唐毅
广西通信规划设计咨询有限公司 广西南宁530007
摘要：电力通信网中蓄电池的使用较为广泛，如通信电源中使用蓄电池作为备用电源、变电站中使用UPS电源作为交流主用电源、变电站信息机房使用自己单独的UPS系统用作信息系统的电源保障等等。蓄电池寿命和容量监测的作用越来越突出，本文主要从蓄电池充放电实验数据分析入手，探讨阀控式铅酸蓄电池在电力通信网络中的故障表现及解决方法。
关键词：电力通信；蓄电池；故障分析
前言
电力通信网中蓄电池的使用较为广泛，作为紧急情况下的备用电源，蓄电池最重要的参数就是容量，在《南方电网通信电源技术规范Q/CSG1203011-2016》中规定：整组蓄电池放电时，放电时间未到8小时（变电站）,2V蓄电池单体放电终止电压低于1.8V，容量低于80%C,即为不合格。由此可见，在电力通信网络中，对蓄电池的要求是比较严格的。因此，对阀控密封铅酸蓄电池的容量进行检测，并对蓄电池的状态进行评价和预测具有十分重要的意义。
1、背景和故障现象
本单位管辖的设备范围中现有铅酸阀控蓄电池17组，全部均为铅酸阀控蓄电池，容量从100Ah至1000Ah不等，电压涵盖48V到432V，单体通常使用2V电池，也有一组采用了12V单体电池。根据2017年至2019年的数据统计，共发现9组蓄电池是不合格的。在满足蓄电池工作环境的前提下，从单体电压、内阻、放电过程等数据分析了蓄电池的工作状态，试图找出一些有利于现场运行维护的规律。
在9组故障蓄电池中按运行年限分：5年2台，6年2台，7年1台，8年2台，9年1台。按专业分：通信（48V）专业3台,保护专业（110V）5台。按厂家分：5年2组（霍克），6年2组（意大利非凡、浙江南都），7年1组（意大利非凡），8年2组（海志），9年1组（未明）。
2、蓄电池的故障分析
由于蓄电池的两个重要参数是电压和内阻，本文着重分析了蓄电池的放电电压和内阻数据。
2.1 放电电压
首先我们先了解一下蓄电池的放电电压特性曲线：
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A-B段一般处在放电1小时左右，是单体蓄电池压降较快的一段。由于温度等原因，单体电压呈现快速下降的趋势，部分还会呈现骤降后略升的曲线，这部分其他论文中已经有较为详细的分析。B-C截面是放电曲线中最重要的截面，主要反映蓄电池的恒温和恒流放电过程。在C点附近，随着储存在蓄电池中的化学能的迅速释放，蓄电池电压逐渐达到1.80v左右（以2V电池为例）。这时，如果蓄电池继续放电，就会出现所谓的“过放电”。因此，当铅酸蓄电池的端电压降至1.8V左右时，应停止放电，此截止电压称为放电终止电压。蓄电池的放电也与放电电流密切相关。大电流放电时，蓄电池电压明显下降，平缓部分缩短，曲线斜率也较大，放电时间缩短。随着放电电流的减小，蓄电池电压呈下降趋势，曲线比较平滑，放电时间延长。根据放电电压曲线的趋势，主要判断C10放电电流8小时内是否有容量不足的蓄电池或可能很快容量不足的蓄电池，是否有可疑的CD段或BC段缩短。
一般情况下，电池容量不合格的故障一般是一个或几个单体电池的电压迅速下降到1.80v，导致整个放电容量达不到80%C。因此，我们比较了几种故障电池的放电性能:
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可见一般故障单元在B-C段或背面开始出现明显异常，AB段在合格和不合格放电电压曲线中均出现，BC段在合格蓄电池放电电压曲线中非常稳定，没有明显的类似CD段出现。不合格蓄电池BC段相对稳定，坡度较高，稳定出口为明显的CD段，坡度较高的BC段有快速下降的趋势。从电压下降趋势来看，所有不合格蓄电池的端电压都迅速下降，有的出现在2-3小时，有的在5-6小时后迅速下降。仅从数据上看，不合格蓄电池的端电压会下降0.03V以上。根据以上数据的趋势响应，一旦出现差异△ u＞0.03V在蓄电池端子电压放电前后两小时内，蓄电池可能会出现异常情况。
为了进一步分析放电电压的下降趋势，提取故障单元分析历史单元放电曲线，重点分析BC段和CD段。
