延長閥控鉛酸蓄電池使用壽命的對策

中國電信股份有限公司廣東無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中心 邱嘉寅 劉志文

一、引言

目前，無線基站為保證設(shè)備連續(xù)不間斷工作，大量使用了閥控鉛酸蓄電池（以下簡稱蓄電池）作為市電停電后的后備電源。而在使用過程中，不少蓄電池的使用壽命卻大大短于廠家建議至少6年的使用壽命。雖然造成這種情況的原因較多，但建設(shè)階段的選型不當(dāng)和維護(hù)階段的下電電壓設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致蓄電池在不合理的放電參數(shù)下放電，是造成此問題的重要原因。

二、小電流放電的危害

專業(yè)上常把蓄電池放電電流小于0.05C10（A）的放電定義為小電流放電，小電流放電會對蓄電池造成嚴(yán)重的危害。我們知道，蓄電池的正極板是二氧化鉛、負(fù)極板是鉛、電解液是硫酸。在放電過程中，正負(fù)極板和電解液不斷消耗，生成硫酸鉛和水，同時放出電能；反之為充電過程。蓄電池充放電的反應(yīng)方程式如下：

根據(jù)研究，在小電流放電條件下形成的PbSO4顆粒比在大電流放電條件下形成的PbSO4顆粒的氧化難度大得多，因?yàn)樵谛‰娏鞣烹姉l件下形成的 顆粒比在大電流條件下形成的顆粒要大。從電結(jié)晶的角度講，晶體的形成速度在大電流條件下比小電流條件下要快，因此，在大電流條件下PbSO4晶體顆粒來不及生長而較快結(jié)晶，而在小電流條件下晶體以生長為主從而形成較大尺寸的晶體顆粒。較大尺寸的PbSO4顆粒在充電過程被氧化的難度較大，從而造成蓄電池內(nèi)阻上升，對蓄電池的壽命和容量產(chǎn)生難以逆轉(zhuǎn)的傷害。

三、兩點(diǎn)原因

小電流放電對蓄電池的傷害很大，但是我們可以通過合適的手段進(jìn)行避免。然而，目前由于在建設(shè)階段和維護(hù)階段的工作疏忽，導(dǎo)致這個問題經(jīng)常發(fā)生。

1. 選型不當(dāng)

自廣東電信接手C網(wǎng)以來，通過新建或更新改造，無線基站一般會配備兩組容量在200Ah～400Ah之間的蓄電池。而純電信基站由于設(shè)備少、負(fù)載輕，在市電停電時，蓄電池向各類設(shè)備的放電總電流較小，放電電流在0.05C10以下，屬于典型的小電流放電。表1是三類典型配置機(jī)房的放電參數(shù)。

表1 典型基站配置及放電情況

通過對一些2008年后的新建基站進(jìn)行跟蹤，有部分站由于市電停電現(xiàn)象較多發(fā)生，蓄電池常在小電流條件下放電。排除一小部分基站在某段時期經(jīng)歷過機(jī)房空調(diào)故障、室溫偏高而可能引入其他影響因素之外，我們發(fā)現(xiàn)大部分經(jīng)常發(fā)生小電流放電的基站，在使用2～3年后蓄電池實(shí)際容量嚴(yán)重下降，需要申報(bào)更換。

因此，我們可以總結(jié)，建設(shè)階段蓄電池選型不當(dāng)會直接造成兩方面不良影響：一是購買大容量蓄電池，必然增加建設(shè)成本，拉高每個站的平均建設(shè)費(fèi)用。二是由于基站設(shè)備負(fù)載較輕，而蓄電池容量較大，造成蓄電池在小電流條件下放電。導(dǎo)致蓄電池極板深度參與化學(xué)反應(yīng)，比在正常條件下放電的蓄電池提早損壞，增大了發(fā)電和更新改造費(fèi)用。

因此，蓄電池容量并非越大越好，只有合理選用，才能使建設(shè)和維護(hù)的總成本發(fā)揮出最大的效能。當(dāng)然，目前在某些地區(qū)停電次數(shù)頻繁、停電持續(xù)時間長、搶修人力緊張的情況下，為了得到充裕的搶修時間、保證設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，適當(dāng)提高某些基站的蓄電池容量，犧牲小部分建設(shè)成本來贏得更多的運(yùn)維成本，是有必要的。但關(guān)鍵是要在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段對每個基站做好調(diào)查和評估工作，不搞一刀切，對具體站點(diǎn)的情況進(jìn)行具體部署，從而提高蓄電池使用壽命、降低更新改造頻率。

2. 下電電壓設(shè)置不當(dāng)

（1）終止電壓設(shè)置不當(dāng)

