廖 勇 張濟東

（國家電網重慶市公司 檢修分公司，中國 重慶400039）

0 引言

蓄電池在變電站直流系統(tǒng)的儲能原件，是系統(tǒng)可靠運行的核心部件，為電力系統(tǒng)中二次系統(tǒng)負載提供安全、穩(wěn)定、可靠的電力保障，確保保護設備、通信設備、自動化設備的正常運行。 因此，蓄電池的維護也一直是直流系統(tǒng)維護工作的重點和難點。蓄電池則是直流系統(tǒng)的最后一道防線，它是整個系統(tǒng)運行可靠性賴以依存的最后環(huán)節(jié)，同時也是可靠性最薄弱的環(huán)節(jié)。 有的蓄電池長期未進行過容量檢測，一旦需要蓄電池供電，而被迫投入運行，往往因容量已比額定值大大下降，使蓄電池可供電時間過短，造成系統(tǒng)故障。因此，如何能及時地掌握電池的實際性能，采取什么方法解決好電池的維護、延長電池壽命的問題，是我們運維專業(yè)人員最關心的問題。我們就蓄電池的日常維護和蓄電池常見故障分析處理兩個方面進行交流。

1 蓄電池的特點與工作原理

閥控式密封鉛酸電池，習慣上簡稱免維護電池，在我國推廣應用已有10 多年了，由于其具有體積小、重量輕、自放電小、壽命長、節(jié)省投資、安裝簡便、安全可靠、使用方便、維護工作量少，不溢酸霧、對環(huán)境無腐蝕、無污染等優(yōu)良特性，并可實現(xiàn)無人值守和微機集中監(jiān)控的現(xiàn)代化管理方式，在電力系統(tǒng)中大量使用。 生產廠家從一開始便把閥控式鉛酸蓄電池稱為免維護電池， 承諾該電池的使用壽命為10～20年。

按鉛酸蓄電池中電解液存在的方式，可分為開口式(富液)和閥控式(貧液)兩種。閥控式鉛酸蓄電池的工作原理是氣體再化合，即正極產生的氧氣，通過蓄電池隔板中的孔隙(或膠體的裂縫)與負極活物質和稀硫酸進行反應，再化合成水，同時使負極板的一部分處于放電狀態(tài)，從而抑制氫氣的產生。只要正極板氧氣的產生速度不超過負極板對氧氣的吸收速度，電池中不會有多余氣體產生，電池中的水也不會損失，就可實現(xiàn)密封。蓄電池使用過程中，總有少量的氣體不能被再化合，為防止電池內部壓力過大，在電池蓋上安裝單向閥，排除電池內部多余的氣體，這就是所謂的閥控。

免維護電池的工作原理，基本上仍沿襲傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池，它的正極活性物質是二氧化鉛(PbO2)，負極活性物質是海綿狀金屬鉛(Pb)，電解液是稀硫酸(H2SO4)，其電極反應方程式如下：

正極：PbO2+HSO4-+3H++2e-?PbSO4+2H2O

負極：Pb+HSO4-?PbSO4+3H++2e-

整個電池反應方程式：Pb+PbO2+2H++2HSO4-?2PbSO4+2H2O，即：

PbO2+2H2SO4+Pb?PbSO4+2H2O+PbSO4

（+） （-） （+） （-）

普通的鉛酸電池在充電過程中，正極析出氧氣，負極析出氫氣。

正極：2H2O?O2+4H++4e-

負極：2H++2e?H2

而免維護電池在結構、材料上作了重要的改進，正極板采用鉛鈣合金或鉛鎘合金、低銻合金，負極板采用鉛鈣合金，隔板采用超細玻纖隔板，并使用緊裝配和貧液設計工藝技術，整個電池反應密封在塑料電池殼內，出氣孔上加上單向的安全閥。這種電池結構中，由于閥控式密封鉛酸電池采用無銻的鉛鈣合金，提高了負極析氫過電位，從而抑制氫氣的析出；同時，采用特制安全閥使電池保持一定的內壓，采用超細玻璃纖維隔板，利用陰極吸收技術，通過貧液式設計，在正負極之間、隔板之中預留氣體通道。因此在規(guī)定充電電壓下進行充電時，正極析出的氧（O2），可通過隔板通道傳送到負極板表面，還原為水（H2O），其反應式如下：

