鉛酸蓄電池容量下降原因分析及預控措施

羅文杰

(深圳供電局有限公司，廣東深圳 518020）

鉛酸蓄電池容量下降原因分析及預控措施

羅文杰

(深圳供電局有限公司，廣東深圳 518020）

針對蓄電池核對性放電發現的某品牌蓄電池在生命周期內普遍出現容量下降的問題分析了原因，并提出相應的預控措施，以延長蓄電池使用壽命，提高蓄電池供電可靠性。

蓄電池；容量；原因；預控措施

0 引言

蓄電池組是直流系統的重要組成部分，在交流站用電源供電中斷時，蓄電池組發揮其“獨立電源”作用，繼續為繼電保護、自動裝置等負荷提供工作電源，是變電站最后一道防線，應始終具備良好的性能和充足的容量。但在實際運行中，由于蓄電池運行環境和自身設計及質量原因，電力系統常用的免維護鉛酸蓄電池仍然在使用壽命周期內出現提前失效的問題。針對這一現象我們進行了分析并采取了一些預控措施，希望能為改善類似問題提供參考。

1 2013年核對性放電數據統計

2013年，我們對管轄變電站64組鉛酸蓄電池進行核對性放電，根據實際放電記錄數據統計，有8組蓄電池整組容量不合格，合格率87.5%，不合格蓄電池組均為110 k V變電站的300 A·h容量蓄電池，運行年限均在6～8年之間，值得關注的是它們均屬于同一品牌的同一型號。本次參與核容的2T310型蓄電池共31組，約占全部參核蓄電池的48.4%，其同型合格率僅為74.2%，而其他型號電池同型合格率達100%，且與2T310同品牌不同型號的蓄電池容量也均合格。

2 原因分析

根據規程規定，蓄電池在環境溫度20～25℃時的浮充運行壽命應為10～12年，是什么原因造成2T310型蓄電池使用壽命縮短，核容合格率遠低于其他相近運行年限的蓄電池?為了找到癥結，通過橫向比較2013年度各型號蓄電池核容數據，縱向比較欠容量蓄電池歷年核容數據，結合蓄電池各種失效模式，我們分析得出了導致鉛酸蓄電池容量下降或開裂的主要原因。

2.1 蓄電池安全閥失效

根據檢查結果，8組不合格蓄電池中有4組出現外殼開裂和極柱漏液現象，110 k V和平站尤為嚴重，有近1/3蓄電池有開裂或極柱漏液情況，而起泄壓保護作用的安全閥卻無排酸霧痕跡，說明2T310型蓄電池的安全閥質量較差，長時間運行出現堵塞，不能正常工作，當蓄電池內壓增大不能從安全閥有效泄壓時，酸液從極柱處滲出，嚴重時出現外殼漲裂。

2.2 蓄電池運行環境溫度高

蓄電池性能與運行環境密切相關。環境溫度長期過高，在此環境下長時間運行，蓄電池內壓增大，酸液滲出，直接導致蓄電池組性能降低甚至開裂，當酸液少于正常量時，蓄電池開始失效。在容量下降較嚴重的110 k V塘尾站等站中，均有未安裝空調或空調不能啟動的問題，導致蓄電池組長時間不能在合適的溫度下運行。

2.3 充電機輸出特性不合格

蓄電池長期與充電機并聯輸出，由充電機對其均充或不間斷浮充電。充電機的輸出特性也會影響蓄電池性能，充電機輸出特性較差的直流系統，其蓄電池更容易出現容量下降或損壞。《南方電網公司變電站直流系統技術規范》規定，在20%～100%輸出額定電流時，穩流精度應≤1%。根據我們掌握的數據，部分充電機輸出穩流功能均較差，110 k V和平站穩流精度甚至達到8.29%，均充時不能快速進入恒流充電，造成相應蓄電池出現不同程度的漏液、開裂和容量下降等問題。

2.4 蓄電池設計缺陷

據檢測，大部分2T310型雙極柱蓄電池并非獨立蓄電池，而是由兩個獨立的蓄電池A、B并聯組成(圖1），1、2兩個極柱連成一個獨立蓄電池A，3、4兩個極柱連成另一個獨立蓄電池B。

圖1 2T310型蓄電池

蓄電池開路時A、B兩個獨立蓄電池互無關聯，1和4、2和3之間不能測到電壓，這種蓄電池設計相當于蓄電池并聯運行，必然會造成以下問題:

