如何全面解決電力系統(tǒng)蓄電池維護問題

如何全面解決電力系統(tǒng)蓄電池維護問題

一、　蓄電池在電力系統(tǒng)的作用及存在的問題

　　蓄電池是電力電源系統(tǒng)中直流供電系統(tǒng)的重要組成部分，它作為直流供電電源，主要擔負著為電力系統(tǒng)中二次系統(tǒng)負載提供安全、穩(wěn)定、可靠的電力保障，確保繼電保護、通信設備的正常運行。因此，蓄電池的穩(wěn)定性和在放電過程中能提供給負載的實際容量對確保電力設備的安全運行具有十分重要的意義。

　　然而蓄電池經(jīng)過一定時間的使用后，常易因活性物質脫落、板柵腐蝕或極板變形、硫化等因素，而使容量逐漸降低直至失效。所以，找出落后電池，并將其予以處理，以便消除隱患，就是廣大蓄電池維護人員的工作。過去幾十年來我們一直使用防酸隔爆式鉛酸蓄電池，積累了一定經(jīng)驗。但由于此種電池維護方法繁瑣，目前已被具有免加水、安裝靈活、占地面積小且不形成酸霧的閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA）所取代。
　　 近年來由于閥控式密封鉛酸蓄電池被廣泛使用，國內生產VRLA的廠家越來越多，生產規(guī)模與技術水平參差不齊，問題不少，90年代初國內使用的VRLA電池出現(xiàn)了很多以前未遇到的新問題，但由于其是新技術，有些故障原因尚未被完全掌握，只有在維護上建立起有效的管理方法，才可避免造成重大隱患。

　　用了五年的電池，是否一定不能用？用了半年的電池是否一定能用？蓄電池供應商提供的電池是否一定是好的？電池和電池組為什么要進行定期檢測和在線監(jiān)測

　　十幾節(jié)甚至幾十節(jié)串聯(lián)的電池，只要一節(jié)過早損壞，如不及時發(fā)現(xiàn)，則時間一長，其他電池跟著報廢。
　　閥控式鉛酸蓄電池（VRLA）從一開始便被稱為免維護電池，而生產廠家又承諾該電池的使用壽命為10 ~ 20年（最少為8年），這樣就給國內的技術和維護人員一種誤解，似乎這種電池既耐用又完全不需要維護，許多用戶從裝上電池后就基本沒有進行過維護和管理，因而在90年代初國內使用的VRLA電池出現(xiàn)了很多以前未遇到的新問題，例如，電池殼變形、電解液滲漏、容量不足、電池端電壓不均勻等。這些現(xiàn)象不單在國內，就是在比我國早采用VRLA電池的國外也同樣存在。在VRLA電池中由于電解液比重更大而且浮充電流更大，因而電極腐蝕更為迅速。電極腐蝕也會消耗氧氣從而使電池變干，這是VRLA電池特有的故障。VRLA電池過度的氣體逸出、焊接柱或蓋板裂縫、密封不嚴，最后通過容器壁和塑料容器滲出水、氫和氧，這些都會引起電解液滲漏。VRLA電池的故障有些是氣體調節(jié)閥出現(xiàn)故障引起的，閥打開會導致干涸，也會使空氣進入電池，陰極板自我放電，閥阻塞會使蓋鼓出和爆炸。VRLA電池的冷卻比開口式電池更為重要，如果不充分的話，熱失控可能會引起電池熔毀或爆炸。VRLA電池內部接線柱、同極的連接片以及電極接頭的腐蝕而斷裂的現(xiàn)象也比開口式電池更常發(fā)生。這些故障都導致容量損失。這使使用單位不易掌握VRLA電池的耐久性和失效問題。實踐證明，VRLA電池端電壓與放電能力無相關性，VRLA電池和電池組在運行過程中，隨著使用時間的增加必然會有個別或部分電池因內阻變大，呈退行性老化現(xiàn)象，實踐證明，整組電池的容量是以狀況最差的那一塊電池的容量值為準，而不是以平均值或額定值（初始值）為準，當電池的實際容量下降到其本身額定容量的90% 以下時，電池便進入衰退期，當電池容量下降到原來的80%以下時，電池便進入急劇的衰退狀況，衰退期很短，這時電池組已存在極大的事故隱患。使用單位和管理單位，往往只重視備用電源的設備部分的維護和管理，而忽視電池組的重大作用，殊不知斷電的危險很大程度上就潛伏在電池組。整組電池充電的特性是，如電池組內有一個或幾個內阻變大的老化電池，其容量必然變小，充電器給電池組充電時，老化電池因容量小，將很快充滿。充電器會誤以為整組電池已充滿而轉為浮充狀態(tài)，以恒定電壓和小電流給電池組充電。其余狀態(tài)良好的電池不可能充滿。電池組將以老化電池的容量為標準進行充放電，經(jīng)多次浮充--放電--均充--放電--浮充的惡性循環(huán)，容量不斷下降，電池后備時間縮短。結論：如不定時檢測，找出老化電池給予調整，電池組的容量將變小，電池壽命縮短，影響系統(tǒng)的高效安全運行。

