通信樞紐樓機房開關電源大容量蓄電池維護方案

蒙佳信，王小紅

（中國聯合網絡通信有限公司南寧市分公司，廣西 南寧 530000）

0 引 言

隨著5G網絡的大力推廣和建設，各大運營商的通信機房和通信基站正在進行大規(guī)模擴容建設，使得作為應急電源的蓄電池隨著擴容改建大量增加，增加了維護人員的工作量。因此，選擇和使用快捷且優(yōu)質的蓄電池維護和測試設備，可使維護人員的蓄電池維護工作事半功倍，并能及時了解蓄電池的性能和壽命。

1 蓄電池維護的重要性

蓄電池在通信機房中主要作為備用電源使用，是確保通信設備不間斷運行的最后一道防線。目前，通信機房主要使用的是閥控式鉛酸蓄電池，也被稱為免維護鉛酸蓄電池。它在日常使用時不用加蒸餾水，方便了維護工作。它的工作原理是在密閉空間中利用電池的充放電不斷將水分解和再合成，形成一個循環(huán)過程。這一過程需確保電解液在使用中保持在一定限度，不用加注蒸餾水。

免維護鉛酸蓄電池的免維護是相對的。在蓄電池的使用過程中，日常的清潔和定期的電池性能測試等維護工作必不可少。根據通信局（站）電源系統(tǒng)維護技術要求，蓄電池每年做一次核對性放電試驗，放出額定容量的30%～40%；單體2 V的蓄電池每3年做一次容量實驗，使用6年后每年一次，容量試驗放電80%容量或單體達到終止電壓1.8 V時停止放電。

電池所處的工作環(huán)境對電池的性能和使用壽命會有一定的影響。對于閥控式鉛酸蓄電池是來說，良好的密封性使得蓄電池周圍的濕度不會影響電池壽命。電池周圍環(huán)境溫度需要保持在一個適當的范圍內，以保持蓄電池內部電解液的活性。溫度過低或過高都會影響電解液化學反應的速率，降低蓄電池的性能，縮減其使用壽命。通信局房使用的閥控式鉛酸蓄電池環(huán)境溫度一般維持在20～25 ℃。

蓄電池的性能會隨著時間不斷下降。因此，需定期維護、測試蓄電池，了解電池性能，及時發(fā)現并更換達不到標準的蓄電池，保證整個動力配套系統(tǒng)的用電安全。目前，通信局房普遍采用單體電壓2 V的蓄電池與系統(tǒng)并聯的方式。電池長期處于浮充狀態(tài)，時間一長，蓄電池的性能會逐漸下降，經常處于充放電狀態(tài)的蓄電池性能則下降更快[1]。如果蓄電池性能下降到一定數值以下，如單體2 V的蓄電池電壓始終在1.8 V以下，那么為了確保整個系統(tǒng)的正常，應及時進行更換蓄電池組并對其進行測試。

另外，在蓄電池的日常使用過程中還會出現一些因為各種因素引起的故障，如蓄電池內阻過大或過小、蓄電池外殼破裂損壞以及蓄電池漏液等。這些情況同樣需要維護人員及時發(fā)現并予以處理，從而保證動力配套系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

2 蓄電池放電特性

2.1 閥控式鉛酸蓄電池放電原理

閥控式鉛酸蓄電池內部使用鉛板作為蓄電池的負極，填滿二氧化鉛的鉛板作為正極，并用稀硫酸作為蓄電池的電解質。鉛酸蓄電池充電時電能轉化為化學能，鉛板作為負極發(fā)生氧化反應，釋放電子，同時被氧化為硫酸鉛；二氧化鉛作為正極發(fā)生還原反應，吸收電子，同時還原為硫酸鉛和水[2]。

化學反應方程式如下：

2.2 閥控式鉛酸蓄電池放電特性曲線

理想狀態(tài)下，蓄電池的放電過程如圖1所示。

圖1 蓄電池放電特性曲線

圖1是鉛酸蓄電池10 h放電率時電壓和時間的曲線圖。可以看到，蓄電池的放電有3個階段：剛開始放電時，電池電壓快速下降；電壓下降到一個穩(wěn)定值后，蓄電池電壓下降速度變得緩慢，此時蓄電池內部的化學反應速率為一個恒定值；蓄電池放電后期，電壓迅速下降[3]。可見，蓄電池放電過程中，在電流恒定的情況下，蓄電池電壓與時間在一定的范圍內具有線性關系。新的性能好的蓄電池，線性工作時間長。隨著蓄電池性能的下降，它能夠線性工作的時間越來越短。

3 蓄電池放電測試維護方案選擇

3.1 根據電池使用的時間劃分

根據電池使用的時間劃分，通信局房用閥控式鉛酸蓄電池的放電測試方式主要有核對性放電和容量放電兩種。核對性放電測試針對新電池每年一次，每次放出電池標稱容量的30%～40%。蓄電池容量測試針對的是6年以上的舊電池，每次放出標稱容量的80%。兩種放電測試方法的目的都是及時發(fā)現運行中的電池組是否存在不良電池，并及時予以解決。

