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。可以看出电力通信网中，对蓄电池的要求是比较严格的，因此，对阀控铅酸蓄电池的容量进行检测，对蓄电池状态做出评价和预估十分重要。
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2017-2019年的数据统计显示，其中共发现9组蓄电池容量不合格，在蓄电池运行环境满足条件下，我们从单体电压、内阻、放电过程数据分析蓄电池的运行状态，试图找出一些有益于现场运维的规律。
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
因为蓄电池重要的两个重要参数就是电压、内阻，本次重点针对放电电压及内阻数据开展分析。
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：
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段是放电曲线中最主要的一段，主要体现了蓄电池恒温恒流放电的过程。在C点左右随着蓄电池储存的化学能快速释放，电池电压逐渐来到1.80V附近（以2V电池为例），此时如果继续放电就会产生所谓的“过放电”。因此，铅酸蓄电池放电至端电压降低到 1.8V 左右时即应停止放电，把这个放电截止电压称为放电终止电压。蓄电池的放电还与放电电流有密切的关系，大电流放电时，蓄电池的电压下降很明显，平缓部分缩短，曲线的斜率也很大，放电时间缩短。随着放电电流的减少，蓄电池的电压呈下降趋势，曲线也比较平缓，放电时间延长。根据这种放电电压曲线趋势看，判断蓄电池是否存在容量不足的或者是否处于可能很快容量不足的蓄电池，主要是看是否在C10放电电流在8小时内是否出现了疑似CD段或者说BC段明显缩短。
通常情况下蓄电池容量不合格的故障体现为某一节或几节单体电压迅速下降至1.80V，导致整租放电容量不能达到80%C。于是我们比对了其中几只故障单体的放电表现：
可以看到，一般故障单体是在B-C段或后段开始体现出较为明显的异常，合格与不合格放电电压曲线均出现了AB段，合格的蓄电池放电电压曲线BC段非常平稳，没有明显出现类似的CD段。不合格的蓄电池BC段有比较平稳的，有斜率较高的，平稳的出线了明显的CD段，斜率较高的BC段出现急速下降的趋势。从电压下降趋势来看，所有不合格的蓄电池端电压下降较快，有出现在2-3小时候，有些出现5-6小时后，端电压下降很快。单从数据上看，不合格蓄电池端电压一般下降会大于0.03V。根据上述数据趋势反应，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了。
为了进一步分析放电电压的下降趋势，抽出其中的故障单体进行历史单体放电曲线分析，重点分析BC、CD段。
从历年的充放电8小时后的电压来看，整体趋势是逐年下降，也有突然较上一年大幅度下降的。但同一厂家的蓄电池存在同样特点，如广东某公司生产的蓄电池放电电压低于1.9之后，基本运行1到2年就放电结果就不合格了。于是可以做出如下的总结：（1）当充放电电压下降到一个临界值可能能判断蓄电池可能处于寿命的末期，这个临界值可能第一次充放电用C10电流放电接近10小时后的电压；（2）也可能与每个厂家的蓄电池的特性有关。
2.2 单体内阻
通常单体内阻和容量的关系极为密切，因此我们从内阻的维度来分析了历年的数据：
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%）。但是从实际数据上看，不合格蓄电池的内阻基本都是在同一组蓄电池内较高的，对应整组蓄电池的多个蓄电池内阻看，基本是每年都在逐步增加，有逐年稳步递增，也有突然大幅度增加的。从数据上分析，根据南方电网公司标准2-3年蓄电池内阻≤初装时120%±10uΩ，第4年及以上内阻≤初装时150%，但是网公司标准无针对内阻超标后维护措施。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。后来咨询蓄电池厂家，均答复由于蓄电池已接近使用寿命，内部的正负极板已严重硫化，大电流的充放电已无法使硫化物还原。活化失败后，只能对不合格的蓄电池进行更换。
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。
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年两组蓄电池组进行充放电试验结果：#1蓄电池组不合格，#2蓄电池组合格。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
[1]刘伟. 典型蓄电池生命周期评价研究 [C]. 山东大学.2017
[2]李中奇. 阀控式铅酸电池用催化装置 [C]. 蓄电池.2003(01)
[3]刘希禹. 通信电源系统结构的发展趋势 [I]. 电信工程技术与标准化.2003(08)
[4]项东波. 阀控式密封蓄电池在高原地区的使用情况分析 [C]. 甘肃科技.2003(06)
论文作者:谭威龙
论文发表刊物:《中国电业》2019年17期
论文发表时间:2019/12/17
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