正極上：2H2O?O2+4H++4e-

負極上：O2+2Pb?2PbO

PbO+H2SO4?PbSO4+H2O

即電池在充電時，正極板產生的氧氣又復合為H2O，重新回到系統(tǒng)中，實現(xiàn)電池內部氧的循環(huán)復合。 而負極亦因生成PbSO4而使極化電位降低,從而達到負極不析氫，同時電池在充電過程中負極生成的PbSO4被重新還原成海綿狀鉛，因而閥控式密封鉛酸電池可以實現(xiàn)密封，無需添加水。這就是免維護電池特有的內部氧循環(huán)反應機理，在這種理想情下，在電池的充電過程，電解液中的水幾乎不損失，因此在電池的使用過程中可達到不需要加水的目的。

2 影響閥控式鉛酸蓄電池電池壽命的關鍵因素

在實際應用中，導致鉛酸蓄電池失效和損壞的主要原因就是硫化和失水。

2.1 環(huán)境溫度

過高的環(huán)境工作溫度是導致密封免維護電池使用壽命縮短的重要原因。 環(huán)境溫度超過25℃時，溫度每增加10℃，就會導致電池的實際使用壽命縮短一半。

2.2 深度放電

電池放電深度越深，其循環(huán)使用次數(shù)就越少，按廠家的數(shù)據(jù)，當電池放電深度為100%時，電池實際使用壽命約為200～250 次充放電循環(huán)；放電深度為50%時，電池實際使用壽命約為500～600 次充放電循環(huán)。

2.3 長期處于浮充狀態(tài)

蓄電池(組)長期處于浮充狀態(tài)，天長日久，電極將被厚厚的氧化膜所覆蓋，造成電池的陽極極板鈍化，電池的內阻急劇增大，電池的實用容量大大低于其標稱容量。

2.4 過高的充電電壓

充電電壓過高對正常的電池來說， 將不可避免造成電池的失水、電解液的干枯。 最終結果就是電池的失效。

3 蓄電池的日常維護——蓄電池的“溫飽運動”

閥控式密封鉛酸蓄電池的主要優(yōu)點是在充電時在正極板上產生的氧氣，通過隔離柵板到負極，在負極上與鉛、硫酸進行化學反應還原成水，使用時在規(guī)定浮充壽命期內不必加水維護，所以俗稱免維護蓄電池?？梢?，免維護只是與普通蓄電池相比，運行中免去了添加純水或蒸餾水、調整電解液液面的項目，并非免去一切維護工作。蓄電池的維護工作可以概括為四個字——“溫飽運動”。

3.1 “溫”即溫度問題

蓄電池是一種對溫度極為敏感的裝置，電池容量會隨著溫度的變化而改變。 蓄電池的標準環(huán)境溫度范圍是20℃-30℃，一般取25℃為最佳。 溫度越高，放電能力也越強，容量會有一定的增加。 例如溫度從25℃升高到35℃時，容量將上升到額定容量的105%左右，溫度如繼續(xù)上升，容量的增加會很緩慢，最終容量將不會繼續(xù)增加。但是當溫度超過25℃以后，每增加10℃，電池的電化學壽命也將隨之縮減一半。 并且，過高溫度充電容易導致熱失控，使電池變形、鼓包、失效。而溫度降低時，則電池活性減弱，放電能力降低，電池容量將減少。 實際研究發(fā)現(xiàn)，當溫度從25℃下降到0℃時，容量將下降到額定容量的80%左右；當電池溫度從25℃下降到-10℃時，只能放出額定容量的50%左右。