問題1:因為原材料和裝配工藝等因素不可能完全相同，兩個獨立蓄電池內阻大小也不可能完全一致。當兩個蓄電池并聯運行時，端電壓相等，流過兩個蓄電池的充電電流大小與其內阻有關，表達式如下:

可知內阻較大的充電電流小，內阻較小的充電電流大，長時間運行造成內阻小的蓄電池過充，蓄電池內部溫度升高產生熱失控；而內阻大的蓄電池欠充，長時間欠充也會造成負極不可逆硫酸鹽化，導致蓄電池提前失效。

問題2:蓄電池并聯后，蓄電池內阻等效于兩個獨立蓄電池內阻并聯(圖2），當在線測量蓄電池內阻時，實際測量值如式(2）所示:

圖2 蓄電池并聯等效電路

可知就算其中一個獨立蓄電池失效，內阻R1增大到無窮大，但只要另一個并聯的獨立蓄電池內阻R2不變，并聯后的總內阻R一定不會大于最小內阻R2。所以測得的蓄電池內阻已不能真實反映蓄電池實際情況，如果此時靠檢測蓄電池內阻來判斷蓄電池性能，會誤導人們以為蓄電池內阻正常，性能良好。經過長時間運行，兩個電池也會互相拖累，其中一側性能下降，勢必加快整個蓄電池容量下降。

3 預控措施

3.1 更換個別失效蓄電池

鉛酸蓄電池容量下降并失效后，其內阻增大，端電壓減小，串聯在蓄電池組中會影響其他正常蓄電池的充電電壓，相鄰的蓄電池也會受其影響加速失效。為此，發現失效蓄電池后應及時進行活化，活化不成功應整組或個別更換。但不同容量、不同性能、不同新舊、不同廠家的蓄電池不應連接在一起使用。

3.2 改善運行環境

鉛酸蓄電池對環境溫度較敏感，溫度過高時相同浮充電壓下蓄電池浮充電流升高，溫度降低時相同浮充電壓下浮充電流減小，長時間運行在惡劣環境下容易出現蓄電池過充或欠充。過充和欠充都會影響蓄電池性能，為此我們應給每個蓄電池室加裝空調，并加強蓄電池室巡視，對空調未啟動的及時恢復，對已壞的空調及時報修，確保蓄電池運行在良好的環境下，減少因環境溫度造成的蓄電池容量下降；同時應檢查充電設備的溫度補償功能，確保功能正常，減小溫度變化對蓄電池浮充的影響。

3.3 提高充電設備輸出精度

閥控式鉛酸蓄電池對充電機的技術指標有嚴格的要求，如果直流充電機的穩流穩壓精度、紋波系統超標，易使蓄電池發生失水、熱失控等現象，致使蓄電池組容量逐漸下降，嚴重的將導致蓄電池組失效損壞。充電特性的優劣取決于充電設備及其監控裝置，提高充電設備輸出精度只能通過升級充電模塊或監控裝置，短期內不能對硬件進行升級改造的可考慮與廠家協調進行監控軟件版本升級，減小充電程序缺陷帶來的影響。

3.4 加強2T310型蓄電池組核容

2T310型雙極蓄電池存在普遍性缺陷，檢測的蓄電池內阻并不是蓄電池真實內阻，在運行中靠檢測內阻的手段已無法準確判斷蓄電池的性能優劣。為及時發現蓄電池內部問題并進行修復，我們不應再依靠檢測此類型蓄電池內阻來進行設備狀態分析，而應采用加強核對性放電工作來檢驗蓄電池的實際容量，發現問題及時進行處理，避免個別的落后蓄電池拖垮整組蓄電池。

4 結語

綜上，針對鉛酸蓄電池提前出現容量下降現象的問題，因不能短期內全部進行更換，為確保此類型蓄電池運行可靠穩定，我們應用以上提出的措施對蓄電池加強日常維護監視，通過分析核容測試數據及時發現問題。

[1]程新群.化學電源[M].北京:化學工業出版社，2008

[2]陳紅雨，熊正林，李中奇.先進鉛酸蓄電池制造工藝[M].北京:化學工業出版社，2009

2014-10-14

羅文杰(1984—），男，廣東梅州人，工程師，從事站用電源維護管理相關工作。