蓄電池及充電設(shè)備的運(yùn)行與維護(hù)探討

郝永剛

(運(yùn)城市廣播電視臺(tái)，山西運(yùn)城044000)

0 引言

隨著微波技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字微波設(shè)備對(duì)電源的精密度的要求更高了，同時(shí)對(duì)蓄電池以及充電設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行也提出了更高的要求。之前應(yīng)用較為普遍的蓄電池有鎘鎳蓄電池和鉛酸蓄電池兩種，充電設(shè)備采用可控硅整流裝置，但這兩種蓄電池存在維護(hù)工作量大且復(fù)雜等現(xiàn)象，不利于微波站的安全運(yùn)行，而采用可控硅相控技術(shù)的充電設(shè)備，在紋波、體積、效率等方面也不盡人意，監(jiān)控系統(tǒng)也不完善;采用主從備份運(yùn)行方式，使用起來(lái)又不方便，達(dá)不到微波系統(tǒng)新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。另外，由于充電設(shè)備與蓄電池并聯(lián)運(yùn)行，紋波系數(shù)較大，會(huì)出現(xiàn)蓄電池脈動(dòng)充電放電現(xiàn)象，影響蓄電池使用壽命。針對(duì)以上情況，微波系統(tǒng)直流設(shè)備選擇采用免維護(hù)鉛酸蓄電池代替鎘鎳蓄電池，充電設(shè)備也逐步采用高頻充電裝置。

1 免維護(hù)鉛酸蓄電池性能特點(diǎn)

免維護(hù)鉛酸蓄電池采用的是20世紀(jì)90年代設(shè)計(jì)的全密封［1］結(jié)構(gòu)及現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝，其具有高性能、長(zhǎng)壽命、無(wú)污染、免維護(hù)、安全可靠等卓越性能。免維護(hù)蓄電池由于自身結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，電解液的消耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本不需要補(bǔ)充蒸餾水。它還具有耐震、耐高溫、體積小、自放電小的特點(diǎn)。使用壽命一般為普通蓄電池的兩倍。市場(chǎng)上的免維護(hù)蓄電池也有兩種:一種在購(gòu)買(mǎi)時(shí)一次性加電解液以后使用中不需要維護(hù)(添加補(bǔ)充液);另一種是電池本身出廠(chǎng)時(shí)就已經(jīng)加好電解液并封死，用戶(hù)根本就不能加補(bǔ)充液。

2 高頻開(kāi)關(guān)電源特點(diǎn)

(1)高可靠性

采用高頻開(kāi)關(guān)電源特有的模塊化設(shè)計(jì)，N+1熱備份，大大提高了設(shè)備的可靠性。這種系統(tǒng)采用的都是20世紀(jì)90年代國(guó)際的新技術(shù)，所用IGBT器件的耐壓水平，電流容量完全能滿(mǎn)足現(xiàn)代設(shè)備電源要求。系統(tǒng)采用模塊疊加形式，具有自主均流技術(shù)，模塊間輸出電流最大不平衡度小于±3%。它體積小，重量輕，效率高，輸出的紋波極小，有利于延長(zhǎng)電池壽命，使維護(hù)更方便。

(2)高智能化

現(xiàn)代微波技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電源系統(tǒng)的遙測(cè)、遙控、遙信、遙調(diào)，滿(mǎn)足微波機(jī)房自動(dòng)化，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。配合使用的監(jiān)控模塊采用大屏幕，液晶漢字顯示，聲光告警，具有方便、易于操作的優(yōu)點(diǎn)，可通過(guò)監(jiān)控模塊進(jìn)行充電模塊參數(shù)設(shè)置，開(kāi)關(guān)機(jī)控制。蓄電池具有的自動(dòng)管理及保護(hù)的性能，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)監(jiān)測(cè)蓄電池的端電壓，充放電電流，并控制蓄電池的均充和浮充并可按不同型號(hào)及種類(lèi)的蓄電池設(shè)置不同的典型充電曲線(xiàn)。

3 免維護(hù)蓄電池及充電設(shè)備的事故分析

在實(shí)際運(yùn)行中，因?yàn)槊饩S護(hù)蓄電池不同于以往我們使用的鉛酸和鎘鎳蓄電池，雖然具有日常維護(hù)量少，不用補(bǔ)液等優(yōu)點(diǎn)，但是這不等于日常不用進(jìn)行維護(hù)及運(yùn)行監(jiān)視。實(shí)際運(yùn)行中我們?cè)谶@方面有過(guò)深刻的教訓(xùn)。

另外，高頻整流電源系統(tǒng)，運(yùn)行也不同于以往的硅整流直流充電設(shè)備，其高度智能化，采用現(xiàn)代的高頻整流技術(shù)，結(jié)合微機(jī)技術(shù)，這就對(duì)我們檢修和運(yùn)行人員提出了更高的要求。不掌握其特點(diǎn)和運(yùn)行要求勢(shì)必會(huì)造成不必要的損失。

