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李福生 李中原

１ 引言
        通信電源為通信設備提供源源不斷的動力，是通信網絡的重要組成部分。正常狀態下，由市電供給通信設備用電。若市電中斷，則由備用發電機組發電供通信設備用電。發電機組啟動前或因故障無法啟動時，由蓄電池組放電供通信設備用電。所以蓄電池是供電系統的重要組成部分，是保證通信不中斷的最后屏障。如果此屏障失效，將會造成通信中斷的嚴重后果。
        由于蓄電池的地位如此重要，因此，準確知道蓄電池的容量，進而明確蓄電池組對通信負荷的放電時間是十分必要的。
        如何準確知道蓄電池組對通信負荷的供電時間，對這一問題的認識不少人是比較模糊的。在某次移動通信基站的工程設計中，建設單位要求設計人員計算出不同使用年限的蓄電池組對不同基站負荷的放電時間；還有作者發表文章，認為原郵電部頒布的《通信電源設備安裝設計規范》（ＹＤ５０４０－９７）給出的計算蓄電池放電時間的公式“過于粗略、保守，造成計算出來的蓄電池組放電時間比實際放電值偏小很多，給建設單位維護人員造成誤解”。
        不通過實地測試，設計人員無從知道不同使用年限蓄電池的容量，估算出的放電時間與實際值會有較大的出入，因此，筆者在此提出不同看法與大家商榷。
２  現行規范給出的蓄電池容量計算方法
        原郵電部頒布的《通信電源設備安裝設計規范》（ＹＤ５０４０－９７）給出的工程設計中需要配置的蓄電池總容量計算公式為：
Ｑ≥
        由此推導出蓄電池組放電時間計算公式為：
≥Ｔ
式中：
        Ｑ——蓄電池容量（Ａｈ）
        Ｋ——安全系數，取１．２５
        Ｉ——負荷電流（Ａ）
        Ｔ——放電小時數（ｈ），詳見《通信電源設備安裝設計規范》表４．２．１
        η——放電容量系數，見表１
        ｔ——實際電池所在地最低環境溫度值，所在地有采暖設備時，按１５℃考慮，無采暖設備時按５℃考慮
        α——電池溫度系數（１／℃），當放電小時率≥１０時，取α＝０．００６；當１０＞放電小時率≥１時，取α＝０．００８；當放電小時率＜１時，取α＝０．０１
３  與閥控式鉛酸蓄電池容量有關的因素
        我國采用的蓄電池額定容量是１０小時率標稱值，即在環境溫度為２５℃、蓄電池以 １０小時率電流放電、在放電終止電壓為１．８０ Ｖ／只時蓄電池放出的容量為其額定容量。
        閥控式鉛酸蓄電池的容量與放電率、電解液溫度、放電終止電壓、電解液濃度、極板上的活性物質等因素有關。
        放電率就是蓄電池的額定容量與放電小時數的比值，不同放電率蓄電池輸出的容量是不同的，表１給出了放電時間、放電終止電壓與蓄電池能放出容量的關系。
        新頒布的中華人民共和國通信行業標準《通信用閥控式密封鉛酸蓄電池》（ＹＤ／Ｔ ７９９－２００２）（代替ＹＤ／Ｔ ７９９－１９９６），由通信專家、國內眾多著名蓄電池生產廠家參與起草，認為上述表１給出的經驗數據可供參考。
        蓄電池的容量，隨著環境溫度的升高而變大。但溫度升高要有限，溫度過高易使正極板彎曲和負極板容量減小，蓄電池局部放電增加，極板硫酸化也增加。同時，由于閥控式鉛酸蓄電池都采用貧液設計，溫度升高也使蓄電池失水增加，電解液干涸，內阻增加，造成電池容量下降，使用壽命縮短。當環境溫度低于２５℃時，蓄電池的容量較其額定容量要相應地減少。
        電池溫度系數與放電小時率密切相關。當放電小時率＜１時，取α＝０．０１／℃。即此時相對于２５℃的環境溫度，每升高１℃，蓄電池放出的容量較額定容量約多１％。《通信用閥控式密封鉛酸蓄電池》（ＹＤ／Ｔ ７９９－２００２）規定的對電池溫度系數的取值也同前所述。
