朱彬 杨军 重庆市电力公司杨家坪供电局

　　摘  要：随着电子技术、微机技术、通信技术和网络技术的发展及其在电力行业的广泛应用，电力系统的自动化程度和供电系统的可靠性得到了很大的提高，电力系统中直流电源的重要性也越来越大。作为直流系统最后一道保护屏障的蓄电池，如何快速、准确、有效地检测蓄电池的性能并实时掌握蓄电池的运行情况，使其运行在良好状态已成为直流运行维护的重点和难点。随着蓄电池检测技术的不断发展，先进的检测技术和网络化监控给直流系统蓄电池的运行管理工作提供了新的技术手段，网络化实时集中监控已成为自动化发展的必然方向。 
　　关键词：蓄电池；特点；运行监测  
 
　
1  引言
　　随着社会的进步和信息化、自动化程度的不断提高，人们对电力行业的依赖程度进一步加深，也就对供电系统的可靠性提出了更高的要求。无论在电力变电站、通信机房还是UPS系统中，蓄电池作为备用电源在系统中起着极其重要的作用。平时蓄电池处于浮充电备用状态，由交流电源经整流设备变换成直流向负荷供电，而在交流电失电或其它事故状态下，蓄电池是负荷的唯一能源供给者，一旦出现问题，供电系统将面临瘫痪，造成设备停运及其它重大运行事故。
　　变电站蓄电池多采用阀控式铅酸蓄电池。阀控式铅酸蓄电池俗称“免维护”蓄电池，它的应用大大减少了开口式铅酸蓄电池繁琐复杂的维护工作，然而，其“免维护”的优点，正是运行管理的缺点和难点。除了正常的使用寿命周期外，由于电池本身的质量如材料、结构、工艺的缺陷及使用不当等问题导致一些蓄电池早期失效的现象时有发生。所谓“免维护”仅仅指无需加水、加酸、换液等维护，而日常维护仍是必不可少的。显然，开口式铅酸蓄电池运行检测维护方法已不再适用于阀控式铅酸蓄电池，如何监测蓄电池的运行，及时发现落后电池并正确处理，成为蓄电池运行维护的工作重点。
 
2 阀控铅酸蓄电池特点
　　开口式铅酸蓄电池的水和硫酸在使用过程中会蒸发散失，虽然可以通过加水加酸进行维护，但维护工作量大，且污染环境。为了减少维护，阀控式铅酸蓄电池应运而生。
我们知道，阀控铅酸蓄电池有以下几个方面的特点：
　　1、全密封结构，用一安全阀控制电池内气体压力。
　　2、利用氧再复合“水循环”原理，使电池正极析出的氧气通过隔膜扩散到负极发生氧化反应生成 PbO2 ，并与 H2SO4 反应，最终生成水，避免了水的散失。
　　3、采用玻璃纤维或胶体作为隔膜，吸贮电解液，贫液式，紧装配。
作为逐步替代开口式铅酸蓄电池的产品，阀控铅酸蓄电池又有什么样的优点呢？我们大致将其优点归纳为以下几点：
　　1、无需加水加酸、调配电解液等维护工作，大大减少了变电站运行值班人员的工作量，节约了人力资源和物资资源。
　　2、大电流放电特性优良，低温放电性能良好，使直流系统的可靠性得到了有力保证。
　　3、无酸雾逸出，使用安全，对环境无污染，可与设备同室安装。
　　4、结构紧凑，可立式或卧式安装，占地面积小。
　　5、无“记忆效应”。
　　正因为有了以上这些优点，阀控铅酸蓄电池在电力系统内的运用越来越普遍。
 
3 阀控铅酸蓄电池的早期失效：
　　阀控式铅酸蓄电池拥有先进的设计思想和工作原理，从理论上来看，具有很高的可靠性和较长的使用寿命，一般蓄电池的厂家也宣传阀控铅酸蓄电池的寿命为10-15年，然而，从实际情况来看，结果差强人意，部分阀控铅酸蓄电池早期实效，寿命甚至只有两、三年，这是为什么呢？
3．1  首先我们来看看阀控铅酸蓄电池早期失效的表现：
3．1．1  失水：充电时氧再复合反应不完全，导致板栅腐蚀。
3．1．2  负极板硫酸盐化硫酸铅的存在，使负极长期处于非完全充电状态，形成不可逆硫酸铅。
3．1．3  热失控：充电过程中，由于紧装配密封结构使热量不易散出，导致电池温升过高失效。
3．1．4  工艺设计缺陷渗漏液、极耳腐蚀断裂、阀盖开闭失灵等。
　　那么，到底是什么原因造成阀控铅酸蓄电池的早期失效呢？
3．2  根据蓄电池的特点和运行经验，我们归纳为以下两个方面的原因。
3．2．1  电池本身的离散性是造成阀控铅酸蓄电池早期失效的根本原因：电极材料的配方制备、安装化成工艺的非稳定因素和不一致因素，导致了电池性能的离散性，这给电池的运行留下了失效的隐患。当性能不一致的电池组成一组电池并投入运行时，各电池的浮充电压会有很大差异。经长时间运行后，浮充电压高的电池因长期过充导致失水和极板腐蚀；反之，浮充电压低的电池因长期欠充导致容量损失和极板硫酸化。实践证明，电池性能劣化有自加速的趋势。
3．2．2  运行环境将影响阀控铅酸蓄电池的使用寿命：运行中过充、过放，没有定期进行检测维护也是导致阀控铅酸蓄电池早期失效的重要因素。阀控式铅酸蓄电池的“贫液”式设计，使得电池对环境温度非常敏感（每增加10℃ ，寿命减少一半），所以良好的运行环境非常重要。同时对充电机也提出了较高的要求，要求纹波小，并有温度补偿（3～5mV/ ℃ ）。
 
