淺談智能型蓄電池在線維護系統(tǒng)的必要性

王英

摘 ?要：直流蓄電池在輸油氣行業(yè)用途較廣，輸氣站場EPS、UPS即不間斷電源等。UPS在正常情況下，為重要的電氣設(shè)備改善交流電的電源質(zhì)量;在交流電失或事故狀態(tài)下，是保證重要用電設(shè)備不停電的裝置。交電正常運行時，UPS蓄電池處于浮充電備用狀態(tài)，導(dǎo)致極板硫酸鹽化，使極板中參與電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)減少，容易使蓄電池內(nèi)部短路、電解液密度過高等，因此容量大大降低。通過配備智能型蓄電池在線維護系統(tǒng)，可實時監(jiān)測蓄電池組的運行狀態(tài)，對蓄電池進行時時監(jiān)管，及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，為保證輸氣是正常安全運行奠定堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：UPS不間斷電源;浮充;智能型;在線維護系統(tǒng)

一、引言

天然氣輸氣站場、閥室、管道持續(xù)穩(wěn)定安全的發(fā)展，電力能源起到關(guān)鍵的保駕護航的作用。目前輸氣站場的電力能源分三種，第一種主電源：交流電源輸電源，由當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)提供;第二種備用電源：發(fā)電機，站內(nèi)自備;第三種應(yīng)急電源：UPS不間斷電源，由蓄電池組供電。為保證輸氣管線安全運行，站場部分電氣設(shè)備是不允許停電的，直流電源（由多節(jié)蓄電池串聯(lián)或并聯(lián)組成）在關(guān)鍵時刻起到至關(guān)重要的作用。

二、110kv變電站、輸氣站場直流蓄電池使用現(xiàn)狀

直流蓄電池在天然氣管道運輸行業(yè)用途較廣，如110KV變電站斷路器的直流操作電源、EPS、UPS不間斷電源的配套設(shè)施蓄電池柜、通訊機柜使用的蓄電池及閥室蓄電池等。輸氣站場UPS不間斷電源在正常情況下，由交流市電經(jīng)整流后分兩路，一路為蓄電池主充電;一路經(jīng)逆變器為站場重要的設(shè)備供電。在交流電失電等事故狀態(tài)下，蓄電池直流電源經(jīng)逆變器后持續(xù)為負(fù)載供電，也是唯一保證重要設(shè)備部停電的供給用電設(shè)備。

蓄電池的使用壽命與自身的充放電循環(huán)次數(shù)有直接的關(guān)系。由于市電供電系統(tǒng)可靠性的提高，直流蓄電池組的蓄電池處于浮充電備用狀態(tài)，蓄電池依靠負(fù)載放電的機會很少，起不到維護保養(yǎng)的作用。

三、影響蓄電池壽命及性能原因分析

蓄電池可靠性、安全性及使用壽命是在使用過程中重要的參考參數(shù)。影響其壽命及性能的因素主要有以下幾方面（電池本身質(zhì)量和工藝設(shè)計缺陷除外）：

（1）環(huán)境溫度

閥控式密封蓄電池運行溫度要求為10℃-30℃，最佳是20℃±5℃，電池容量等技術(shù)性能達(dá)到較好狀態(tài)。

高溫：蓄電池壽命以25℃為基準(zhǔn)，長期運行環(huán)境溫度每升高10℃，壽命大約減少當(dāng)前壽命50%，如：設(shè)計25℃正常浮充使用10年的電池在35℃環(huán)境下大約可用5年，如果到45度環(huán)境下運行大約可用2.5年，可見運行環(huán)境溫度太高對蓄電池壽命影響相當(dāng)大。

低溫：溫度低對壽命不會產(chǎn)生大的影響，但是低溫下由于活性物質(zhì)活動性能減弱，蓄電池實際存儲電量會有所下降。

蓄電池組在電池柜內(nèi)排列密集，上下層之間的間距小，造成中心的蓄電池溫度散熱性能差，溫度高容量降低。

（2）充電電壓

蓄電池充電電壓取決于其電化學(xué)結(jié)構(gòu)，對充電電壓非常敏感，除保證電池組中各單體電池電壓的一致性外，浮充電壓應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度實時進行動態(tài)調(diào)整。

