成都地鐵1號(hào)線通信蓄電池的維護(hù)改進(jìn)建議

辜先軍

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成都地鐵1號(hào)線通信蓄電池的維護(hù)改進(jìn)建議

辜先軍

針對(duì)成都地鐵1號(hào)線通信蓄電池的維護(hù)現(xiàn)狀，從分析蓄電池劣化的原因和發(fā)展趨勢(shì)著手，提出在蓄電池日常維護(hù)中內(nèi)阻監(jiān)測(cè)的重要性，并通過(guò)人工檢測(cè)和在線監(jiān)測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)、性價(jià)比的分析比較，提出在1號(hào)線通信蓄電池的后期維護(hù)中引入在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的維護(hù)建議。

蓄電池；劣化；失效；內(nèi)阻；在線監(jiān)測(cè)

U231.7∶TM912。

圖1　通信 UPS 系統(tǒng)供電示意圖

0　引言

蓄電池作為電源系統(tǒng)的組成部分，起著儲(chǔ)備電能、應(yīng)付市電異常和特殊工作情況、維持用戶系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵作用，是需要高可靠供電保障領(lǐng)域的最后一道防線。

閥控式密封膠體電池，由于采用了閥控式密封結(jié)構(gòu)，不需要加酸、加水維護(hù)，無(wú)酸液、酸霧泄出，電解液呈膠狀，可與設(shè)備同機(jī)房安裝。由于其體積小、重量輕、自放電小、少維護(hù)、壽命長(zhǎng)、使用方便、安全可靠等特點(diǎn)，深受用戶歡迎。

1　通信用蓄電池的運(yùn)行及維護(hù)現(xiàn)狀介紹

1.1通信蓄電池及UPS系統(tǒng)介紹

成都地鐵1號(hào)線通信系統(tǒng)蓄電池采用是 SEC 系列閥控密封式鉛酸膠體電池，單體電池為 12 V/210 A·h，在20 ℃ 的工作環(huán)境下的設(shè)計(jì)壽命是 10 年，其與中達(dá)電通的不間斷電源（UPS）主機(jī)系統(tǒng)一起構(gòu)建了 UPS 系統(tǒng)，為通信各子系統(tǒng)及綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供預(yù)定的不間斷交流電能（圖 1）

1.2蓄電池運(yùn)行情況及維護(hù)現(xiàn)狀介紹

成都地鐵 1 號(hào)線通信蓄電池從 2010 年 9 月投入在線運(yùn)行，至今已運(yùn)行了 5 年有余，實(shí)踐表明，蓄電池在投入運(yùn)行的 2～3 年內(nèi)性能穩(wěn)定，隨著充放電次數(shù)的增多和在線運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，蓄電池逐漸步入劣化期是必然趨勢(shì)，目前已經(jīng)在倪家橋站的蓄電池組中發(fā)現(xiàn)了 1 個(gè)失效單體電池。同時(shí)，1 號(hào)線通信設(shè)備房在冬季或春夏過(guò)渡期機(jī)房環(huán)境溫度都會(huì)大大超過(guò) 20 ℃ 的理想工作環(huán)境溫度值，個(gè)別機(jī)房甚至常年維持在 30 ℃ 左右的環(huán)境溫度，導(dǎo)致蓄電池內(nèi)不必要的化學(xué)反應(yīng)概率增加，這些因素都會(huì)加速蓄電池的劣化速度，縮短蓄電池的預(yù)期使用壽命。因此，在蓄電池進(jìn)入衰退期如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池的劣化跡象或失效電池，防止出現(xiàn)由于沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)劣化電池致使蓄電池劣化積累、加劇最終導(dǎo)致整組蓄電池報(bào)廢的情況發(fā)生，是擺在維修人員面前需要迫切解決的問(wèn)題。