　　實踐證明，電池和電池組的定期檢測和在線監(jiān)測是非常重要和必須的，是備用電源系統(tǒng)中非常重要而又往往被人們忽視的重要環(huán)節(jié)。

二、　蓄電池維護各種方法回顧

1、測量浮充電壓法

　　 浮充電壓的設置對電池的壽命具有相當重要的影響。在理論上要求浮充電壓產生的電流量是以補償電池的自放電。浮充電壓過高會引起電池正極腐蝕和失水，使電池容量下降，而浮充電壓過低，也會使電池充電不足，引起電池落后，嚴重時會出現(xiàn)電極硫酸鹽化。浮充電壓的選擇可以根據(jù)廠家說明書的要求而設定。
　　 雖然測量浮充電壓并及時作出調整是蓄電池日常維護的一項重要工作，但是測量浮充電壓并不能找出落后單體電池。如圖一所示，用萬用表測出該組電池各單體的浮充電壓相當平均，但放電一會兒，其中一個電池的端電壓迅速降至截止電壓以下，顯然該電池為落后單體。

2、內阻或電導測試法
　　 目前國際上流行一種用電導測試的方法檢測電池的內阻來藉此判斷電池的實有容量。電導，即電阻的倒數(shù)，是指傳導電流的能力，它反映了電阻的大小。VRLA電池的電阻組成是復雜的，包含了電池的歐姆電阻，濃差極化電阻，電化學反應電阻及雙層電容充電時的干擾作用。在不同的量測點和不同的時刻測得的電阻值包含的組成也是不同的。

　　 剩余容量和電池內阻有一定的固定關系，特別在剩余容量不足50%時，會迅速下降，因而根據(jù)電池的電導或電阻值來判斷電池容量有很好的一致性。

3、容量測量法

　　 欲準確知道VRLA電池的健康狀況，只有對電池進行容量試驗。核對性容量放電實驗雖然能100%地測定蓄電池的容量，但是，這種測試方法有很多弊端，如成本昂貴、設備笨重和對專人進行培訓等，更主要的是這種測試必需把電池從設備上隔離開相當長的一段時間，而在這段時間里，如果沒有電池做為后備電源，危險性顯而易見。

3.1傳統(tǒng)的離線容量測試法

　　 這種方法須將電池從系統(tǒng)上脫離下來，接上電熱絲作為假負載，通過調整電熱絲，使電池組以額定電流對電熱絲放電，同時用萬用表每隔一定時間量測電池端電壓，直至其中有一單體的端電壓到達規(guī)定的終止電壓時停止放電，其放電時間與放電電流的乘積即為該電池的實際容量。此種檢測方法測量電池的容量數(shù)值準確，能夠清晰的判別電池是否為失效電池。但此種方法存在下列缺陷：

• 電池須脫離系統(tǒng)，若這期間市電突然中斷，另一組電池能否獨撐？增加系統(tǒng)癱瘓風險。
• 笨重的電熱絲需要多人搬運，且至少須一人測量一人記錄數(shù)據(jù)。
• 個別電池端電壓可能在兩次測量間隔期間突然降至截止電壓以下，造成過度放電，如圖三所示。工作量過大，難于全面進行。
• 整組電池須花費二十幾小時充電，有時需離線之整流器，且易造成某幾個電池過充。
• 須消耗大量之電能與熱能。