4 阀控铅酸蓄电池的运行监测要求
4．1 通常对于阀控铅酸蓄电池，我们要求的日常检查项目有：
4．1．1  测量蓄电池端电压是否符合要求；
4．1．2  蓄电池连接处有无松动；
4．1．3  极柱、安全阀周围是否有渗酸及酸雾溢出；
4．1．4  电池壳体有无漏液现象和变形。
4．2  除了日常检查项目，在以下几个情况时，我们需要对蓄电池进行充电：
4．2．1  浮充电压有两只以上低于 2.18V；
4．2．2  放出 20% 以上额定容量；
4．2．3  搁置不用时间超过一个月
4．2．4  全浮充运行达三个月
　　由于蓄电池在直流系统中起着举足轻重的作用，所以蓄电池的检测成为日常变电站运行工作的常规和重点项目。如何简单快捷的对蓄电池进行检测，准确反映蓄电池组和单个蓄电池的运行状态，是直流工作的发展方向。
 
5 电池维护与测试技术的发展
5．1  早期的电池电压判断法
   电池的性能状态最终体现在电池的容量与落后状态上，通过电池的电压、内阻可以在一定程度上反映出电池的好坏，当电池放电到一定程度后，其电压值便开始明显降低，因此，在早期的电池维护中，由于测试仪器的匮乏，工程师普遍采用万用表对电池电压进行测量，通过电压高低来定性电池性能的好坏。但是电池的实际放电能力必须通过电池的容量指标反映出来。
5．2  核对性容量测试法
　　按国际标准 IEC 869-2（1995）《固定铅酸蓄电池一般要求和试验方法第二部分阀控式》、国家标准 GB 13337.1-91《固定型防酸式铅酸蓄电池技术条件》、国家电力部的行业标准 DL/T 637-1997 《阀控式密封铅酸蓄电池订货条件》 ，阀控式铅酸蓄电池容量测试为：以电池额定容量（C）的10h 率放电电流 I10 进行放电，并记录电池端电压、温度、放电时间，直至电池电压降至电压下限，计算电流与时间的乘积即为电池容量。如电池温度不为 25℃ ，应进行换算；当检测蓄电池的容量即在25℃时实际容量等于或小于80%标称容量时为寿命终止。
5．3  状态检测法
　　电压：通过测量电池的浮充电压检测电池状态，可测出电池开路、短路、严重损坏电池。如：浮充电压严重偏高，可能是电解液干涸；栅板严重硫化，导致内阻增大引起；浮充电压严重偏低，可能是电池长期欠充或正极板腐蚀。
　　电流：检测浮充电流是否正常
　　温度：有无温度异常，但一般为环境温度
5．4  内阻检测法
　　电池内阻包括：欧姆内阻、电极化内阻（浓差极化和电位极化）；
　　交流内阻：有正弦波和方波二种方式，可反映电池趋势，有在线和便携方式，由于电流较小，精度差计算方法为交流电压分量与交流电流分量之比；
　　直流内阻：较接近实际情况，精度好，在线方式不易实施。
5．5  综合智能分析检测法
　　对电池的各种状态、曲线，运用先进的数学模型进行综合分析得出电池的现行状态和性能，对电池实际情况作出比较准确的描述。
5．6  测试方法比较
　　核对性容量测试——准确可信，但费时费工，不易实施。
　　状态监测——仅能发现严重劣化电池和掌握运行信息。
　　内阻（或电导）法——快速简便，易于发现落后电池，但需建立新电池原始数据用于比对，同时电池内阻的变化与电池容量之间无一一对应关系。
　　综合智能分析检测法——具有日常在线监测功能、核对放电测试功能、离线快速容量测试功能，可实现多　　级管理，实现远程监控。
　　通过几种测试方法的比较，我们可以知道，由于现代电子和网络技术的飞速发展，运用综合智能分析检测法对蓄电池进行在线检测的技术日益成熟，现已广泛运用于电力系统中，大大的减少了运行和维护人员的工作量；同时，通过在线检测技术，能够及时准确的反映蓄电池的运行状态，便于及时发现蓄电池的缺陷，保证直流运行的可靠性。因此，在直流电源系统中，采用和推广蓄电池智能在线检测技术是十分必要和迫切的。
 
6 结论
　　作为电力系统内有着重要作用的蓄电池，由于其电化学结构的复杂性一直难以得到有效的检测和维护，目前大部分仍然停留在简单的测量浮充电压及核对性放电测试阶段。而浮充电压与蓄电池容量无对应关系，核对性放电费工、费时，且无法反映蓄电池平时运行状态及其性能变化趋势。
　　在实际使用中，电池都是成组使用的， 由于电池制造的离散性和使用的原因，电池组失效的早期表现总是出现一些落后电池，而落后电池又将进一步加速整组电池的损坏。电池组的容量取决于该电池组中容量最低一节电池的容量。因而，发现并获知落后电池的容量，及时对落后电池进行处理是电池组运行维护的关键，是非常重要的。
　　如何快速、准确、有效地检测蓄电池的性能并实时掌握蓄电池的运行情况，使其运行在良好状态已成为直流运行维护的重点和难点。随着科技的发展，先进的检测技术和网络化监控手段给直流系统蓄电池的运行管理工作提供了新的技术手段，网络化实时集中监控已成为自动化发展的必然方向。