1 號(hào)線通信蓄電池的預(yù)防性維護(hù)主要是定期人工對(duì)蓄電池進(jìn)行放電測(cè)試并測(cè)試單體電池的電氣特性：端電壓和內(nèi)阻，通過(guò)預(yù)防性維護(hù)能夠發(fā)現(xiàn)劣化或失效的電池，但預(yù)防性維護(hù)周期為 1 年，在預(yù)防性維護(hù)周期之間，蓄電池組內(nèi)部出現(xiàn)的單體電池失效又該如何發(fā)現(xiàn)、控制和處理呢？正在進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)的放電測(cè)試時(shí)，不排除市電停電的情況存在，這個(gè)時(shí)候如果市電突然停電，電池還能可靠地向通信系統(tǒng)供電達(dá) 4 h 嗎？鑒于此，需要考慮改進(jìn)目前的維護(hù)方式。

2　蓄電池的端電壓、內(nèi)阻與電池性能劣化的關(guān)聯(lián)分析

2.1鉛酸蓄電池的端電壓等運(yùn)行參數(shù)不能反映電池的容量特性

容量嚴(yán)重下降的電池，在整組浮充電的電池中，其浮充電壓的區(qū)別不足以用來(lái)判斷電池是否因容量降低而失效，很多早期性能劣化或早期失效的電池在浮充狀態(tài)下表現(xiàn)出滿意的端電壓，一旦電池組進(jìn)行放電，這些電池因?yàn)槌潆娏可伲穗妷簳?huì)很快跌落，并妨礙電池組的放電性能。電池組中失效電池過(guò)多造成電池組在系統(tǒng)需要電池供電時(shí)無(wú)法達(dá)到預(yù)定的啟動(dòng)電流從而起不到備份作用，這時(shí)可以從電池的端電壓上很容易地發(fā)現(xiàn)劣化電池，但在實(shí)際應(yīng)用中已為時(shí)已晚。

2.2鉛酸蓄電池的內(nèi)阻變化可以預(yù)示電池的內(nèi)部與容量特性變化

蓄電池的性能與容量特性可以通過(guò)其內(nèi)阻變化反映出來(lái)，以下是影響內(nèi)阻變化的主要因素。

（1）腐蝕。隨著柵板和匯流排的腐蝕，導(dǎo)致金屬導(dǎo)電回路變化，使電池內(nèi)阻增大。

（2）柵板鈍化。長(zhǎng)期使用導(dǎo)致活性物質(zhì)腐蝕，柵板孔隙率增大，電解液供應(yīng)量下降，柵板活性物質(zhì)減少，使電池內(nèi)阻增大。

（3）硫化。部分活性物質(zhì)硫化，導(dǎo)致活性物質(zhì)減少，涂膏的電阻亦增加。硫化消耗掉部分硫酸，使電解液的電阻率變大。這些都導(dǎo)致電池的內(nèi)阻增大。

（4）失水。由于閥控密封鉛酸蓄電池?zé)o法加水，失水后電解液供應(yīng)不足，使電池內(nèi)阻增大。

（5）制造缺陷。如鑄鉛和涂膏工藝不良，都可能導(dǎo)致較高的金屬電阻和容量問(wèn)題。

在其他已采用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的案例中，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所測(cè)試的 1 組存在有失效電池的蓄電池組的各單體電池內(nèi)阻、端電壓測(cè)試數(shù)據(jù)分析中，發(fā)現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象：各單體電池在浮充狀態(tài)下的端電壓差別不大，但測(cè)試內(nèi)阻就發(fā)現(xiàn)失效電池與正常電池的數(shù)值差別很大。上述現(xiàn)象表明：電池性能已劣化的電池組，如果只是通過(guò)測(cè)試端電壓是很難發(fā)現(xiàn)電池失效問(wèn)題的。

多項(xiàng)研究和運(yùn)行數(shù)據(jù)表明：準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)蓄電池的內(nèi)阻，可以在蓄電池失效前 3 個(gè)月，通過(guò)數(shù)據(jù)比較分析發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，為維護(hù)人員提供預(yù)警信息，并及時(shí)更換電池，幫助維護(hù)人員消除電池隱患。