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从历年充放电8小时后的电压来看，总体趋势是逐年下降，与上年相比也有骤降。然而，同一制造商的蓄电池具有相同的特性。比如广东某公司生产的电池，放电电压低于1.9后，蓄电池基本运行1到2年后就会放电，结果很明显是不合格的。因此我们可以得出以下结论：（1）当充放电电压降到临界值时，可以判断蓄电池可能已到了使用寿命的末期，而这个临界值可能是第一次充放电后的电压接近10小时的C10电流（2），它也可能与每个制造商的电池特性有关。
2.2 单体内阻
一般来说，内阻与容量的关系非常密切，所以我们从内阻的维度来分析历年的数据
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根据相关论文指出随阀控蓄电池的使用年限增加而电导减小(平均每年电导值约比初始值下降10%-20%）。但从实际数据来看，不合格蓄电池的内阻在同组电池中基本较高。从整个蓄电池组中多个蓄电池的内阻来看，是逐年递增，逐年稳步递增，突然大幅度递增。从数据分析来看，根据南方电网公司标准，蓄电池初装时两年至三年内阻小于等于120%±10uΩ，四年及以上内阻小于等于150%，但南方电网公司的标准中没有内阻超标的维修措施。因此只能说当蓄电池内阻大于初装时150%应引起注意。
另外，针对第一次充放电不合格的电池，我们也曾多次对进行活化，但活化均不成功。经过历史经验总结，三次活化的成功率在20%以下，且活化成功后第三个月再次进行充放电试验，不合格率依然很高。在咨询蓄电池厂家后，他们都回答说，由于蓄电池接近使用寿命，内部正负极板已严重硫化，大电流充放电不能还原硫化物。激活失败后，只能更换不合格的蓄电池。
2.3 其他影响因素
影响蓄电池寿命和容量的通常因素还有：
①充电方式：根据研究，目前最大限度的提高电池寿命的方式的阶段充电法，这也是目前采用较多的一种比较成熟的充电方式。
②温度：阀控蓄电池的最佳使用环境温度为15-25℃。温度对于电池的寿命也有很大影响,根据Arrhenius定律, 电池产品的寿命同温度的关系式为: 蓄电池寿命=AeEIKT,式中,T为温度(℃)；E为活化能；K波兹曼常数; A 为常数。据此便可以得到电池全浮充寿命同温度的关系。
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③充电电压：浮充电压选择在2. 25V/只的时候电池的寿命最长, 一般蓄电池厂家会选择2.25 V-2.3 V作为推荐浮充工作电压。目前我局的浮充电压设置范围均在这个范围内，而且同步设置了温度补偿。
④其他：两组蓄电池都为同一年、同一批次、同一厂家，并在同一个蓄电池室运行。在2019年，对两组蓄电池进行了充放电测试。实验结果表明，#1蓄电池不合格，#2蓄电池组合网不合格。经现场检查，发现由于蓄电池室装修设计原因，室内空调出风口对着#1蓄电池组。最后导致出风口的几节蓄电池容量明显低于其他单体。
3、解决对策
根据之前的故障分析过程，可以总结出一系列具有操作性的对策：①保持4年后蓄电池开展每年1次核对性容量试验；②放电时一旦某节蓄电池端电压前后两个小时差值△U＞0.03V，蓄电池可能存在异常，而且当蓄电池充放电容量合格单是部分蓄电池放电8小时后电压接近1.8时也应该引起注意。③蓄电池内阻大于出装时150%应引起注意。④空调出风口不应面向蓄电池，不具备条件的应当装空调挡风板。⑤每年核对直流定值，特别是均充电压和浮充电压严防定值错误导致蓄电池寿命下降。⑥建议调研蓄电池在线核容装置，对蓄电池安装在线核容装置。⑦巡视周期内检查连接系统的紧固性。⑧关注浮充状态的单体电压差值，按照经验，一般2V电池单体电压差在50mV内。
4、结语
本文通过实际问题出发，利用近年来本单位的运维数据特别是对故障数据，从故障单体电压趋势、故障单体内阻趋势，同比进行分析，总结了八个运维的建议以供蓄电池运维单位参考。当然，实际运维中还有系统的管理手段措施可以有效保障蓄电池的健康稳定运行，本文限于篇幅未能进行分析。最后系统本文能够为相关理论建设贡献一些力量。
参考文献
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