所以，維持電池房合適的溫度，對延長電池壽命，確保系統(tǒng)安全可靠性具有重要意義，我們主要是要防止電池房高溫。

3.2 “飽”即充電問題

大多數(shù)電池損壞與不能及時充電有著很大關系。 市電中斷后，電池不斷放電，電量放完后不能及時充電，導致極板結晶而活性物不能還原，使電池受損，若過放電則會造成電池不可修復的損壞。因此及時對電池充電非常重要。 選擇正確的浮充電壓、均充電壓、充電電流、充電周期是蓄電池能否“吃飽吃好”的關鍵。

3.2.1 關于充電電壓

充電有浮充、均充之分。蓄電池平時處于浮充狀態(tài)，在交流停電后電池容量下降至設定值或電池組里有落后電池時,需要對電池組均衡充電。選擇特定的的浮充電壓和均充電壓是為了使電池在最好的狀態(tài)下運行。浮充電壓過高，電池的浮充電流隨之增大，加快板柵的腐蝕速度，降低電池使用壽命；浮充電壓過低，電池不能維持充足電的狀態(tài)，引起硫酸鹽化，降低電池容量，也會減少電池使用壽命。均充電壓比浮充電壓高，因此要控制均充時間，不能長時間均充。

在25℃時，一般選擇電池的單體浮充電壓為2.25v，單體均充電壓為2.35v。充電電壓還需要隨環(huán)境溫度進行調整，浮充時溫度補償系數(shù)為－3mv/℃/只，均充時為－5mv/℃/只。

3.2.2 關于充電電流

除充電電壓參數(shù)外， 充電電流也是一個影響電池性能的重要參數(shù)。閥控式鉛酸蓄電池的充電電流應采取嚴格限制，合理的建議是：充電采用相對小電流充電，盡量避免大電流充電，大電流充電容易使得生成氣體堵塞氧氣通道，導致板柵腐蝕，極板變形，電池失效。 小電流則有利于氧的再化合反應進行，提高氧的還原率。 所以在開關電源上要對充電電流、充電限流值進行正確設置（充電電流：0.1-0.15C10A，最大充電限流值：0.25C10A）。

3.2.3 開關電源容量

除了設置正確的充電電壓、充電電流外，若開關電源容量不夠，蓄電池同樣“吃不飽”。開關電源要給負載供電，而且要給蓄電池充電，因此開關電源的容量至少要大于負載電流與蓄電池均充電流之和(均充電流以蓄電池組容量的10%估算)。 否則，開關電源需擴容。 在平常使用時，若新增用電設備，開關電源容量一定要同步增加，以免蓄電池欠充電甚至放電現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 “運動”即放電

在運維規(guī)程中， 明確規(guī)定了蓄電池的核對放電和容量試驗要求，但是，實際上，很多電池沒有實施放電。對于電池來說，越不放電，就越不能掌握它的實際容量， 也就越不能把握機房供電的安全可靠性，而且時間越長，心里就越沒有底。

我們對于電池的放電不能簡單的理解，不能僅停留于一個放電檢測的問題，核對放電的重要意義還在于它是一種有效地維護手段。 長期處于浮充狀態(tài)的鉛酸蓄電池由于長期浮充電，電池硫化加深，通過適當?shù)姆烹?、充電循環(huán)，可以有效去除硫化，達到提升電池性能和容量的目的。

大量的研究、試驗表明，長期處于浮充狀態(tài)的電池，進行一次深度放電后，容量一般都能提高5%-15%左右，有的還更高。 由此可見，為了確保機房后備系統(tǒng)的安全可靠性， 必須對電池進行定期核對性放電。

但在放電時，一定要注意設置好放電下限電壓（最低1.80v）和放電電流（小電流放電：硫化物結晶體難以恢復，大電流放電：容易造成極板軟化，）并及時充電，另外，為保證電池的使用壽命，每次放電的深度不能太大，最好不要超過80%。

