城市轨道交通阀控式铅酸蓄电池的运行与维护探讨

【摘要】阀控式铅酸蓄电池在城市轨道交通领域中有着广泛而重要的应用，为轨道交通的安全运行提供了可靠的保障。本文结合南京地铁一号线的阀控式铅酸蓄电池在实际运行中出现的问题进行了分析探讨，总结出了一些运行及维护经验。

【关键词】阀控式铅酸蓄电池；运行；维护

1 引言

电池是一种将化学能直接转变成直流电能的电源，按照能量存储方式可分为：原电池，即不能周期性充电的电池，如锌锰干电池等；蓄电池，即可反复充电使用的电池，如铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、锂离子蓄电池等。在所有电池中，铅酸蓄电池因其具有电压稳、容量大等特点，在工业领域有着广泛的应用。它通常与整流充电模块并联浮充供电，可作为市电中断时的备用电源。阀控式铅酸蓄电池属于铅酸蓄电池中的一种，它在城市轨道交通领域中有着广泛而重要的应用，主要用于不间断电源、通信、信号、供电、地铁车辆、应急照明、屏蔽门等专业。针对以上情况，南京地铁在设计期间就考虑以后的使用、维护问题，全部采用阀控式铅酸蓄电池代替镉镍电池，充电设备采用高频开关电源充电装置。

2 高频开关的特点

2.1 高可靠性

采用高频开关电源特有的模块化设计，N+1热备份，大大提高了可靠性。系统采用国际90年代的最新技术，所用器件的耐压水平，电流容量已完全能满足现代电源要求；具有自主均流技术，模块间输出电流最大不平衡度小于±3%。体积小，重量轻，效率高，输出的纹波极小，有利于延长电池寿命。系统采用模块叠加形式，维护方便。

2.2 高智能化

现代电力电子技术与计算机技术相结合，可实现对电源系统的遥测、遥控、遥信，满足变电所综合自动化要求实现无人值守。配合使用的监控模块采用大屏幕，液晶汉字显示，声光告警。具有方便易于操作的优点，可通过监控模块进行充电模块参数设置，开关机控制，蓄电池自动管理及保护，并控制蓄电池的升压充电和浮充。

3 南京地铁一号线供电系统现有阀控式铅酸蓄电池及充电设备

无锡市斯达自控设备厂生产的车站及2个主所采用的是GZDW―A型柜，电池型号OPZV12―100，容量100AH，个数18支，单瓶电压12V，升压充电14.4～14.8V，正常浮充电压13.5～13.8V。

4 阀控式铅酸蓄电池及充电设备的事故分析

南京地铁一号线一期现有的各种阀控式铅酸蓄电池充电设备，在实际运行中，因为阀控式铅酸蓄电池虽然具有日常维护量少，不用补液等特点，但是这不等于日常不用进行维护及运行监视。在实际运行中我们在这方面有过深刻的教训。

另外，高频整流开关电源系统，运行也不同于以往的硅整流直流充电设备，其高度智能化，采用现代的高频整流技术，结合微机技术，这就对我们检修和运行人员提出了更高的要求。不掌握其特点和运行要求势必会造成不必要的损失。

4.1 迈皋桥主所一组蓄电池放电3节电池电压过低

2006年8月11日，我们正常进行电池容量实验时发现有3节12V电池在放电至6小时电池电压过低，仅为8V左右。

事后通过运行部门和电池及设备供应厂家的共同检查，当时蓄电池组电压为252V，与充电机输出电压相同。查看蓄电池上铭牌要求单瓶浮充电压应为13.5～13.8V，而实际浮充电压252V大大高于蓄电池规定的浮充电压，蓄电池长期处于过充状态，调低充电机的浮充电压，使之达到正常的浮充电压：13.5*18=243V。阳光电池厂家提供的蓄电池充电曲线如下图,下图中U1为浮充电压，U2为升压电压，先对蓄电池进行电流为0.1C的恒流升压充电,达到升压电压U2时，继而自动切换为浮充电压U1，转为浮充状态进入恒压充电状态。

打开RSD3000―10A/220V高频整流开关电源智能装置的操作界面，在功能控制中调节浮充输出电压值，同时用表测量蓄电池端电压，调节到243V，同时在功能控制中设定升压充电为8个小时且充电电流为0.1C，升压充电的最终电压为259V。

运行人员要经常测试蓄电池组及单瓶电压，使每个蓄电池单瓶电压达到13.2V以上，一个星期后进行一次核对性充放电，检查蓄电池的容量和硫化程度。

核对后，根据情况对蓄电池采取补救措施；

通过这次检查发现迈皋桥主所一组蓄电池容量明显不足，按要求以0.1C（10A）对电流蓄电池放电，3小时内蓄电池单瓶电压不应低于12V，而这次只经过3小时就有3只蓄电池单瓶电压低于12V，最低的7#电池为9.55V。调高蓄电池组充电电压，经过一个多月的浮充充电，对蓄电池的活化作用不明显，个别蓄电池已经硫化严重。

经过了解，迈皋桥主所一组蓄电池于2003年12月初安装时，当时没有电池厂家人员参与，安装人员不了解阀控式铅酸蓄电池的使用要求，没有认真核对设备运行参数是否满足安全运行的要求，对运行人员也没有正确交代蓄电池组及充电机的运行维护情况，使蓄电池长期在过充状态下运行，造成蓄电池的硫化。