        電源設計規范蓄電池容量計算公式中給出的“１５℃”和“５℃”，指的是在漫長的蓄電池使用過程中，有采暖設備和無采暖設備時的平均環境溫度。
        ２ Ｖ系列的蓄電池折合浮充壽命不低于８年。國內各大通信運營商的電源維護規程都規定：全浮充供電方式的閥控式密封鉛酸蓄電池，容量低于８０％額定容量的，應進行設備更新。電源設計規范蓄電池容量計算公式中的安全系數Ｋ取值為１．２５，即１／８０％，就源于此。
        通信設備都是恒功率運行的，交流電中斷，蓄電池放電供通信設備用電時，通信設備的直流負荷會隨著系統電壓的降低逐漸增大，計算公式中的負荷電流（Ｉ）應取負荷平均電流。
        通過以上分析可以看出，電源設計規范蓄電池容量計算公式中的每一個參數都有特定的含義，是很嚴謹的。用此計算公式得出的結果，可以保證在蓄電池使用壽命終結前，其容量滿足設計要求。蓄電池組放電時間大于或等于電源設計規范“表４．２．１”規定的放電時間。
４  閥控式密封鉛酸蓄電池容量的測試方法
        電源設計規范給出的蓄電池容量計算公式，主要用于通信電源工程設計，可粗略估算蓄電池對通信設備的放電時間。蓄電池使用環境、工作方式不同，其容量、壽命會有很大的差別。
        交換局交流電可靠，電力電池室一般都配有空調，蓄電池工作在較適宜的環境溫度下，大部分時間處于浮充運行方式，蓄電池組經常工作在充滿電狀態，有利于延長蓄電池的使用壽命。
        移動通信基站的交流電一般屬三類市電，少量屬二類市電，尤其是邊遠地區市電更差，電池室有時也無空調。由于市電較差，蓄電池充、放電頻繁。按照電源維護規程，蓄電池充電時，要保證其充入電量不小于放出電量的１．２倍。在充電后期，充電效率很低，蓄電池在下一次停電時可能還處于未充足電的狀態，未充足電的蓄電池繼續進行放電，在市電恢復后，電池需要補充電的時間更長。這樣惡性循環，蓄電池越來越不易充足電，極板硫酸化嚴重，容量下降很快。
        需要說明的是，即使是全新閥控式密封蓄電池，蓄電池容量計算公式中安全系數Ｋ取值為１，蓄電池按其額定容量，計算出的放電時間也不準確。據測試，不論是國產電池還是進口電池，其標稱容量都有富裕，進口電池容量富裕小一些，國產電池容量富裕量較大，達１０％～２５％，甚至更大。
        準確知道蓄電池容量是較準確計算蓄電池組對通信設備放電時間的前提。判斷閥控式鉛酸蓄電池運行狀態有以下幾種方法：
        （１） 離線式容量測試
        工程設計中配置的蓄電池一般不少于兩組，把蓄電池從供電系統中脫離，接上假負載，使電池組以１０小時率或３小時率或１小時率電流放電，放電期間測量蓄電池的端電壓及室溫，只要電池組中有一只單體的端電壓達到規定的終止電壓時即停止放電，放電電流乘以放電時間就是電池組放出的實際容量。
        １０小時率或３小時率放電，蓄電池放電單體終止電壓為１．８０ Ｖ／只；１小時率放電，蓄電池放電單體終止電壓為１．７５ Ｖ／只。
        ３小時率額定容量Ｃ３為１０小時率容量Ｃ１０的７５％；１小時率容量Ｃ１為１０小時率容量Ｃ１０的５５％。１０小時率容量第１次循環不低于０．９５Ｃ１０，第３次循環時應達到Ｃ１０。３小時率和１小時率的容量應分別在第４次和第５次以前達到。
        蓄電池放電時，如果環境溫度不是２５℃，則需將實測容量按下式換算成２５℃基準溫度時的容量Ｃｅ。
Ｃｅ＝
式中：
        ｔ—放電的環境溫度
        α—電池溫度系數，１０小時率容量試驗時取α＝０．００６／℃；３小時率容量試驗時取α＝０．００８／℃；１小時率容量試驗時取α＝０．０１／℃