3　蓄電池在線監(jiān)測(cè)與人工檢測(cè)的比較

結(jié)合以上的分析可以看出，蓄電池的測(cè)試與維護(hù)是一項(xiàng)防患于未然的工作，加強(qiáng)對(duì)蓄電池電氣特性的監(jiān)測(cè)，特別是加強(qiáng)對(duì)電池內(nèi)阻值變化的監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)掌握電池的劣化狀況和容量變化并采取相應(yīng)措施，達(dá)到提高電池的后備保障能力和延長(zhǎng)電池組的使用壽命的目的。電池內(nèi)阻的監(jiān)測(cè)主要是維護(hù)人員用測(cè)試儀表定期人工測(cè)試或利用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中的內(nèi)阻測(cè)試功能模塊在線自動(dòng)測(cè)試。

3.1人工檢測(cè)存在的不足

（1）由于不同廠家的內(nèi)阻測(cè)試儀準(zhǔn)確度和抗干擾能力有很大差別，因此，測(cè)試值存在較大的差別，不利于技術(shù)人員對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較。

（2）測(cè)量夾子很難與電池極柱直接接觸，測(cè)試值中含有夾子與極柱的接觸電阻，每次產(chǎn)生的接觸電阻不盡相同。

（3）除上述因素外，人工檢測(cè)的準(zhǔn)確度還會(huì)受其他諸多因素的影響。

（4）由于人工檢測(cè)定期進(jìn)行，很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)劣化電池和失效電池。

（5）放電測(cè)試不但對(duì)電池有傷害隱患，而且存在放電測(cè)試過(guò)程中市電中斷導(dǎo)致蓄電池放電時(shí)間不足的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。

（6）人工檢測(cè)工作周期長(zhǎng)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，有人身觸電傷害風(fēng)險(xiǎn)。

3.2在線監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)

（1）維護(hù)人員可以通過(guò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)很方便地調(diào)看車站各單體電池的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，由于測(cè)試數(shù)據(jù)是由同一套設(shè)備測(cè)試，因此，數(shù)據(jù)可靠性高，有利于維護(hù)人員分析了解電池的性能劣化趨勢(shì)，有針對(duì)性地提前更換個(gè)別劣化失效電池，減少了因個(gè)別電池劣化未及時(shí)更換造成整組電池失效的可能，延長(zhǎng)了電池組的壽命。

（2）在線監(jiān)測(cè)可以不間斷地監(jiān)測(cè)電池的內(nèi)阻、電壓及溫度等參數(shù)，一旦出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)會(huì)第一時(shí)間發(fā)出聲光報(bào)警，提醒維護(hù)人員處理，避免了事故的發(fā)生，提高了 UPS 系統(tǒng)的安全性和可靠性。

（3）運(yùn)用交流測(cè)試法，向電池內(nèi)注入一個(gè)交流信號(hào)來(lái)測(cè)試電池內(nèi)阻，無(wú)須蓄電池放電測(cè)試，對(duì)電池壽命無(wú)額外的影響。

（4）節(jié)約成本。蓄電池在線監(jiān)測(cè)可以隨時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，減少了人工檢測(cè)的工作量，人工費(fèi)用和車輛費(fèi)用大大減少。

表1　人工檢測(cè)與在線監(jiān)測(cè)的對(duì)比

（5）減少人員傷害事故。在線監(jiān)測(cè)可以自動(dòng)完成各項(xiàng)數(shù)據(jù)測(cè)試，無(wú)需人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行例行檢測(cè)和接線，減少了人員傷害事故發(fā)生的可能性，同時(shí)也避免了人工檢測(cè)對(duì)設(shè)備造成損壞的可能性。

4　蓄電池在線監(jiān)測(cè)的性價(jià)比分析

目前，對(duì)蓄電池的內(nèi)阻數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的測(cè)試值精準(zhǔn)度已可以達(dá)到毫歐級(jí)，完全可以與離線式人工測(cè)量的精準(zhǔn)度媲美，這是由于應(yīng)用了如鎖相、電導(dǎo)測(cè)試等技術(shù)的結(jié)果。1 號(hào)線每個(gè)車站通信蓄電池配置了 2 組蓄電池，每組蓄電池由 29 節(jié)電池串聯(lián)，一共有 58 節(jié)蓄電池。表 1 就單站采用在線監(jiān)測(cè)的性價(jià)比進(jìn)行分析比較。

