鉛酸蓄電池容量下降原因分析及預(yù)控措施

羅文杰

(深圳供電局有限公司，廣東深圳 518020）

鉛酸蓄電池容量下降原因分析及預(yù)控措施

羅文杰

(深圳供電局有限公司，廣東深圳 518020）

針對(duì)蓄電池核對(duì)性放電發(fā)現(xiàn)的某品牌蓄電池在生命周期內(nèi)普遍出現(xiàn)容量下降的問題分析了原因，并提出相應(yīng)的預(yù)控措施，以延長蓄電池使用壽命，提高蓄電池供電可靠性。

蓄電池；容量；原因；預(yù)控措施

0 引言

蓄電池組是直流系統(tǒng)的重要組成部分，在交流站用電源供電中斷時(shí)，蓄電池組發(fā)揮其“獨(dú)立電源”作用，繼續(xù)為繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置等負(fù)荷提供工作電源，是變電站最后一道防線，應(yīng)始終具備良好的性能和充足的容量。但在實(shí)際運(yùn)行中，由于蓄電池運(yùn)行環(huán)境和自身設(shè)計(jì)及質(zhì)量原因，電力系統(tǒng)常用的免維護(hù)鉛酸蓄電池仍然在使用壽命周期內(nèi)出現(xiàn)提前失效的問題。針對(duì)這一現(xiàn)象我們進(jìn)行了分析并采取了一些預(yù)控措施，希望能為改善類似問題提供參考。

1 2013年核對(duì)性放電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2013年，我們對(duì)管轄變電站64組鉛酸蓄電池進(jìn)行核對(duì)性放電，根據(jù)實(shí)際放電記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，有8組蓄電池整組容量不合格，合格率87.5%，不合格蓄電池組均為110 k V變電站的300 A·h容量蓄電池，運(yùn)行年限均在6～8年之間，值得關(guān)注的是它們均屬于同一品牌的同一型號(hào)。本次參與核容的2T310型蓄電池共31組，約占全部參核蓄電池的48.4%，其同型合格率僅為74.2%，而其他型號(hào)電池同型合格率達(dá)100%，且與2T310同品牌不同型號(hào)的蓄電池容量也均合格。

2 原因分析

根據(jù)規(guī)程規(guī)定，蓄電池在環(huán)境溫度20～25℃時(shí)的浮充運(yùn)行壽命應(yīng)為10～12年，是什么原因造成2T310型蓄電池使用壽命縮短，核容合格率遠(yuǎn)低于其他相近運(yùn)行年限的蓄電池?為了找到癥結(jié)，通過橫向比較2013年度各型號(hào)蓄電池核容數(shù)據(jù)，縱向比較欠容量蓄電池歷年核容數(shù)據(jù)，結(jié)合蓄電池各種失效模式，我們分析得出了導(dǎo)致鉛酸蓄電池容量下降或開裂的主要原因。

2.1 蓄電池安全閥失效

根據(jù)檢查結(jié)果，8組不合格蓄電池中有4組出現(xiàn)外殼開裂和極柱漏液現(xiàn)象，110 k V和平站尤為嚴(yán)重，有近1/3蓄電池有開裂或極柱漏液情況，而起泄壓保護(hù)作用的安全閥卻無排酸霧痕跡，說明2T310型蓄電池的安全閥質(zhì)量較差，長時(shí)間運(yùn)行出現(xiàn)堵塞，不能正常工作，當(dāng)蓄電池內(nèi)壓增大不能從安全閥有效泄壓時(shí)，酸液從極柱處滲出，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)外殼漲裂。

2.2 蓄電池運(yùn)行環(huán)境溫度高

蓄電池性能與運(yùn)行環(huán)境密切相關(guān)。環(huán)境溫度長期過高，在此環(huán)境下長時(shí)間運(yùn)行，蓄電池內(nèi)壓增大，酸液滲出，直接導(dǎo)致蓄電池組性能降低甚至開裂，當(dāng)酸液少于正常量時(shí)，蓄電池開始失效。在容量下降較嚴(yán)重的110 k V塘尾站等站中，均有未安裝空調(diào)或空調(diào)不能啟動(dòng)的問題，導(dǎo)致蓄電池組長時(shí)間不能在合適的溫度下運(yùn)行。