浮充電壓長期偏高：將導(dǎo)致電池過充，造成不可逆的損壞。

浮充電壓長期偏低：將導(dǎo)致電池硫酸鹽化，造成容量下降。

（3）循環(huán)充放電次數(shù)

蓄電池壽命包括“浮充壽命”和“循環(huán)壽命”，“循環(huán)壽命”與深度充放電次數(shù)有關(guān)。

（4）電池組各單體電池充電電壓的不均衡性

充電電壓的不均衡性是導(dǎo)致電池組早期失效的主要原因！“浮充電壓均衡性”的實質(zhì)：“充電電壓”對電池性能和壽命的影響。由于電池組中各單體電池串聯(lián)使用，充電機的輸出電壓根據(jù)各單體電池電壓和單體電池數(shù)量確定，如：某品牌UPS蓄電池組13.5V/節(jié)×42節(jié)=567V。而充電機無法兼顧各單體電池電壓，長時間運行后，必然出現(xiàn)電池間充電電壓的差異，而且具有自加速趨勢：電壓高的將越來越高、低的越來越低，容量不斷加速下降，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致蓄電池組過早報廢。

原因分析：由于電池組中各單體電池串聯(lián)使用，充電機給每節(jié)電池提供的充放電電流是完全一致的，而實際每只蓄電池會因生產(chǎn)線制造工藝精度或配組控制精度等問題產(chǎn)生細(xì)微的差異（不是質(zhì)量或工藝問題），從而導(dǎo)致每只蓄電池實際參數(shù)不可能完全一致，如自放電率、容量、內(nèi)阻等，這些細(xì)微差異隨著時間的積累（如：一年以上）將導(dǎo)致電池充電電壓較大差異。

下面是兩輸氣站場的蓄電池組投入運行時差不大、運行環(huán)境溫度在20℃左右，但單節(jié)電池差異較大。

該蓄電池組，由于單體電壓、容量的差異，恒流放電6分鐘，致使電池的進入截止保護狀態(tài)（電池電壓低），停止放電。

此組蓄電池組，進行300分鐘的放電后，單體電池容量差異不大，提高了供電的可靠性。

串聯(lián)型蓄電池組的容量遵循木桶效應(yīng)原理，性能最差的電池決定了整組電池的性能?？梢?，對于提高蓄電池組的性能和使用壽命，對單體電池的均衡性維護是至關(guān)重要的，只有讓蓄電池組中的每只電池都工作在最佳工作狀態(tài)，蓄電池組才能發(fā)揮最佳性能，且大大延長蓄電池使用壽命。

四、改進措施

1、在線監(jiān)測功能：實時監(jiān)測的蓄電池組的：運行狀態(tài)，組端電壓、充放電電流、單體電壓、單體內(nèi)阻、單體電池負(fù)極溫度（選配，標(biāo)配環(huán)境溫度或正負(fù)極溫度）、電壓均衡度、電池組容量、放電可持續(xù)時間。

2、在線放電功能：根據(jù)監(jiān)控測量參數(shù)，定期就地或遠(yuǎn)程使蓄電池組對所帶負(fù)載供電，即放電運行，當(dāng)電池容量降低到低限時，切換為正常的交流電供電。此重放模式每季度可進行一次，有助維護蓄電池的保養(yǎng)工作。

3、在線自動脈沖活化維護功能：在浮充狀態(tài)下自動對性能落后的單節(jié)電池提供正負(fù)脈沖電流進行在線活化，激活蓄電池內(nèi)部電極板的結(jié)晶和硫酸的沉淀，防止蓄電池因長期浮充而導(dǎo)致的硫酸鹽化，消除由內(nèi)部引起的安全隱患。

4、、異常告警功能：市電中斷告警，蓄電池組總電壓、電流、單體負(fù)極溫度、單體電壓、內(nèi)阻、電池組容量、放電可持續(xù)時間等參數(shù)超過閾值告警。

5、電池柜的蓄電池組在安裝設(shè)計時，要充分考慮散熱、通風(fēng)性;上下層排列的高度，科學(xué)合理的空間有助提高其使用壽命，減少更換批次，減少經(jīng)濟開支還保護環(huán)境污染。