以上提到的一些需要設置的數(shù)值，由于蓄電池的種類不同，其結構、配液比例等也有差異，大家應根據(jù)各種蓄電池的說明書的要求進行。

蓄電池的日常維護除了“溫飽運動”外，還有其它一些工作，如外觀檢查、清掃除污、連接條檢查、單體端電壓測量等等。

4 蓄電池常見故障分析及應對措施

4.1 全組蓄電池浮充狀態(tài)下蓄電池端電壓差大于行業(yè)標準（±50mv）

蓄電池一般用品牌相同、出廠時間相同、容量相同的48 只蓄電池組成兩組，每組24 只與整流模塊輸出端、通信負載并聯(lián)在一起使用。浮充狀態(tài)下通信電源系統(tǒng)電壓依據(jù)蓄電池制造廠給出的浮充電壓（2.23V/只——2.27V/只）范圍進行設定，一般設定在54V（2.25V/只），結合整流系統(tǒng)對電池電壓的溫度調節(jié)系數(shù)，決定不同溫度下電源浮充狀態(tài)下蓄電池組端電壓的具體值。 在蓄電池剛投入使用的幾年內，全組蓄電池中浮充的端電壓差基本小于行業(yè)標準（±50mv），蓄電池使用幾年后就出現(xiàn)了超標現(xiàn)象，并且使用的時間越長這種現(xiàn)象越明顯。 造成全組中蓄電池浮充的端電壓差超標主要有以下原因:

4.1.1 建設時就埋下了隱患

在建設變電站時，由于工程時間緊、任務重，有時一次購買的蓄電池不能夠滿足多個站點的使用，就造成某些站的電源系統(tǒng)使用兩個批次生產出來的蓄電池，或電源系統(tǒng)的兩組蓄電池由兩個品牌的產品組成。由于不同品牌蓄電池制造工藝不同、極板配方不同、自身內阻不同等因素，隨著使用時間的延長就會產生浮充狀態(tài)下蓄電池電壓差超標的問題。 由于這種原因造成的超標很難通過后天的維護來消除。

因此，建設新的變電站時，蓄電池組的組成一定要使用同品牌、同批次生產的、同容量的蓄電池，即使是同品牌、同容量也要避免使用不同批次生產的出來的蓄電池進行配組，更不能使用不同品牌或新舊蓄電池進行配組。 對于已經使用不同品牌組成的蓄電池組，只能加強巡視，多關注蓄電池的運行狀況，尤其是電壓過高、過低的蓄電池的質量狀況，通過對蓄電池的容量放電來判斷實際容量的大小，從而決定更換時間，避免由于維護人員未能及時發(fā)現(xiàn)蓄電池故障造成事故發(fā)生。

4.1.2 蓄電池極柱與連接條之間的連接出現(xiàn)問題

在蓄電池連接成組的過程中， 由于蓄電池極柱處涂抹的凡士林（或黃油）可能未處理干凈，使得連接條與蓄電池極柱間接觸不良，導致接觸電阻較大，造成這只蓄電池浮充電壓較高。 由于一組蓄電池總電壓是固定的，有電壓較高的蓄電池存在，必然引起有些蓄電池的電壓較低。電壓高、低的蓄電池長期混合使用，就會產生有的蓄電池充電不足、有的蓄電池過充電的現(xiàn)象，進而表現(xiàn)出電壓差超標。這就需要維護人員在每月進行蓄電池端電壓測量時，及時發(fā)現(xiàn)電壓高、低的蓄電池，在確保安全的前提下，擦干蓄電池極柱處涂抹的凡士林（或黃油），擰緊固定連接條的螺絲，消除接觸不良的故障，然后通過對全組蓄電池小容量放電、充電的幾個循環(huán)處理，來改善端電壓差超標的狀況。