2.3 充電機(jī)輸出特性不合格

蓄電池長期與充電機(jī)并聯(lián)輸出，由充電機(jī)對(duì)其均充或不間斷浮充電。充電機(jī)的輸出特性也會(huì)影響蓄電池性能，充電機(jī)輸出特性較差的直流系統(tǒng)，其蓄電池更容易出現(xiàn)容量下降或損壞?！赌戏诫娋W(wǎng)公司變電站直流系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，在20%～100%輸出額定電流時(shí)，穩(wěn)流精度應(yīng)≤1%。根據(jù)我們掌握的數(shù)據(jù)，部分充電機(jī)輸出穩(wěn)流功能均較差，110 k V和平站穩(wěn)流精度甚至達(dá)到8.29%，均充時(shí)不能快速進(jìn)入恒流充電，造成相應(yīng)蓄電池出現(xiàn)不同程度的漏液、開裂和容量下降等問題。

2.4 蓄電池設(shè)計(jì)缺陷

據(jù)檢測，大部分2T310型雙極柱蓄電池并非獨(dú)立蓄電池，而是由兩個(gè)獨(dú)立的蓄電池A、B并聯(lián)組成(圖1），1、2兩個(gè)極柱連成一個(gè)獨(dú)立蓄電池A，3、4兩個(gè)極柱連成另一個(gè)獨(dú)立蓄電池B。

圖1 2T310型蓄電池

蓄電池開路時(shí)A、B兩個(gè)獨(dú)立蓄電池互無關(guān)聯(lián)，1和4、2和3之間不能測到電壓，這種蓄電池設(shè)計(jì)相當(dāng)于蓄電池并聯(lián)運(yùn)行，必然會(huì)造成以下問題:

問題1:因?yàn)樵牧虾脱b配工藝等因素不可能完全相同，兩個(gè)獨(dú)立蓄電池內(nèi)阻大小也不可能完全一致。當(dāng)兩個(gè)蓄電池并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，端電壓相等，流過兩個(gè)蓄電池的充電電流大小與其內(nèi)阻有關(guān)，表達(dá)式如下:

可知內(nèi)阻較大的充電電流小，內(nèi)阻較小的充電電流大，長時(shí)間運(yùn)行造成內(nèi)阻小的蓄電池過充，蓄電池內(nèi)部溫度升高產(chǎn)生熱失控；而內(nèi)阻大的蓄電池欠充，長時(shí)間欠充也會(huì)造成負(fù)極不可逆硫酸鹽化，導(dǎo)致蓄電池提前失效。

問題2:蓄電池并聯(lián)后，蓄電池內(nèi)阻等效于兩個(gè)獨(dú)立蓄電池內(nèi)阻并聯(lián)(圖2），當(dāng)在線測量蓄電池內(nèi)阻時(shí)，實(shí)際測量值如式(2）所示:

圖2 蓄電池并聯(lián)等效電路

可知就算其中一個(gè)獨(dú)立蓄電池失效，內(nèi)阻R1增大到無窮大，但只要另一個(gè)并聯(lián)的獨(dú)立蓄電池內(nèi)阻R2不變，并聯(lián)后的總內(nèi)阻R一定不會(huì)大于最小內(nèi)阻R2。所以測得的蓄電池內(nèi)阻已不能真實(shí)反映蓄電池實(shí)際情況，如果此時(shí)靠檢測蓄電池內(nèi)阻來判斷蓄電池性能，會(huì)誤導(dǎo)人們以為蓄電池內(nèi)阻正常，性能良好。經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行，兩個(gè)電池也會(huì)互相拖累，其中一側(cè)性能下降，勢(shì)必加快整個(gè)蓄電池容量下降。