生产厂家在设备出厂时，对高频模块输出的升压充电、浮充电压电压设定值较高，远不能达到蓄电池组的运行要求，造成蓄电池组长期过充电。安装后1年内安装人员没有对蓄电池进行核对性充放电，不知道电池的运行情况是否良好，对蓄电池长期过充不了解，错误的以为，阀控式铅酸蓄电池就不用维护管理了。

运行人员没有充分了解蓄电池及充电设备的性能，没有对蓄电池的运行状况进行正确的监测，盲目认为阀控式铅酸蓄电池不用正常测试维护。以上多方面原因使迈皋桥主所一组蓄电池从安装到发现问题，造成蓄电池硫化。

在和设备厂家及电池厂家多次沟通的情况下，对方也认识到自己在安装调试过程中的问题，同意免费为我们更换同一型号的电池18只。迈皋桥主所问题基本解决。

南京地铁一号线一期工程直流设备为一个厂家生产，吸取以上教训，对全部所的设备也进行了一次检查中。检查发现其他部分车站高频模块参数也存在一定偏差，我们及时进行了调整，将蓄电池浮充电压、电池组电压、单瓶电压达到厂家要求。

4.2 车辆基地跟随所电池热失控问题

在车辆基地站为地面站，在夏天时靠配置一台柜机来降温，由于空调故障，使站室内温度偏高，将使站室内温度大幅上升，从而影响蓄电池正常工作。室内温度过高一方面使阀控式密封电池内部失水量加剧，电解液饱和度下降（玻璃纤维棉隔膜内电解液减少）使电池容量降低和电池使用寿命缩短。另一方面由于室内温度过高，将使蓄电池热失控效应加剧，从而造成蓄电池正极板腐蚀速率加剧、极板变形膨胀、电池外壳鼓胀甚至开裂等，最后导致电池容量快速下降，电池寿命缩短，根据相关资料表明，当环境温度超过25℃时，每升高10℃，电池使用寿命将缩短1/2。

为杜绝热失控的发生，要采用相应的措施：

（1）单体电池容量不可过大，将适当容量的电池并联成大容量，有利于散热；

（2）严格控制安全阀质量，避免失灵，保证电池内部气体正常排出；

（3）蓄电池要设置在通风良好的位置，排列不可过于紧密，单体电池间间距最小为5～10；

（4）最重要是密切关注蓄电池的环境温度，确保电池的温度不过高；

5 阀控式铅酸蓄电池和高频充电设备的运行维护

免维护铅酸蓄电池充电方法最好采用恒流恒压方法进行，蓄电池充满后即转为恒压浮充状态。充电机应根据事先设定好的运行参数，自动完成蓄电池的充电过程。充电设备的参数，根据所配蓄电池的参数进行调整正确，一定要保证升压充电、浮充电压电压在合格范围内，保证蓄电池正常浮充电运行，不至于造成过充电。参数设定好后，如无特殊需要，不要随意更改。

影响蓄电池寿命的另一个典型因素是环境温度，一般蓄电池生产厂家要求的环境温度是在20℃一25℃之间，环境温度一旦超过25℃，只要温度每升高10℃，蓄电池的寿命就缩短一半。例如蓄电池的寿命是10年，那么环境温度为35℃时蓄电他的寿命就只有5年，如温度再升高10℃即达到45℃，蓄电他的寿命就只有2.5年甚至更少。

为保证电池有足够的容量，每年要进行一次核对性容量试验，让电池内的活化物质活化，恢复电池的容量。考虑到安全性，放电深度控制在30％一50％为宜，当然有条件时可放电更深一些，这样更容易暴露蓄电池潜在的问题。

注意做好蓄电池日常维护工作，定期清洁并检测蓄电池两端电压；检查连接处有无松动；检查有无腐蚀现象；检查蓄电池外壳是否完好、有无变形和渗漏现象；检查极柱；检查安全阀周围是否有酸雾逸出。

尽量避免蓄电池深度放电，蓄电池的使用寿命与它被放电的深度密切相关。所带的负载越轻，市电供电中断时，蓄电池的可供使用容量与其额定容量的比值越大。当蓄电池电压过低而自动关机时，蓄电池被放电的深度就比较深。

6 该项目经济效益分析

南京地铁一号线有15个地下站，5个地面站，1个车辆段和1个停车场，通过上表统计可知，如果全部更换一次的话投入接近1660多万元，按一组电池的使用寿命10年计算的话，南京地铁一号线电池一年的折旧约166万/年，如果对阀控式铅酸蓄电池及充电设备维护得当的话，至少可延长电池使用寿命3-4年，能带来500―660万元的经济效益。

7 结论

蓄电池是UPS系统的一个里要组成部分，它的优劣直接关系到整个UPS系统的可靠性．然而畜电池却又是整个UPS系统中平均无故障时间最短的一种器件。如果用户能够正确使用和维护，就能够延长其使用寿命，反之其使用寿命会大大缩短。经过几年的实际运行，我们逐渐摸索出阀控式铅酸蓄电池及充电设备运行使用维护的一些经验，对出现的问题能够进行处理和解决，从而保证了应急电源设备的稳定、高效运行。

参考文献：

[1]朱品才等.阀控式密封铅酸蓄电池教程[M].北京:人民邮电出版社,2006.

[2]漆逢吉.通信电源[M].北京:北京邮电大学出版社,2005.

[3]顾保南,叶霞飞.城市轨道交通工程[M]. 武汉:华中科技大学出版社,2010.

[4]刘胜利.电源技术应用[M].西安:电源技术应用出版社,2012.