4.1.3 由于蓄電池自身質量問題

組成直流系統(tǒng)的兩組蓄電池，即使是同品牌、同批次、同容量、同時投入使用，也會由于制造的差異使得內阻不一致、氣體復合不能完全相同，隨著使用時間的延長，這些細小的差異會逐漸放大，最后表現(xiàn)出浮充狀態(tài)下蓄電池端電壓差超標。 對于這種情況，除了嚴格按照蓄電池廠家推薦的浮充電壓值對通信電源系統(tǒng)進行設置外，還要注意觀察蓄電池電壓的每月變化情況，盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時對端電池超標的蓄電池進行單只充、放電整治，調整蓄電池溫度補償系數(shù)，精確蓄電池端電壓管理，避免蓄電池過充電、過放電的事件發(fā)生，盡可能延緩這種現(xiàn)象出現(xiàn)的時間，從而延長蓄電池的使用壽命。

4.2 爬酸及極柱受腐蝕現(xiàn)象

在由24 只蓄電池組成的一組蓄電池中， 常常發(fā)現(xiàn)有些蓄電池使用時間并不長，但出現(xiàn)了爬酸現(xiàn)象，有的出現(xiàn)在蓄電池的蓋與殼體的連接處，有的出現(xiàn)在極柱與蓋的連接處，有的出現(xiàn)在蓄電池的閥體與蓋的連接處；一些運行了3 年以上蓄電池的極柱受腐蝕現(xiàn)象也時有發(fā)生。對于通信電源的維護人員而言，處理極柱受腐蝕要容易一些，只要徹底清理被腐蝕極柱的表面，擰緊固定連接條的螺絲（但用力不能過大，以免螺絲易溢扣），再涂抹上一些凡士林即可。

對于爬酸問題，如果是蓄電池蓋與殼體、極柱與蓋、閥體與蓋之間的熱封或膠封不嚴、開裂，或是由于極柱與密封膠的粘接處受到腐蝕等原因出現(xiàn)漏液，維護人員很難自行解決，通常是對爬酸電池進行更換。因此，這類故障就要靠維護人員認真執(zhí)行蓄電池維護計表，及早發(fā)現(xiàn)問題，及時解決。

值得注意的是，有些蓄電池閥體處爬酸，可能是由于蓄電池生產時灌酸過多，開閥后氣體將液體帶出來造成。若是這樣，就應及時將每次帶出來的液體擦干凈，隨著蓄電池使用時間的延長，開閥后帶出來的液體越來越少，最后這種現(xiàn)象就會消失，所以，這只是一種假爬酸現(xiàn)象。

4.3 漏液現(xiàn)象

為了與蓄電池的爬酸有所區(qū)別，將蓄電池蓋以下的殼體四周漏液以及殼體底部漏液定義為蓄電池漏液。 這種現(xiàn)象雖然不常見，但也有所發(fā)生。 目前蓄電池外殼一般采用ABS 和PP 兩種材料，雖然ABS 材料的強度較好，但也會因為材料本身的原因、電池搬運磕碰的原因、安裝時基座堅硬物體損傷蓄電池底部等原因造成漏液。發(fā)現(xiàn)漏液蓄電池必須及早采取措施，如果殼體四周有輕微漏液可以采取與殼體材料相同的材料進行粘補，然后將此電池四周緊箍起來，如果殼體四周漏液較多或殼體底部漏液，必須及早更換，否則漏液蓄電池有效極板面積就會下降，容量也隨之下降、內阻也會增加，進而影響整組中其它蓄電池的質量，整組蓄電池的容量也要降低。

4.4 殼體膨脹鼓肚現(xiàn)象

通信用蓄電池的殼體膨脹鼓肚是比較常見的現(xiàn)象。在整組蓄電池中，如果存在端電壓正常的輕微膨脹蓄電池，只要多觀察、多測量，關注其端電壓的每月變化情況、殼體膨脹程度的變化情況，只要沒有較多的變化，就是正常現(xiàn)象。