3.2 根據電池測試放電時是否在線劃分

根據電池測試放電時是否在線劃分，通信局房用閥控式鉛酸蓄電池主要有在線放電測試和離線放電測試兩種。

蓄電池離線放電測試的方法是先將蓄電池充滿電后脫離系統(tǒng)靜置1 h，然后通過外接蓄電池放電測試儀（假負載）進行放電，通過假負載的自動記錄功能或手動測試記錄被測蓄電池在放電前、放電中以及放電后的電池電壓數據，最后對數據進行對比和計算，得到電池當前的大致容量值，判斷電池的好壞。

蓄電池在線放電測試的方法有兩種。一種是在直流供電系統(tǒng)中調整整流器輸出電壓至保護電壓（46 V），此時由蓄電池直接對設備負荷供電，定時測量記錄蓄電池數據，放電測試結束后對數據進行計算和比較，判斷電池的好壞。另一種是將假負載串聯到被測蓄電池組與直流供電系統(tǒng)之間，調整假負載，使蓄電池通過假負載對設備負荷供電，而試中所產生的測試數據由假負載記錄。結束后，測試人員將假負載內數據取出進行對比計算，以判斷蓄電池的性能容量。

3.3 方案選擇

蓄電池放電測試方案需要根據實際需求進行選擇。對于新電池，使用核對性測試；對于6年以上的舊電池，使用容量測試；對于通信局房用的蓄電池，為了防止負載設備發(fā)生停電隱患，一般不使用離線放電的測試方法。

本次測試電池的使用年限已超過6年，因此采用在線式容量放電測試的方式。將假負載串聯到被測蓄電池組與直流供電系統(tǒng)之間，蓄電池通過假負載對直流系統(tǒng)進行放電。選擇這種方式避免了由蓄電池離線對直流供電系統(tǒng)造成的安全隱患，同時利用假負載的自動測量和記錄功能減少了維護人員的工作量，提高了測試效率。

4 測試步驟及結果

4.1 測試步驟

測試使用的假負載是福光電子的FBI-3048CT。該設備主要用于開關電源蓄電池組分組的在線放電和充電測試，設備充放電電流的調節(jié)范圍是0～300 A。

測試前確定以下參數：測試蓄電池組標稱容量為3 000 Ah，單體電壓為2 V，以放電率10 h的標準進行放電，放電終止條件為放電時間達到8 h或蓄電池單體電壓下降到1.8 V。確定好測試參數后，按照下面的步驟進行測試。

（1）無線模塊連接。無線模塊通過藍牙與假負載進行無線連接，將無線模塊連接在電池單體上，無線模塊可以測量出電池單體的實時電壓，并通過藍牙將數據傳輸至假負載存儲處理。

（2）將假負載配備的放電線纜接在假負載主機上。

（3）將假負載主機上C端的電纜接到系統(tǒng)銅排的負極上。

（4）將假負載主機上B端的電纜接到被測蓄電池組的正極。

（5）將原有的電池組正極輸出電纜卸下一根與假負載主機A端線纜對接在一起。

（6）將被測電池組正極的所有多余連接電纜卸下懸空，用絕緣膠布包好。

（7）打開主機開關，預置參數，如標稱容量、小時率、放電電流、放電容量、放電時間、單體個數、單體下限以及組端下限等。

（8）準備就緒，開始放電，等待放電結束。

放電終止有兩個標準，一是某個電池單體電壓下降到1.8 V，二是放電時長達到8 h。放電停止后，系統(tǒng)通過假負載向電池充電。充電結束后，測試人員可通過U盤下載放電數據，方便查看放電相關數據，判斷蓄電池的好壞。

測試過程中需要注意，測試開始前需要用絕緣膠布包好所有線纜連接及裸露的地方，防止線纜觸地短路。要確保所有接線正確，正負極沒有接反。放電測試結束后，需要將所有接線電纜恢復至測試前的狀態(tài)，保證系統(tǒng)正常運行。

4.2 測試結果

測試的蓄電池以組為單位，即24顆電池單體。放電小時率為10，放電過程中放電電流恒定為300 A，浮充電壓53.6 V。放電結束后，取出假負載內記錄的放電數據，分析整組蓄電池的性能和每個單體電池的容量。蓄電池放電電壓與時間的關系如圖2所示。

圖2 蓄電池放電電壓與時間的關系

從圖2可以看到，放電開始時電壓有一個快速下降和回升的過程。電壓相對穩(wěn)定后進入線性工作區(qū)域，一直持續(xù)了8 h，達到設定的終止時間，蓄電池放電結束。線性工作區(qū)域整組電池電壓沒有明顯的跳動，說明整組電池放電過程中的性能比較穩(wěn)定，且容量較為充足。蓄電池單體容量如表1所示。

表1 蓄電池單體容量

從表1可以清晰看到每顆電池的容量，這是假負載通過獲取的數據計算出來的，省去了手動計算的麻煩，同時實時得到的數據可靠性高。

5 結 論

5G基建的不斷加速，使得為供電系統(tǒng)提供安全保障的大容量蓄電池組越來越多，因此蓄電池組的測試維護工作問題隨之而來。選擇以假負載進行在線放電測試的方法來測試蓄電池的性能和容量，具有便捷、安全且高效的特點。既能保證供電系統(tǒng)的平穩(wěn)，又能保障通信設備的不間斷運行。