3 預(yù)控措施

3.1 更換個(gè)別失效蓄電池

鉛酸蓄電池容量下降并失效后，其內(nèi)阻增大，端電壓減小，串聯(lián)在蓄電池組中會(huì)影響其他正常蓄電池的充電電壓，相鄰的蓄電池也會(huì)受其影響加速失效。為此，發(fā)現(xiàn)失效蓄電池后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行活化，活化不成功應(yīng)整組或個(gè)別更換。但不同容量、不同性能、不同新舊、不同廠家的蓄電池不應(yīng)連接在一起使用。

3.2 改善運(yùn)行環(huán)境

鉛酸蓄電池對(duì)環(huán)境溫度較敏感，溫度過高時(shí)相同浮充電壓下蓄電池浮充電流升高，溫度降低時(shí)相同浮充電壓下浮充電流減小，長時(shí)間運(yùn)行在惡劣環(huán)境下容易出現(xiàn)蓄電池過充或欠充。過充和欠充都會(huì)影響蓄電池性能，為此我們應(yīng)給每個(gè)蓄電池室加裝空調(diào)，并加強(qiáng)蓄電池室巡視，對(duì)空調(diào)未啟動(dòng)的及時(shí)恢復(fù)，對(duì)已壞的空調(diào)及時(shí)報(bào)修，確保蓄電池運(yùn)行在良好的環(huán)境下，減少因環(huán)境溫度造成的蓄電池容量下降；同時(shí)應(yīng)檢查充電設(shè)備的溫度補(bǔ)償功能，確保功能正常，減小溫度變化對(duì)蓄電池浮充的影響。

3.3 提高充電設(shè)備輸出精度

閥控式鉛酸蓄電池對(duì)充電機(jī)的技術(shù)指標(biāo)有嚴(yán)格的要求，如果直流充電機(jī)的穩(wěn)流穩(wěn)壓精度、紋波系統(tǒng)超標(biāo)，易使蓄電池發(fā)生失水、熱失控等現(xiàn)象，致使蓄電池組容量逐漸下降，嚴(yán)重的將導(dǎo)致蓄電池組失效損壞。充電特性的優(yōu)劣取決于充電設(shè)備及其監(jiān)控裝置，提高充電設(shè)備輸出精度只能通過升級(jí)充電模塊或監(jiān)控裝置，短期內(nèi)不能對(duì)硬件進(jìn)行升級(jí)改造的可考慮與廠家協(xié)調(diào)進(jìn)行監(jiān)控軟件版本升級(jí)，減小充電程序缺陷帶來的影響。

3.4 加強(qiáng)2T310型蓄電池組核容

2T310型雙極蓄電池存在普遍性缺陷，檢測的蓄電池內(nèi)阻并不是蓄電池真實(shí)內(nèi)阻，在運(yùn)行中靠檢測內(nèi)阻的手段已無法準(zhǔn)確判斷蓄電池的性能優(yōu)劣。為及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池內(nèi)部問題并進(jìn)行修復(fù)，我們不應(yīng)再依靠檢測此類型蓄電池內(nèi)阻來進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)分析，而應(yīng)采用加強(qiáng)核對(duì)性放電工作來檢驗(yàn)蓄電池的實(shí)際容量，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)進(jìn)行處理，避免個(gè)別的落后蓄電池拖垮整組蓄電池。

4 結(jié)語

綜上，針對(duì)鉛酸蓄電池提前出現(xiàn)容量下降現(xiàn)象的問題，因不能短期內(nèi)全部進(jìn)行更換，為確保此類型蓄電池運(yùn)行可靠穩(wěn)定，我們應(yīng)用以上提出的措施對(duì)蓄電池加強(qiáng)日常維護(hù)監(jiān)視，通過分析核容測試數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

[1]程新群.化學(xué)電源[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008

[2]陳紅雨，熊正林，李中奇.先進(jìn)鉛酸蓄電池制造工藝[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009

2014-10-14

羅文杰(1984—），男，廣東梅州人，工程師，從事站用電源維護(hù)管理相關(guān)工作。