3.2 傳統(tǒng)的在線容量測試法

　　 這種容量測試法不須將電池組脫離系統(tǒng)，只要將整流器關閉，讓電池組直接對系統(tǒng)放電，同時用萬用表測量各電池的端電壓的變化情況。這種方法相對離線容量測試法輕松、簡單且節(jié)省了許多電能，但是同樣由于人工測量的時間間隔，存在某些單體過度放電的可能性。裝上監(jiān)控系統(tǒng)后多少解決了這個問題，但是為安全起見，只能放電20%左右，而失效電池放電電壓在放電深度20%的情況下與有效電池的放電電壓不能有效區(qū)分開來，除非在較深的放電深度下才能得到體現(xiàn)。所以相對于通信系統(tǒng)低于額定容量80%的電池視為失效電池的規(guī)定來說，這種方法也難于滿足要求。

三、蓄電池維護全面解決方案

　　如何對閥控式鉛酸蓄電池建立起一套有效的維護管理方法，一直是廣大維護人員所關心的問題。近來Alber公司推出的蓄電池維護方案，效果良好，這里特將其推薦給廣大用戶，以幫助建立起一套有效的電池維護方法。

　　這套方法著重強調以下觀點：

　　任何蓄電池的壽命變化都是漸變的，頻繁的測量沒有任何意義，但是，長期的跟蹤管理卻是最為重要的。由于電池的壽命平均在5年左右，一個月左右測一次即可。目前，一些昂貴的在線監(jiān)測電池系統(tǒng)實際上是無多大意義的，更何況其可靠性，還不如其監(jiān)測的對象。

　　蓄電池的壽命取決于電池的充放電次數(shù)，隨著充放電次數(shù)的增加，電池的內阻增加，放電能力減少，當達到一定程度時，這種變化加快。因此，長期跟蹤測試，狀態(tài)管理成為一項可行的解決方案。在實際使用中，有很多種方法可以決定電池的壽命或狀態(tài)，但是基于內阻的測量方法是最快，最可靠的。

　　目前市場上存在的各種所謂容量檢測系統(tǒng)（除了10小時放電系統(tǒng)），其原理歸根結底都是基于內阻的。因此無論即使是幾十萬的設備，還是幾萬的，其原理從根本上是一致的，所謂的容量也是推測。

　　一般判則：Alber從用戶測試設備處收集到許多的測試數(shù)據(jù)，并將他們的發(fā)現(xiàn)做為報告發(fā)表出來 。迄今為止，可以得出這樣的結果，即所有內阻高于基準值25%的電池將無法通過容量的測試。

建立一個方便，簡單，可靠，價格較低的有效測試系統(tǒng)，是本公司提出的解決方案的最終目標，下面分別介紹我公司的測試方法和推薦的電池維護方案：

1、直流放電法：

　　 如圖所示，由被測電池向負載模塊 (RTM) 放出大電流(30-70A)，時間3.25秒，測量放電電壓穩(wěn)定后的瞬間斷電壓差△V(V2－V1) 與電流值 (I) 的比值計算出電池的內阻 R內阻＝△V/1；直流放電法測內阻為 Alber 公司專利(專利號：U.S.Patent No.5.744.962).

R1=△V/I=(2.088-2.061)/I=375uΩ

2、電池測試方法的比較

3、電池檢測和在線檢測的三種主要方法

　　蓄電池在線監(jiān)測管理是針對測量電池的運行條件和檢測電池本身的狀況而設計的、電池監(jiān)測主要有如下三種方法：

　　①整組監(jiān)測，②單電池電壓監(jiān)測，③電池內阻監(jiān)測與在線監(jiān)測。

① 整組監(jiān)測：
　　整組電池監(jiān)測功能一般設計在整流電源內（如一些高端的UPS的電池管理軟件），測量電池組的電壓，電流和溫度，進行充電和放電管理，尤其是根據(jù)環(huán)境溫度變化來調整電池組的浮充電壓（溫度補償）做得比較好，在電池放電時電池組電壓低至某下限時報警。成組電池監(jiān)測很難發(fā)現(xiàn)單電池的緩慢變化，包括單電池本身的老化和因單電池一致性問題而帶來的積累效應，以一組48V電池組來說，如果只有1個電池在變壞，其電壓變化的信號會被其它23只電池“淹沒”。電池端電壓及電池組母線電壓與電池容量（放電能力）無關。整組監(jiān)測無法監(jiān)測電池及電池組實際容量，無法篩選其中已老化的電池。

