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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、微機技術、通信技術和網絡技術的發展及其在電力行業的廣泛應用，電力系統的自動化程度和供電系統的可靠性得到了很大的提高，電力系統中直流電源的重要性也越來越大。作為直流系統最后一道保護屏障的蓄電池，如何快速、準確、有效地檢測蓄電池的性能并實時掌握蓄電池的運行情況，使其運行在良好狀態已成為直流運行維護的重點和難點。隨著蓄電池檢測技術的不斷發展，先進的檢測技術和網絡化監控給直流系統蓄電池的運行管理工作提供了新的技術手段，網絡化實時集中監控已成為自動化發展的必然方向。 
　　關鍵詞：蓄電池；特點；運行監測  
 
　
1  引言
　　隨著社會的進步和信息化、自動化程度的不斷提高，人們對電力行業的依賴程度進一步加深，也就對供電系統的可靠性提出了更高的要求。無論在電力變電站、通信機房還是UPS系統中，蓄電池作為備用電源在系統中起著極其重要的作用。平時蓄電池處于浮充電備用狀態，由交流電源經整流設備變換成直流向負荷供電，而在交流電失電或其它事故狀態下，蓄電池是負荷的唯一能源供給者，一旦出現問題，供電系統將面臨癱瘓，造成設備停運及其它重大運行事故。
　　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”蓄電池，它的應用大大減少了開口式鉛酸蓄電池繁瑣復雜的維護工作，然而，其“免維護”的優點，正是運行管理的缺點和難點。除了正常的使用壽命周期外，由于電池本身的質量如材料、結構、工藝的缺陷及使用不當等問題導致一些蓄電池早期失效的現象時有發生。所謂“免維護”僅僅指無需加水、加酸、換液等維護，而日常維護仍是必不可少的。顯然，開口式鉛酸蓄電池運行檢測維護方法已不再適用于閥控式鉛酸蓄電池，如何監測蓄電池的運行，及時發現落后電池并正確處理，成為蓄電池運行維護的工作重點。
 
2 閥控鉛酸蓄電池特點
　　開口式鉛酸蓄電池的水和硫酸在使用過程中會蒸發散失，雖然可以通過加水加酸進行維護，但維護工作量大，且污染環境。為了減少維護，閥控式鉛酸蓄電池應運而生。
我們知道，閥控鉛酸蓄電池有以下幾個方面的特點：
　　1、全密封結構，用一安全閥控制電池內氣體壓力。
　　2、利用氧再復合“水循環”原理，使電池正極析出的氧氣通過隔膜擴散到負極發生氧化反應生成 PbO2 ，并與 H2SO4 反應，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品，閥控鉛酸蓄電池又有什么樣的優點呢？我們大致將其優點歸納為以下幾點：
　　1、無需加水加酸、調配電解液等維護工作，大大減少了變電站運行值班人員的工作量，節約了人力資源和物資資源。
　　2、大電流放電特性優良，低溫放電性能良好，使直流系統的可靠性得到了有力保證。
　　3、無酸霧逸出，使用安全，對環境無污染，可與設備同室安裝。
　　4、結構緊湊，可立式或臥式安裝，占地面積小。
　　5、無“記憶效應”。
　　正因為有了以上這些優點，閥控鉛酸蓄電池在電力系統內的運用越來越普遍。
 
3 閥控鉛酸蓄電池的早期失效：
　　閥控式鉛酸蓄電池擁有先進的設計思想和工作原理，從理論上來看，具有很高的可靠性和較長的使用壽命，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，從實際情況來看，結果差強人意，部分閥控鉛酸蓄電池早期實效，壽命甚至只有兩、三年，這是為什么呢？
3．1  首先我們來看看閥控鉛酸蓄電池早期失效的表現：
3．1．1  失水：充電時氧再復合反應不完全，導致板柵腐蝕。
3．1．2  負極板硫酸鹽化硫酸鉛的存在，使負極長期處于非完全充電狀態，形成不可逆硫酸鉛。
3．1．3  熱失控：充電過程中，由于緊裝配密封結構使熱量不易散出，導致電池溫升過高失效。
3．1．4  工藝設計缺陷滲漏液、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  根據蓄電池的特點和運行經驗，我們歸納為以下兩個方面的原因。
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定因素和不一致因素，導致了電池性能的離散性，這給電池的運行留下了失效的隱患。當性能不一致的電池組成一組電池并投入運行時，各電池的浮充電壓會有很大差異。經長時間運行后，浮充電壓高的電池因長期過充導致失水和極板腐蝕；反之，浮充電壓低的電池因長期欠充導致容量損失和極板硫酸化。實踐證明，電池性能劣化有自加速的趨勢。
3．2．2  運行環境將影響閥控鉛酸蓄電池的使用壽命：運行中過充、過放，沒有定期進行檢測維護也是導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”式設計，使得電池對環境溫度非常敏感（每增加10℃ ，壽命減少一半），所以良好的運行環境非常重要。同時對充電機也提出了較高的要求，要求紋波小，并有溫度補償（3～5mV/ ℃ ）。
 