例如:電池長(zhǎng)期欠壓充電，欠壓報(bào)警指示燈亮，直流電池組降低其蓄電池容量下降。

經(jīng)過(guò)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)分析判斷，充電機(jī)對(duì)蓄電池組輸出電壓為230 V左右，而蓄電池銘牌上要求正常浮充狀態(tài)電壓應(yīng)為(13.5 ～13.8)×19=256.5 ～262.2 V 左右，相差近26.5 V。蓄電池長(zhǎng)期處于欠充狀態(tài)，容量嚴(yán)重下降，才發(fā)生上述現(xiàn)象。

當(dāng)蓄電池組電壓為235 V，與充電機(jī)輸出電壓相同，測(cè)量單瓶電壓大部分為12 V左右，個(gè)別蓄電池為11 V左右。查看蓄電池上名牌要求單瓶浮充電壓應(yīng)為13.5～13.8 V，而按浮充機(jī)工作電壓235 V根本不能滿(mǎn)足蓄電池的浮充要求，蓄電池長(zhǎng)期處于欠充狀態(tài)，容量不能滿(mǎn)足要求，因?yàn)楫?dāng)時(shí)蓄電池電壓不能達(dá)到要求，所以不能進(jìn)行放電核對(duì)其容量，需要采取以下措施:

(1)調(diào)高充電機(jī)的浮充、均充、強(qiáng)充電壓，使之達(dá)到浮充電壓:3.6 ×19=258.6 V;均充電壓:14.6 ×19=277.4 V;強(qiáng)充電壓:280.5 V。

(2)打開(kāi)充電器面板，找到調(diào)節(jié)均充、浮充、強(qiáng)充的電位器，首先調(diào)節(jié)浮充電壓，調(diào)節(jié)電壓的同時(shí)用表測(cè)量蓄電池端電壓，調(diào)節(jié)到258.6 V;然后依次調(diào)節(jié)均充、強(qiáng)充電壓到相應(yīng)值。

(3)對(duì)蓄電池組進(jìn)行6個(gè)小時(shí)的均充，蓄電池組電壓為24 V。六個(gè)小時(shí)均充之后，恢復(fù)浮充狀態(tài)，蓄電池單瓶電壓達(dá)到13.5 V以上后進(jìn)行一次核對(duì)性充放電，檢查蓄電池的容量和硫化程度。

(4)運(yùn)行人員要經(jīng)常測(cè)試蓄電池組及單瓶電壓，使每個(gè)蓄電池單瓶電壓達(dá)到13.5 V以上。

核對(duì)后根據(jù)情況，對(duì)蓄電池采取補(bǔ)救措施;

一個(gè)月后檢修，技術(shù)人員對(duì)蓄電池進(jìn)行了核對(duì)性檢查，具體過(guò)程如下:

電池序號(hào) 放電前 放電后(10 A)1號(hào)13.4 12.7 2號(hào)13.5 10.4 3號(hào)13.5 12.7 4號(hào)13.5 12.7 5號(hào)13.6 12.7 6號(hào)13.6 11 7號(hào)13.4 8.4 8號(hào)13.4 12.7 9號(hào)13.4 10.5 10號(hào)13.5 12.7 11號(hào)13.6 12.7 13.6 10.5 12號(hào)

放電一小時(shí)后停止放電，轉(zhuǎn)入充電狀態(tài)。

通過(guò)測(cè)試檢查，發(fā)現(xiàn)蓄電池容量明顯不足，按要求以0.1C(10 A)電流對(duì)蓄電池放電，三小時(shí)內(nèi)蓄電池單瓶電壓不應(yīng)低于12 V，調(diào)高蓄電池組充電電壓，經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的浮充充電，對(duì)蓄電池的活化作用不明顯，個(gè)別蓄電池已經(jīng)硫化嚴(yán)重。

生產(chǎn)廠(chǎng)家在設(shè)備出廠(chǎng)時(shí)，對(duì)充電機(jī)輸出的浮充電壓、均充電壓設(shè)定值較低時(shí)，遠(yuǎn)不能達(dá)到蓄電池組的運(yùn)行要求，從而造成蓄電池組長(zhǎng)期欠充電。安裝后檢修人員應(yīng)對(duì)蓄電池進(jìn)行過(guò)核對(duì)性充放電，檢查電池的運(yùn)行情況是否良好。

技術(shù)人員應(yīng)充分了解蓄電池及充電設(shè)備的性能，對(duì)蓄電池的運(yùn)行狀況應(yīng)定期進(jìn)行正確的監(jiān)測(cè)。

