段。從以上3個(gè)階段來看，在浮充時(shí)，劣化電池與正常電池的電壓相差無幾，但放電時(shí)，其性能比正常電池差很多，已起不到備用電池的作用了。
由以上試驗(yàn)可看出，計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)浮充電壓可及時(shí)發(fā)現(xiàn)電壓不均衡現(xiàn)象，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)浮充電壓與環(huán)境溫度的不對(duì)應(yīng)情況，但對(duì)蓄電池早期容量損失現(xiàn)象起不到檢測(cè)作用。
2.2單體電池內(nèi)阻測(cè)量法
蓄電池內(nèi)阻很小，約幾十微歐，測(cè)試電流要達(dá)到30 A以上，才能準(zhǔn)確地測(cè)試電池的內(nèi)阻值。先測(cè)量放電電池的電流，測(cè)定負(fù)載斷開的瞬間電壓差，據(jù)此計(jì)算出準(zhǔn)確的電池內(nèi)阻值，內(nèi)阻大的為劣化電池。
這種方法可準(zhǔn)確判斷劣化電池，但對(duì)蓄電池的早期容量損失不能判斷。
2.3電池開路電壓測(cè)量法
對(duì)于新電池，電池開路電壓與蓄電池容量存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，圖3所示為POWERSAFE系列電池在環(huán)境溫度為20 ℃時(shí)的開路電壓與放電容量C3（3 h的額定容量）的關(guān)系圖，但對(duì)于已劣化的電池，此表只作參考，因極板腐蝕后最終放電容量會(huì)比查表所得容量低得多。
2.4完全核對(duì)性放電容量試驗(yàn)檢測(cè)法
以I10（10 h放電容量的額定電流）放電至終止電壓n×1.8 V(1組蓄電池由n個(gè)蓄電池組成)停止放電，隔1～2 h后再用I10電流進(jìn)行恒流限壓充電至均充電壓，轉(zhuǎn)以均充電壓恒壓充電，當(dāng)充電電流小至0.1 I10后1 h轉(zhuǎn)為浮充電，浮充電壓按蓄電池平均溫度動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。
此方法可較準(zhǔn)確地測(cè)量電池剩余容量，但試驗(yàn)間隔長(zhǎng)，且對(duì)VRLA蓄電池壽命有損傷，必須嚴(yán)格按間隔年限執(zhí)行。
2.5整組電池在線放電-充電檢測(cè)法
使放電電流小于0.1I10，每月定期卸荷5%C10（10 h的額定容量），根據(jù)放電曲線由分析軟件計(jì)算出蓄電池的剩余容量。
從以上容量檢測(cè)方法可看出，若配備在線蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在線放電-充電法可無損快速測(cè)量蓄電池容量，若無在線監(jiān)測(cè)條件，可采用開路電壓測(cè)量法檢測(cè)單個(gè)VRLA蓄電池的容量，或用離線式單體蓄電池容量檢測(cè)儀也可達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量VRLA蓄電池容量的結(jié)果。
3改進(jìn)措施
3.1優(yōu)化運(yùn)行措施
a)將VRLA蓄電池放電5%C10納入每季度定期工作，利用放電曲線篩選容量落后電池，放電后均充電一次，均充電壓取2.30 V（環(huán)境溫度為25～29 ℃），當(dāng)充電電流＜0.1I10后1 h轉(zhuǎn)為浮充電，使電池活性物質(zhì)活化，浮充電壓均衡。
b)當(dāng)蓄電池的單體浮充電壓與對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度超標(biāo)時(shí)發(fā)出報(bào)警，應(yīng)及時(shí)根據(jù)室溫調(diào)節(jié)電池浮充電壓，或在電池室安裝空調(diào)使環(huán)境溫度盡量保持±2.5 ℃，以免頻繁調(diào)節(jié)浮充電壓。
c)當(dāng)單體最高、最低浮充電壓相差50 mV時(shí)，進(jìn)行一次放電-均衡充電維護(hù)工作。
d)改進(jìn)VRLA蓄電池的全核對(duì)性放電容量檢測(cè)方法：用I10電流恒流放電，當(dāng)蓄電池端電壓下降到n×1.8 V停止放電，隔1～2 h后再用I10電流進(jìn)行恒流限壓充電至n×2.30 V（環(huán)境溫度為25～29 ℃），轉(zhuǎn)為以n×2.30 V恒壓充電，當(dāng)充電電流＜0.1I10后1 h轉(zhuǎn)為浮充電，浮充電壓按蓄電池平均溫度動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。
投運(yùn)第一年做全核對(duì)性放電容量檢測(cè)，以后每隔2～3年進(jìn)行一次，運(yùn)行6年后每年進(jìn)行一次。
3.2優(yōu)化維護(hù)措施
優(yōu)化運(yùn)行維護(hù)措施為新的VRLA蓄電池激活方法。一直以來，沒有辦法阻止電池的硫酸化過程，也沒有任何方法阻止硫酸化合物覆蓋在鉛極板上。但是今天，脈沖電池活化再生儀利用脈沖技術(shù)，令硫酸化合物分子震動(dòng)、分解、脫離鉛極板，同時(shí)消降溶解在電解液中，脈沖活動(dòng)不斷地進(jìn)行直至鉛極板上的硫酸化合物完全清除，同時(shí)能夠防止新的硫酸化合物形成和覆蓋在鉛極板上，確保鉛極板干凈，使得電池處于高峰工作狀態(tài)，電池的壽命大幅度延長(zhǎng)，再充電更迅速、效果更好。
3.3實(shí)行直流系統(tǒng)蓄電池在線監(jiān)測(cè)
直流系統(tǒng)蓄電池監(jiān)測(cè)是近幾年發(fā)展的新技術(shù)，直流蓄電池在線監(jiān)測(cè)可以在線監(jiān)測(cè)蓄電池的電壓平衡情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)落后電池，及時(shí)發(fā)現(xiàn)浮充電壓與環(huán)境溫度不匹配狀況，若配合充電器的起停操作，可以方便地利用短時(shí)放電曲線估算每個(gè)電池的容量，在核對(duì)性容量放電試驗(yàn)時(shí)，更是大大減少試驗(yàn)人員的操作量。
4結(jié)束語
VRLA蓄電池使用方便、長(zhǎng)久，作為備用電源，廣泛用于電力、電信行業(yè)，但其維護(hù)的方法應(yīng)適當(dāng)，才能達(dá)到經(jīng)久耐用的效果。浮充、均充電壓的選擇是關(guān)鍵，定期給電池卸荷活化，均衡浮充電壓，根據(jù)室溫及時(shí)調(diào)節(jié)浮充電壓，正確檢測(cè)電池剩余容量，廣泛推行在線監(jiān)控，這樣才能延長(zhǎng)VRLA蓄電池的使用壽命。
參考文獻(xiàn)
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