蓄電池在不同的放電率下放電參數(shù)設(shè)置有不同的要求，表2是由研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)后，總結(jié)出來比較合理的下電終止電壓設(shè)置值。

表2 不同放電倍率下的放電參數(shù)

目前，普遍把蓄電池單體放電終止電壓設(shè)置為1.8V，即整組蓄電池的終止電壓為43.2V。事實(shí)上，這種做法存在很大問題。很多文獻(xiàn)提到的以1.8V作為蓄電池單體終止電壓，是指蓄電池在特定放電率下的做法。從表2可知：在3～7小時的放電率下，蓄電池單體終止電壓設(shè)置不低于1.8V，則可使蓄電池不過度放電；如果在更小的放電電流下放電，則終止電壓需要有所改變。蓄電池的終止電壓應(yīng)根據(jù)不同放電率取不同的值——因?yàn)榉烹婋娏髟叫?、放電時間越長，在相同終止電壓的條件下放出的容量會越大。也就是說，如果以低于0.05C10（20小時放電率）的小電流放電放至43.2V，勢必造成蓄電池放電深度超過100%從而過度放電，超出蓄電池的合理使用范圍。要讓蓄電池在小電流放電條件下不過度放電，必須提高終止電壓。從圖1可知，放電深度越深，蓄電池循環(huán)放電次數(shù)越少。如果在小電流條件下不提高終止電壓，會造成深度或過度放電，導(dǎo)致蓄電池使用壽命迅速減少。

圖1 蓄電池放電深度和使用壽命的關(guān)系

（2）一二次下電電壓配合不當(dāng)

除了終止電壓設(shè)置不當(dāng)，實(shí)際工作中還有一個非常嚴(yán)重的問題，即一、二次下電電壓配合不當(dāng)。目前，一次下電電壓一般設(shè)置在46V左右，二次下電電壓（終止電壓）一般設(shè)置在43.2V。從圖2可知，蓄電池從53.5V放電至46V，大約經(jīng)歷了接近9小時。當(dāng)電壓下降至46V時，無線設(shè)備下電，只剩下傳輸設(shè)備還繼續(xù)用電。但傳輸設(shè)備的負(fù)載電流非常小，例如1臺中興S200光端機(jī)的負(fù)載電流約為1.5A。如果機(jī)房內(nèi)蓄電池容量為2×200Ah，那么光端機(jī)的放電電流就為0.00375C10。這是一個更嚴(yán)重的小電流放電，以這種電流從46V放電至43.2V，放電時間將必然超過理論計(jì)算的26.6小時，蓄電池放電深度將大大超過100%。

圖2 蓄電池電壓與放電時長的關(guān)系

從實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)來看，傳輸設(shè)備的后備電源供電時長并不需要達(dá)到30多小時以上。第一，從正常的停電情況看，一般錯峰停電只持續(xù)10小時以內(nèi)，很少出現(xiàn)持續(xù)一整天以上。出現(xiàn)一整天以上的停電，一般是屬于供電設(shè)施損壞導(dǎo)致，占比很小。第二，絕大部分基站可以進(jìn)行應(yīng)急發(fā)電，從出現(xiàn)低壓告警到維護(hù)人員到站發(fā)電，廣東地區(qū)一般不會超過2小時，能保證在發(fā)電前傳輸設(shè)備不掉電。因此，我們應(yīng)該壓縮一二次下電之間的時間間隔，讓蓄電池盡量減少在超小放電電流條件下的放電，降低蓄電池極板的硫酸鹽化程度。

（3）缺乏清晰指引

蓄電池長期處于深度放電狀態(tài)，會對蓄電池產(chǎn)生難以逆轉(zhuǎn)的傷害，令使用壽命迅速減少，一線維護(hù)人員目前基本沒有這個概念。他們會按照巡檢規(guī)范給出的一二下電電壓值進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)置，這導(dǎo)致了大部分新建基站的蓄電池可能都處于過度放電的設(shè)置。如果運(yùn)維管理者能制定一份指引，明確在多大負(fù)載電流的情況下，一次下電、二次下電的電壓值應(yīng)該設(shè)置在何范圍，必然會對一線維護(hù)人員有更強(qiáng)的指導(dǎo)作用，對蓄電池維護(hù)質(zhì)量有大的提升。

四、結(jié)束語

蓄電池放電率的大小，對蓄電池的使用壽命有至關(guān)重要的作用。加強(qiáng)蓄電池選型和日常維護(hù)的精細(xì)化管理，配置合適容量的蓄電池、合理設(shè)置下電電壓及規(guī)范維護(hù)指引，是提高蓄電池使用壽命、降低建設(shè)和運(yùn)維綜合成本的有效手段，值得管理者進(jìn)行深入思考。

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