② 單電池電壓監(jiān)測：
　　1997 年我國郵電部發(fā)布的電池監(jiān)控標準目的在于規(guī)范電池監(jiān)測產品和技術。標準中明確要求監(jiān)測到每一個單電池。目前電信部門使用的產品大多都是依據(jù)該標準設計和生產的。制定標準后，電信運維部門期望監(jiān)測設備能夠起到重要作用，而實際情況是在浮充狀態(tài)，監(jiān)測設備只能發(fā)現(xiàn)極個別性能很差，浮充電壓超常的電池。對于浮充電壓小幅值的差異監(jiān)測，系統(tǒng)并沒有辦法區(qū)別和處理，也就是對于電池性能變壞，電池容量已經(jīng)大幅下降的老化電池監(jiān)測無能為力，這時如果電池浮充電壓變化不明顯，監(jiān)控系統(tǒng)不會發(fā)出警報。而是當放電時發(fā)現(xiàn)某電池的放電電壓（或曲線）異常才有警告。但一般為時已晚。結論：實踐證明，單電池電壓監(jiān)測的預警性和前瞻性較差，無法準確測定電池內阻和容量，及時找出老化電池。

③ 電池內阻監(jiān)測與在線監(jiān)測：
　　以美國 Alber 公司為代表的電池監(jiān)測設備廠商在近幾年推出了直流放電法對電池進行內阻檢測的系列產品，是電池監(jiān)測技術的質變，即由被動監(jiān)測電池電壓到主動精確測試電池內部狀態(tài)（內阻）和在線監(jiān)測電池組動態(tài)變化鉗表/鉗型表 | 電導度計 | 測量儀器 | 示波器 | 電力監(jiān)控儀 | 電橋 | 電力計 | 記錄儀 | 電力測量儀 | 信號發(fā)生器 | 電力傳感儀表 | 電流傳感器 | 電壓傳感器 | 電磁波轉換器 | 選配傳感器 | 測試儀器 | 電磁波測試儀 。

4、推薦的蓄電池測試工具

　　BDS－256 / MPM－100 蓄電池智能監(jiān)控系統(tǒng)是Alber公司利用內阻測試專利技術的高級綜合應用。這種系統(tǒng)的獨特之處是能對蓄電池存在的任何問題提供早期的預報。通過測試蓄電池內阻的方法，系統(tǒng)能夠自動檢查到每個電池單體的狀況，并可靠地預測出它們的性能。

　　CLC-200蓄電池內阻測試儀是Alber公司的一款可以進行數(shù)據(jù)自動儲存的蓄電池智能內阻測試儀，它可以在正常測試時間內精確提供各階段數(shù)據(jù)。此款輕便智能型設備可以顯示并記錄單體浮充電壓、單體內阻以及電池間連接電阻�？蓱�用于單體電池或由多單體構成的模塊。自動儲存 7 組 256 節(jié)電池組或 28 組 64 節(jié)電池組的相關數(shù)據(jù)，不僅可以節(jié)省時間，而且還可以確保永久地保存記錄。使用 RS-232 端口和軟件可以將所有讀數(shù)傳送至計算機進行深入分析并生成報告。

　　SCT-200蓄電池活化儀是Alber公司推出的用于在線對單節(jié)電池按編程進行恒流容量或預置放電、限流恒壓充電的測試；可編程為多步測試過程，自動操作以及安全電路可讓用戶對設備進行編程并啟動測試，而無需對測試系統(tǒng)值守。

　　BCT－2000 蓄電池組放電測試儀是Alber公司推出的集放電、檢測和通訊一體化的蓄電池組容量測試系統(tǒng)工具。這套設計巧妙的系統(tǒng)采用線性連續(xù)可調自動控制電路，完全按照用戶編程的方式在恒流、恒功率和自動關閉的模式下自動完成測試。是蓄電池組階段檢、年檢、工程驗收的理想工具。