廣州地鐵廣州地鐵四號線蓄電池現狀分析及優化措施

李真有++梁紹昌++鄧智明

摘 要：蓄電池廣泛應用于變電站直流系統，蓄電池的穩定運行一直是備用電池領域重點關注研究的內容，蓄電池屬于直流系統可靠性依賴的最后一個環節，也是最薄弱的一個環節。蓄電池是一種易損材料，運行環境溫度和自身生產日期都會影響其使用性能。通過對廣州地鐵廣州地鐵四號線蓄電池性能進行詳細分析，制定改進的措施。

關鍵詞：蓄電池 直流系統 健康狀態 異損材料 運行

中圖分類號：U270.381；TM912 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）03（b）-0034-02

1 設備概況

廣州地鐵四號線變電所使用的蓄電池，除廣州地鐵四號線金州、黃閣汽車城站兩站使用的是德國荷貝克蓄電池外（型號為：power.com SB12 V100，12 V，94.8 Ah），其他的都是德國陽光生產的A600系列，型號主要有A612/100，12 V，91Ah 、A602/280，2 V，280 AH兩種。蓄電池安放置在每一個地鐵站變電所控制室蓄電池柜內。

2 相應規定

國家標準/行業標準：

（1）在沒有備用蓄電池組情況下，對蓄電池容量核定時，可按50%容量來核定，核定的標準是在放電過程中蓄電池端電壓不能低于108 V。

（2）在有備用蓄電池組的情況下，對蓄電池容量核定時，可進行全核定放電，如果蓄電池組容量達不到80%，即認為閥控式蓄電池已到年限。

（3）同一組閥控蓄電池中，運行電壓偏差值不能超過0.3 V，開端電壓最電壓差值不允許超過0.6 V[1]。

3 廣州地鐵四號線蓄電池系統運行情況

3.1 部件故障率情況

自廣州地鐵四號線蓄電池投入使用以來，我們嚴格按照規范的要求對設備進行維護，對性能較差的設備進行了處理。

3.2 目前設備運行性能參數分析

廣州地鐵四號線蓄電池組性能呈現下降趨向。廣州地鐵四號線以黃閣站為例：2006年、2010年、2016年蓄電池充放電曲線圖如圖1所示，蓄電池組端電壓基本相同的情況下恒流放電，放電電流為0.1C。2006年放電120 min，蓄電池組端電壓下降到109.65 V；10年放電96 min，蓄電池組端電壓下降到109.22 V；2016年放電74 min，蓄電池組端電壓下降到109.07 V；以此計算，2010年的只有2006年的80%，2016年的只有2006年的61.6%。

據統計四號線80%以上的蓄電池組其容量大約只有開通時蓄電池容量的65%。

4 運行存在問題及需解決問題

目前廣州地鐵四號線蓄電池蓄電池組浮充電壓及內阻不均勻、蓄電池漏液、極柱端子處爬酸較多及運行環境較高，經長時間的運行積累，蓄電池組的容量已大幅度下降，它已對直流系統可靠性的構成了隱患，已不能承擔變電所直流系統最后屏障的作用，如遇上緊急情況，已無法供應變電所站直流系統二次回路DC110V所需的容量，將造成全所直流電機、電磁機構、控制保護裝置、儀表、自動化系統的失電，全所使全所供電設備失去保護，無法監控，直流小車跳閘，無法正常提供電客車的供電，直接影響地鐵的運營。

4.1 蓄電池組浮充電壓及內阻不均等

電池機能的離散性給蓄電池運行帶來了隱患。性能各異電池構成一組電池投入運行時，就呈現了不同的浮充電壓，在長時間的運行后，浮充電壓高的電池因長久過充導致失水和極板腐蝕。而浮充電壓低的電池則因長久欠充導致容量減少和極板硫酸鹽化，電池性能加快劣化。如果蓄電池經常處于充電不夠或過分放電，負極就會逐漸形成一種粗大堅硬不溶解的硫酸鉛，常規充電方法很難使它轉換成活性物質。硫酸鉛逐漸積累，減少了電池容量，漸漸地蓄電池失去性能。

4.2 蓄電池液

廣州地鐵四號線蓄電池采用的是貧液技術，這必須要保證所需電解液完全吸附在隔板中，而且一些氣體通道，使正極產生的氧氣通過電池內循環在負極獲得復合輪回吸收，以此完成電池內部氣體的再化合，維護電解液中的水平衡，從而使電池密封。如果電池內部氣化再化合的通道受阻，很容易在電池密封缺陷處如電池槽蓋處、安全閥處，極柱處產生漏液。在極柱表面行成一層Pbo，Pbo很容易與H2SO4反應，加速腐蝕速度，加劇漏液程度，造成電池電解液量減少及電解液中水的平衡失調。一旦電池失水，就會引起電池正負極板跟隔板中電解液脫離接觸，引起電池放不出電，造成閥控式密封鉛酸蓄電池組容量下降，當水分損失到3.5mL/Ah時，電池容量會降至初始容量的75%以下；當水分損失到25%時，電池將會作廢。同時極柱端子漏液處，將會引起電池端子腐蝕氧化生銹，嚴重時會引起短路起火，造成嚴重的安全事故。

5 優化措施

由于蓄電池浮充電壓、內阻的差異，容量的下降趨向及生產年限綜合考慮，建議按照《GD01廣州地鐵變電設備維修規程（3.0）》[2]中規定，對廣州地鐵四號線蓄電池進行大修?？梢詮囊韵聨c進行優化。

（1）繼續注重蓄電池的日常維護和保養，將每次測量蓄電池的電壓和內阻，作為原始資料保存，并進行相關比較，如發現異常情況及時處理。

（2）核查蓄電池的有效使用期，更換逾期的蓄電池。

（3）增加對設備所環境的監控，嚴格將環境溫度保持在25 ℃左右，減少環境溫度對蓄電池的損傷。

（4）根據環境溫度變化，運用電壓調節系數-4 mV/℃來調整浮充電壓的數值。

（5）引進蓄電池在線監控維護系統，對蓄電池進行在線監護，能起到預警防護作用。

6 結語

廣州地鐵四號線變電所環境溫度限制了蓄電池的使用壽命，而且同一組蓄電池性能的離散性，導致蓄電池運行中的浮充電壓不一致。經長期的運行積累，如今蓄電池的容量已大幅度降低，性能很難達到設計初始水平，建議對廣州地鐵四號線生產年限超過7年，性能不合格的蓄電池進行更換，并在日常巡視注意維護和保養，引進有效的在線監控維護系統。

參考文獻

[1] 國家標準.DLT_724-2000，電力系統用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術[S].

[2] 廣州地鐵.GD01廣州地鐵變電設備維修規程（3.0）[Z].