4 閥控鉛酸蓄電池的運行監測要求
4．1 通常對于閥控鉛酸蓄電池，我們要求的日常檢查項目有：
4．1．1  測量蓄電池端電壓是否符合要求；
4．1．2  蓄電池連接處有無松動；
4．1．3  極柱、安全閥周圍是否有滲酸及酸霧溢出；
4．1．4  電池殼體有無漏液現象和變形。
4．2  除了日常檢查項目，在以下幾個情況時，我們需要對蓄電池進行充電：
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  擱置不用時間超過一個月
4．2．4  全浮充運行達三個月
　　由于蓄電池在直流系統中起著舉足輕重的作用，所以蓄電池的檢測成為日常變電站運行工作的常規和重點項目。如何簡單快捷的對蓄電池進行檢測，準確反映蓄電池組和單個蓄電池的運行狀態，是直流工作的發展方向。
 
5 電池維護與測試技術的發展
5．1  早期的電池電壓判斷法
   電池的性能狀態最終體現在電池的容量與落后狀態上，通過電池的電壓、內阻可以在一定程度上反映出電池的好壞，當電池放電到一定程度后，其電壓值便開始明顯降低，因此，在早期的電池維護中，由于測試儀器的匱乏，工程師普遍采用萬用表對電池電壓進行測量，通過電壓高低來定性電池性能的好壞。但是電池的實際放電能力必須通過電池的容量指標反映出來。
5．2  核對性容量測試法
　　按國際標準 IEC 869-2（1995）《固定鉛酸蓄電池一般要求和試驗方法第二部分閥控式》、國家標準 GB 13337.1-91《固定型防酸式鉛酸蓄電池技術條件》、國家電力部的行業標準 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試為：以電池額定容量（C）的10h 率放電電流 I10 進行放電，并記錄電池端電壓、溫度、放電時間，直至電池電壓降至電壓下限，計算電流與時間的乘積即為電池容量。如電池溫度不為 25℃ ，應進行換算；當檢測蓄電池的容量即在25℃時實際容量等于或小于80%標稱容量時為壽命終止。
5．3  狀態檢測法
　　電壓：通過測量電池的浮充電壓檢測電池狀態，可測出電池開路、短路、嚴重損壞電池。如：浮充電壓嚴重偏高，可能是電解液干涸；柵板嚴重硫化，導致內阻增大引起；浮充電壓嚴重偏低，可能是電池長期欠充或正極板腐蝕。
　　電流：檢測浮充電流是否正常
　　溫度：有無溫度異常，但一般為環境溫度
5．4  內阻檢測法
　　電池內阻包括：歐姆內阻、電極化內阻（濃差極化和電位極化）；
　　交流內阻：有正弦波和方波二種方式，可反映電池趨勢，有在線和便攜方式，由于電流較小，精度差計算方法為交流電壓分量與交流電流分量之比；
　　直流內阻：較接近實際情況，精度好，在線方式不易實施。
5．5  綜合智能分析檢測法
　　對電池的各種狀態、曲線，運用先進的數學模型進行綜合分析得出電池的現行狀態和性能，對電池實際情況作出比較準確的描述。
5．6  測試方法比較
　　核對性容量測試——準確可信，但費時費工，不易實施。
　　狀態監測——僅能發現嚴重劣化電池和掌握運行信息。
　　內阻（或電導）法——快速簡便，易于發現落后電池，但需建立新電池原始數據用于比對，同時電池內阻的變化與電池容量之間無一一對應關系。
　　綜合智能分析檢測法——具有日常在線監測功能、核對放電測試功能、離線快速容量測試功能，可實現多　　級管理，實現遠程監控。
　　通過幾種測試方法的比較，我們可以知道，由于現代電子和網絡技術的飛速發展，運用綜合智能分析檢測法對蓄電池進行在線檢測的技術日益成熟，現已廣泛運用于電力系統中，大大的減少了運行和維護人員的工作量；同時，通過在線檢測技術，能夠及時準確的反映蓄電池的運行狀態，便于及時發現蓄電池的缺陷，保證直流運行的可靠性。因此，在直流電源系統中，采用和推廣蓄電池智能在線檢測技術是十分必要和迫切的。
 
6 結論
　　作為電力系統內有著重要作用的蓄電池，由于其電化學結構的復雜性一直難以得到有效的檢測和維護，目前大部分仍然停留在簡單的測量浮充電壓及核對性放電測試階段。而浮充電壓與蓄電池容量無對應關系，核對性放電費工、費時，且無法反映蓄電池平時運行狀態及其性能變化趨勢。
　　在實際使用中，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總是出現一些落后電池，而落后電池又將進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電池的容量。因而，發現并獲知落后電池的容量，及時對落后電池進行處理是電池組運行維護的關鍵，是非常重要的。
　　如何快速、準確、有效地檢測蓄電池的性能并實時掌握蓄電池的運行情況，使其運行在良好狀態已成為直流運行維護的重點和難點。隨著科技的發展，先進的檢測技術和網絡化監控手段給直流系統蓄電池的運行管理工作提供了新的技術手段，網絡化實時集中監控已成為自動化發展的必然方向。