淺談智能型蓄電池在線維護系統的必要性

王英

摘 ?要：直流蓄電池在輸油氣行業用途較廣，輸氣站場EPS、UPS即不間斷電源等。UPS在正常情況下，為重要的電氣設備改善交流電的電源質量;在交流電失或事故狀態下，是保證重要用電設備不停電的裝置。交電正常運行時，UPS蓄電池處于浮充電備用狀態，導致極板硫酸鹽化，使極板中參與電化學反應的活性物質減少，容易使蓄電池內部短路、電解液密度過高等，因此容量大大降低。通過配備智能型蓄電池在線維護系統，可實時監測蓄電池組的運行狀態，對蓄電池進行時時監管，及時發現問題、解決問題，為保證輸氣是正常安全運行奠定堅實的基礎。

關鍵詞：UPS不間斷電源;浮充;智能型;在線維護系統

一、引言

天然氣輸氣站場、閥室、管道持續穩定安全的發展，電力能源起到關鍵的保駕護航的作用。目前輸氣站場的電力能源分三種，第一種主電源：交流電源輸電源，由當地電網提供;第二種備用電源：發電機，站內自備;第三種應急電源：UPS不間斷電源，由蓄電池組供電。為保證輸氣管線安全運行，站場部分電氣設備是不允許停電的，直流電源（由多節蓄電池串聯或并聯組成）在關鍵時刻起到至關重要的作用。

二、110kv變電站、輸氣站場直流蓄電池使用現狀

直流蓄電池在天然氣管道運輸行業用途較廣，如110KV變電站斷路器的直流操作電源、EPS、UPS不間斷電源的配套設施蓄電池柜、通訊機柜使用的蓄電池及閥室蓄電池等。輸氣站場UPS不間斷電源在正常情況下，由交流市電經整流后分兩路，一路為蓄電池主充電;一路經逆變器為站場重要的設備供電。在交流電失電等事故狀態下，蓄電池直流電源經逆變器后持續為負載供電，也是唯一保證重要設備部停電的供給用電設備。

蓄電池的使用壽命與自身的充放電循環次數有直接的關系。由于市電供電系統可靠性的提高，直流蓄電池組的蓄電池處于浮充電備用狀態，蓄電池依靠負載放電的機會很少，起不到維護保養的作用。

三、影響蓄電池壽命及性能原因分析

蓄電池可靠性、安全性及使用壽命是在使用過程中重要的參考參數。影響其壽命及性能的因素主要有以下幾方面（電池本身質量和工藝設計缺陷除外）：

（1）環境溫度

閥控式密封蓄電池運行溫度要求為10℃-30℃，最佳是20℃±5℃，電池容量等技術性能達到較好狀態。

高溫：蓄電池壽命以25℃為基準，長期運行環境溫度每升高10℃，壽命大約減少當前壽命50%，如：設計25℃正常浮充使用10年的電池在35℃環境下大約可用5年，如果到45度環境下運行大約可用2.5年，可見運行環境溫度太高對蓄電池壽命影響相當大。

低溫：溫度低對壽命不會產生大的影響，但是低溫下由于活性物質活動性能減弱，蓄電池實際存儲電量會有所下降。

蓄電池組在電池柜內排列密集，上下層之間的間距小，造成中心的蓄電池溫度散熱性能差，溫度高容量降低。

（2）充電電壓

蓄電池充電電壓取決于其電化學結構，對充電電壓非常敏感，除保證電池組中各單體電池電壓的一致性外，浮充電壓應根據環境溫度實時進行動態調整。

浮充電壓長期偏高：將導致電池過充，造成不可逆的損壞。

浮充電壓長期偏低：將導致電池硫酸鹽化，造成容量下降。

（3）循環充放電次數

蓄電池壽命包括“浮充壽命”和“循環壽命”，“循環壽命”與深度充放電次數有關。

（4）電池組各單體電池充電電壓的不均衡性

充電電壓的不均衡性是導致電池組早期失效的主要原因！“浮充電壓均衡性”的實質：“充電電壓”對電池性能和壽命的影響。由于電池組中各單體電池串聯使用，充電機的輸出電壓根據各單體電池電壓和單體電池數量確定，如：某品牌UPS蓄電池組13.5V/節×42節=567V。而充電機無法兼顧各單體電池電壓，長時間運行后，必然出現電池間充電電壓的差異，而且具有自加速趨勢：電壓高的將越來越高、低的越來越低，容量不斷加速下降，形成惡性循環，最終導致蓄電池組過早報廢。

原因分析：由于電池組中各單體電池串聯使用，充電機給每節電池提供的充放電電流是完全一致的，而實際每只蓄電池會因生產線制造工藝精度或配組控制精度等問題產生細微的差異（不是質量或工藝問題），從而導致每只蓄電池實際參數不可能完全一致，如自放電率、容量、內阻等，這些細微差異隨著時間的積累（如：一年以上）將導致電池充電電壓較大差異。

下面是兩輸氣站場的蓄電池組投入運行時差不大、運行環境溫度在20℃左右，但單節電池差異較大。

該蓄電池組，由于單體電壓、容量的差異，恒流放電6分鐘，致使電池的進入截止保護狀態（電池電壓低），停止放電。

此組蓄電池組，進行300分鐘的放電后，單體電池容量差異不大，提高了供電的可靠性。

串聯型蓄電池組的容量遵循木桶效應原理，性能最差的電池決定了整組電池的性能。可見，對于提高蓄電池組的性能和使用壽命，對單體電池的均衡性維護是至關重要的，只有讓蓄電池組中的每只電池都工作在最佳工作狀態，蓄電池組才能發揮最佳性能，且大大延長蓄電池使用壽命。

四、改進措施

1、在線監測功能：實時監測的蓄電池組的：運行狀態，組端電壓、充放電電流、單體電壓、單體內阻、單體電池負極溫度（選配，標配環境溫度或正負極溫度）、電壓均衡度、電池組容量、放電可持續時間。

2、在線放電功能：根據監控測量參數，定期就地或遠程使蓄電池組對所帶負載供電，即放電運行，當電池容量降低到低限時，切換為正常的交流電供電。此重放模式每季度可進行一次，有助維護蓄電池的保養工作。

3、在線自動脈沖活化維護功能：在浮充狀態下自動對性能落后的單節電池提供正負脈沖電流進行在線活化，激活蓄電池內部電極板的結晶和硫酸的沉淀，防止蓄電池因長期浮充而導致的硫酸鹽化，消除由內部引起的安全隱患。

4、、異常告警功能：市電中斷告警，蓄電池組總電壓、電流、單體負極溫度、單體電壓、內阻、電池組容量、放電可持續時間等參數超過閾值告警。

5、電池柜的蓄電池組在安裝設計時，要充分考慮散熱、通風性;上下層排列的高度，科學合理的空間有助提高其使用壽命，減少更換批次，減少經濟開支還保護環境污染。