從表 1 可以看出，蓄電池投入在線監(jiān)測(cè)維護(hù)方式后，其良好的性價(jià)比是顯而易見(jiàn)的。

5　通信蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)方案

5.1系統(tǒng)組網(wǎng)方案

目前各蓄電池在線監(jiān)測(cè)設(shè)備制造廠家將內(nèi)阻、電壓、溫度等監(jiān)測(cè)功能模塊集成到監(jiān)測(cè)主機(jī)上，因此,蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)是比較簡(jiǎn)單方便的，

主機(jī)監(jiān)測(cè)線纜連接到蓄電池相應(yīng)只需在設(shè)備房?jī)?nèi)將監(jiān)測(cè)極柱上即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，同時(shí)為了便于集中管理和遠(yuǎn)程查看，利用1 號(hào)線傳輸設(shè)備豐富的以太網(wǎng)資源，可將監(jiān)測(cè)主機(jī)通過(guò)TCP/IP 接口與設(shè)在控制中心的上位機(jī)，組成 1 個(gè)小型的局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的日常數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)管理。具體的系統(tǒng)組網(wǎng)方案見(jiàn)圖 2。

5.2系統(tǒng)功能

配置的蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該具有以下基本功能。

（1）可以測(cè)試單體電池的內(nèi)阻、電壓和溫度，以及電池組電壓；對(duì)電池的各項(xiàng)參數(shù)可以設(shè)定上下門限并在電池參數(shù)超過(guò)門限值時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警提示。

圖2　成都地鐵 1 號(hào)線通信蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)方案

（2）測(cè)試數(shù)據(jù)可以在本地存儲(chǔ)查看，也可以由系統(tǒng)上位機(jī)以定期輪詢方式收集各站的測(cè)試數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備維護(hù)人員隨時(shí)調(diào)看，而且系統(tǒng)具備自動(dòng)導(dǎo)出測(cè)試數(shù)據(jù)功能。

6　結(jié)束語(yǔ)

對(duì)蓄電池組進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)可使電池的壽命達(dá)到最長(zhǎng)，接近設(shè)計(jì)壽命甚至超過(guò)設(shè)計(jì)壽命，通過(guò)有效的監(jiān)測(cè)確保無(wú)需過(guò)早地更換蓄電池組，對(duì)劣化電池進(jìn)行早期覺(jué)察，維護(hù)人員可以有足夠地應(yīng)對(duì)時(shí)間來(lái)對(duì)蓄電池進(jìn)行有針對(duì)性的更換，同時(shí)在線監(jiān)測(cè)采集的大量測(cè)試數(shù)據(jù)，為設(shè)備維護(hù)管理決策提供科學(xué)有效的數(shù)據(jù)依據(jù)。

[1] 朱品才，張華，薛觀東. 閥控式密封鉛酸蓄電池的運(yùn)行與維護(hù)[M]. 北京：人民郵電出版，2006.

[2] 張昆. 蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀[J]. 黑龍江科技信息，2011（14）.

[3] 中達(dá)電通. 1號(hào)線UPS系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格書(shū)[G].2008

[4] 于雷. 蓄電池內(nèi)阻在線測(cè)量方法的研究[EB/OL].

2009-12-06）[2015-04-20]. http://www.docin.com/ p-36253331.html.

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《現(xiàn)代城市軌道交通》編輯部

Suggestion on Maintenance Improvement of Communication Battery on Chengdu Metro Line 1

Gu Xianjun

Aiming at the current maintenance situation of the communication battery on Chengdu metro line 1, the paper starts from the analysis of the causes and the development trend of battery deterioration, puts forward the importance of monitoring the resistance in the battery in the daily maintenance work and makes comparison and analysis of manual inspection and on-line monitoring, cost-effectiveness and the advantages and disadvantages. The paper puts forward suggestions on maintenance of communication battery in the late period maintenance of the introduced online monitoring system on Line 1.

battery, deterioration, failure, internal resistance, online monitoring。

辜先軍：成都地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司自動(dòng)化監(jiān)控中心，工程師，四川成都 610000

2015-05-11責(zé)任編輯 冒一平