        在蓄電池未投入使用前的設備安裝階段就需要做離線式容量測試。一是檢驗蓄電池容量是否達到規定要求，二是準確測出蓄電池的實際容量和放電特征數據，作為以后分析比較的依據。電源工程設計概預算中有此項工作內容定額。
        （２） 在線式核對性放電試驗
        不把蓄電池從供電系統中脫離，對通信負載（必要時接假負載）進行放電，放出蓄電池額定容量的３０％～４０％，運用特性對比判斷蓄電池的儲備容量。如果放電深度不夠，會降低容量判斷的準確度。
        （３） 電導測試法和內阻測試法
        電導即蓄電池內部電阻的倒數，指傳導電流的能力。蓄電池的電導與容量有很高的相關性，電導單位為西門子（Ｓ）。測量時電導儀向蓄電池兩端加一個已知頻率和振幅的低頻交流電壓信號，測量出電壓與同相位的交流電流值，交流電流值和交流電壓的比值即為蓄電池的電導。
        電池的電導反映電池的內部狀況，如電解液干涸、板柵腐蝕、接觸不良等，這些都會引起電池內阻增大、電導減小，蓄電池容量降低。
        內阻測試法與電導測試法原理基本類似，不同的是一般內阻測試儀需要離線測試，電導測試儀可在線測試。
        以上幾種方法中，離線式容量測試可準確地測試出蓄電池的容量，但是工作量大，需要假負載等設備，尤其是對較大容量的電池，整組電池的充放電需要花費數十個小時，浪費能源。在線式核對性放電試驗基本上可定量地測出蓄電池的容量，工作量相對較小、簡單，節省電能，但是在不了解蓄電池實際性能的情況下，放出電池容量的３０％～４０％，不易控制。電導儀、內阻計等只能測試蓄電池的某種參數，定性地判斷蓄電池的優劣。
        隨著科技的進步，各種各樣蓄電池容量測試儀相繼問世，已在維護工作中采用。通過蓄電池組較短時間（１０ ｍｉｎ左右）的放電，蓄電池容量測試儀可在線監測、記錄并儲存整組及各單只蓄電池的電壓、電流、溫度等參數，獲得電池的動態內阻等特性，結合放電率可計算出各單體電池的容量或給出單體電池的剩余容量與其額定容量的比值。有的廠家通過建立各品牌電池的放電特性數據庫，由其作為參照值。有的是動態選取一組電池中性能較好的電池作為參照物，以便找出落后電池。采用蓄電池容量測試儀，蓄電池放電電流不能太小，一般要求用不小于１０小時率電流放電。這種測試方法屬于“在線式核對性放電試驗”的范疇，可粗略地估算出蓄電池的容量。
        通過以上方法，可判斷出蓄電池的運行狀態，找出落后電池，對落后電池要區分情況及時采取有效措施，不然該電池會加速惡化，而且還會引起其他電池的連鎖反應。落后電池的容量即為該組電池的容量。對采取措施后仍達不到其額定容量８０％的電池，要及時更換。
        從蓄電池的使用、維護來講，適度放電對蓄電池是有益的。蓄電池長期處于浮充狀態，會出現活性物質脫落、極板硫酸化、電解液固化等現象，使其內阻增大，容量下降。國內各大通信運營商的電源維護規程都規定：蓄電池每年應以實際負荷電流做一次核對性放電試驗，放出額定容量的３０％～４０％；每三年做一次容量試驗（放電深度為１００％），使用六年后每年一次。這是為了掌握蓄電池運行狀態，同時對蓄電池本身也是有益的。
５  結論
        現行《通信電源設備安裝設計規范》（ＹＤ５０４０－９７）給出的蓄電池總容量計算方法，其中每一個參數都有特定的含義，可保證工程設計時配置的蓄電池在其壽命終結前滿足設計要求。
        供電系統蓄電池的容量，只有采取容量測試的方法獲得。知道了蓄電池的容量，采用電源設計規范給出的放電時間計算公式，略去“安全系數Ｋ”，選取適當的通信負荷電流，可較準確地計算出供電系統蓄電池可對通信設備的放電時間。
參  考  文  獻
１    ＹＤ ５０４０－９７． 通信電源設備安裝設計規范． 北京：北京郵電大學出版社，１９９７
２    ＹＤ／Ｔ ７９９－２００２． 通信用閥控式密封鉛酸蓄電池． 北京：人民郵電出版社，２００２