4 直流系統(tǒng)蓄電池浮充電流抖動(dòng)問(wèn)題

經(jīng)實(shí)際測(cè)量，發(fā)現(xiàn)蓄電池電流表經(jīng)常發(fā)生抖動(dòng)現(xiàn)象，整流輸出模塊輸出電流不穩(wěn)定。經(jīng)分析設(shè)備一般都有三個(gè)高頻模塊同時(shí)運(yùn)行，每個(gè)模塊額定輸出最大電流10 A，都投入時(shí)能輸出30 A電流，可以滿(mǎn)足對(duì)蓄電池進(jìn)行主充和均充的要求。但是當(dāng)正常負(fù)荷很小時(shí)，如正常運(yùn)行蓄電池浮充電流大約為0.03～0.04 A，而直流負(fù)荷又不大時(shí)，正常負(fù)荷電流為2.8 A左右，其他在3～5 A左右，三個(gè)模塊同時(shí)運(yùn)行，每個(gè)輸出電流還不到1 A，這就造成三個(gè)模塊進(jìn)行均流控制的困難，使模塊輸出電流的不穩(wěn)定，蓄電池充電電流發(fā)生抖動(dòng)，這種現(xiàn)象要是長(zhǎng)期下去會(huì)對(duì)蓄電池的使用壽命將有很大的影響。

根據(jù)以上分析，一般情況下采取以下措施，將三個(gè)模塊停用一個(gè)，平時(shí)只是有兩個(gè)模塊運(yùn)行，另一個(gè)備用，那么運(yùn)行的模塊每個(gè)輸出電流就可達(dá)到大約2 A，模塊輸出電流趨于穩(wěn)定，保證了蓄電池的安全運(yùn)行。

在實(shí)際操作中由于微波設(shè)備的負(fù)荷電流太小，停用一個(gè)模塊后，還是出現(xiàn)電流抖動(dòng)現(xiàn)象，我們采取在直流負(fù)荷回路增加阻性負(fù)載的辦法來(lái)解決，增大直流負(fù)荷，提高模塊的輸出電流，這樣就解決了浮充電流抖動(dòng)的問(wèn)題。

5 直流系統(tǒng)電壓異常告警

當(dāng)發(fā)生直流系統(tǒng)電壓異常告警時(shí)應(yīng)立即停用充電模塊，用蓄電池所帶的內(nèi)直流負(fù)荷。停用監(jiān)控模塊，此時(shí)，直流母線(xiàn)電壓恢復(fù)正常。

采取措施如下，斷開(kāi)充電屏的交流電源，使充電設(shè)備斷電。過(guò)幾分鐘后，給上交流電，投入監(jiān)控模塊和充電模塊，故障依舊。初步判斷是由于監(jiān)控模塊內(nèi)部故障引起的電壓異常。此時(shí)，停用故障的監(jiān)控、充電模塊，將系統(tǒng)內(nèi)備用模塊投入運(yùn)行。備用模塊直接接在直流控制母線(xiàn)上，給控制母線(xiàn)供電，帶常規(guī)所內(nèi)直流負(fù)荷，開(kāi)關(guān)合閘電流由蓄電池供給。

以上是運(yùn)行中能遇到的典型問(wèn)題，由此我們可以看出，免維護(hù)蓄電池不能認(rèn)為是投入運(yùn)行后就不需要人員來(lái)維護(hù)，只是相對(duì)其它蓄電池不需要加水，減少了維護(hù)量，在實(shí)際運(yùn)行中還是需要監(jiān)視其運(yùn)行狀態(tài)的。

雖然充電設(shè)備由相控設(shè)備逐漸發(fā)展到高頻電源設(shè)備，在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能化管理功能上有了很大的進(jìn)步，但也存在不利于現(xiàn)場(chǎng)人員維修的問(wèn)題。

6 免維護(hù)蓄電池和高頻充電設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)

免維護(hù)鉛酸蓄電池是為連續(xù)浮充電應(yīng)用設(shè)計(jì)的，也可用于循環(huán)充放電使用。充電方法必須采用限流—恒壓方法進(jìn)行，蓄電池在恒壓充電時(shí)電流逐漸減少，并最終趨于穩(wěn)定，如果降至0.01 A以下，并保持3 h～5 h基本不變時(shí)這表明電池已基本充飽，可以轉(zhuǎn)浮充運(yùn)行。充電機(jī)均可以根據(jù)事先設(shè)定好的運(yùn)行參數(shù)，自動(dòng)完成蓄電池的恒流充電、恒壓充電和浮充電過(guò)程。

充電設(shè)備的參數(shù)，根據(jù)所配蓄電池的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整正確，一定要保證浮充電壓、均充電壓在合格范圍內(nèi)，保證蓄電池正常浮充電運(yùn)行，不至于造成過(guò)充、過(guò)放電。參數(shù)設(shè)定好后，如無(wú)特殊需要，不要隨意更改。

蓄電池可以在－20℃ ～+50℃內(nèi)使用，有效的工作溫度5℃ ～35℃。如果要獲得最佳的使用壽命應(yīng)在15℃ ～25℃環(huán)境下使用。

蓄電池在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和安裝過(guò)程中若時(shí)間很長(zhǎng)會(huì)失去一定容量。如果不需校核容量，當(dāng)電池開(kāi)路端電壓≥2.13 V時(shí)可以直接投入浮充運(yùn)行，但開(kāi)路端電壓＜2.13 V時(shí)應(yīng)先進(jìn)行均衡充電，然后投入浮充運(yùn)行。(額定電壓12 V蓄電池，端電壓為12.8 V)

為保證電池有足夠的容量，每年要進(jìn)行一次容量恢復(fù)試驗(yàn)，讓電池內(nèi)的活化物質(zhì)活化，恢復(fù)電池的容量。其主要方法是將電池組脫離充電機(jī)，在電池組兩端加上可調(diào)負(fù)載，使電池組的放電電流為額定容量的0.1倍，每半小時(shí)記錄一次電池電壓，直到電池電壓下降到1.8 V/只(對(duì)于2 V/只的單體電池)或10.8 V/只(對(duì)于12 V/只的單體電池)后停止放電，并記錄時(shí)間。靜置2 h后，再用同樣大小的電流對(duì)蓄電池進(jìn)行恒流充電，使電池電壓上升到2.35 V/只或14.1V/只，保護(hù)該電壓對(duì)電池進(jìn)行8 h的均衡充電后將恒壓充電電壓改為2.25 V/只或13.5 V/只，進(jìn)行浮充充電。上述方法，可以放出蓄電池容量的80%，由于考慮到安全運(yùn)行，也可以放出蓄電池容量的30% ～50%左右，這需要查蓄電池的放電曲線(xiàn)來(lái)進(jìn)行。

每月應(yīng)測(cè)一次電池單體電壓及終端電壓，檢查充電設(shè)備運(yùn)行參數(shù)是否在合格范圍之內(nèi)，有無(wú)故障告警信號(hào);檢查一下外觀有無(wú)異常變形和發(fā)熱。浮充總電壓應(yīng)達(dá)到蓄電池要求，并保持在1%之內(nèi)。

不要單獨(dú)增加或減少電池組中幾個(gè)單體電池負(fù)荷，這將造成單體電池容量的不平衡和充電的不均一性，降低電池壽命。比如在整組電池抽出一部分做其它電源，或充電不在一起，放電時(shí)疊加一起。

正常浮充運(yùn)行是不需要均衡充電，如發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)以下情況應(yīng)進(jìn)行均衡充電:

(1)正常浮充時(shí)，蓄電池單體電壓偏差超過(guò)0.1 V。

(2)別單體電池電壓低于2.18 V或13.4 V。

(3)長(zhǎng)期達(dá)不到浮充要求，每半年進(jìn)行一次。

(4)放電后24 h之內(nèi)未及時(shí)充電。

(5)長(zhǎng)期小電流深度放電。

(6)過(guò)流放電(電流大于規(guī)定20%)和過(guò)量放電(超過(guò)額定容量10%應(yīng)立即進(jìn)行均衡充)。

(7)蓄電池因單只容量不夠需更換時(shí)，只能一次性全部更換，不能僅把性能指標(biāo)不夠的蓄電池單獨(dú)更換下來(lái)，否則會(huì)因蓄電池的內(nèi)阻不平衡而影響整組電池的發(fā)揮，縮短整組電池的使用壽命。

(8)高頻電源系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計(jì)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以立即投入備用模塊，恢復(fù)直流供電，保證蓄電池不能過(guò)放電。

7 結(jié)束論

經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)際運(yùn)行，我們逐漸摸索出免維護(hù)蓄電池及充電設(shè)備運(yùn)行使用維護(hù)的一些經(jīng)驗(yàn)，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題能夠進(jìn)行處理和解決，保證了直流設(shè)備的安全運(yùn)行。同時(shí)根據(jù)實(shí)際取得的經(jīng)驗(yàn)修編了蓄電池運(yùn)行使用規(guī)定，完善到運(yùn)行規(guī)程中去，使運(yùn)行、檢修人員便于監(jiān)護(hù)、維護(hù)蓄電池?，F(xiàn)在我臺(tái)的直流設(shè)備運(yùn)行十分穩(wěn)定，工作狀況正常。

［1］朱松然.鉛蓄電池手冊(cè)［M］.天津大學(xué)出版社，2000.