但如果蓄電池殼體膨脹有明顯鼓肚現(xiàn)象，必須查明原因。因為蓄電池安全閥開閥壓力在10—49kpa 之間，當蓄電池內壓力高于開閥壓力時，閥門自動打開排氣，泄放蓄電池殼內壓力至開閥壓力以下后自動關閉，這樣使蓄電池內保持一定的壓力，有利于氧氣在負極的復合，也防止蓄電池內水分的較多損失。

如果有些蓄電池的開閥壓力過高，就不能及時泄放殼內壓力必然造成蓄電池的鼓肚。 如果蓄電池生產企業(yè)選用的殼體厚度太薄，即使開閥壓力在行業(yè)標準規(guī)定的范圍內，也會出現(xiàn)蓄電池鼓肚現(xiàn)象。 發(fā)生熱失控的蓄電池也會出現(xiàn)鼓肚現(xiàn)象。

對于鼓肚的蓄電池，必須進行全面的質量鑒定，測量其端電壓、進行小容量的放電后采用浮充電壓進行恒壓補充電，觀察鼓肚的變化情況，如果沒有減輕，就應立即對鼓肚的蓄電池進行更換。由于熱失控造成鼓肚的蓄電池，是無法修復的，只能進行更換。

4.5 熱失控故障

蓄電池的熱失控問題也必須引起警惕，因為蓄電池一旦出現(xiàn)熱失控，就意味著全組報廢，不但造成經濟損失，更容易引發(fā)系統(tǒng)事故發(fā)生，所以，必須加強對蓄電池的維護，避免熱失控故障的發(fā)生。

蓄電池熱失控一般是因為安裝得過于緊密，蓄電池殼體之間沒有散熱間隙，當充電電流較大時，蓄電池內部的熱量不能夠及時通過殼體散發(fā)出來，隨著熱量的不斷積累，殼內溫度越來越高，充電電流也會逐漸加大，形成熱量不斷升高的正反饋現(xiàn)象，最終使得蓄電池殼體變形、有的殼體與極柱連接處部分熔化，整組蓄電池全部報廢。

熱失控經常發(fā)生在夏季環(huán)境溫度較高時，因此，在蓄電池安裝時必須嚴格按照生產企業(yè)規(guī)定的安裝方式， 保持適當?shù)男铍姵亻g距，預留充足的散熱空間，同時杜絕過充電、過放電的現(xiàn)象發(fā)生，對于蓄電池運行的環(huán)境溫度采取必要的控制措施， 使蓄電池始終運行在30℃以內。

4.6 蓄電池容量下降過快，使用期過短

蓄電池正常浮充使用的壽命應為8 年左右，一些蓄電池運行了沒幾年，其容量就已經小于額定容量的80%了，這就等于蓄電池的壽命縮短了。 造成這樣的結果原因很多，有的是因為蓄電池本身的質量問題；有的是因為在安裝配組時沒有使用同一批次的產品造成的；有的是因為新舊蓄電池混合使用造成的；有的是維護不當造成的，如過充電、過放電、放電后不及時補充電、浮充電壓過高（低）、蓄電池運行的環(huán)境溫度太高等原因。

對于由于蓄電池本身質量原因造成的蓄電池壽命過短、容量下降過快問題，只能與生產企業(yè)協(xié)商通過更換有問題的電池來解決；上述其他原因引起蓄電池壽命過短、容量下降較快的問題，可以通過日常維護來改善蓄電池質量狀況。

從蓄電池內部化學反應的原理分析，蓄電池容量下降過快的主要原因是極板的不可逆硫酸鹽化。而造成電池硫化的基本原因是長期處于充電不足， 充電不足主要原因是開關電源容量不足和充電電壓太低，而充電電壓低的原因有設置不正確、開關電源電壓表顯示偏高、充電電壓不調整（蓄電池的浮充電壓，應根據(jù)電池的保有容量做適當調整。 在交流市電經常停電的地區(qū)、對容量較低的舊電池都應適度提高浮充電壓，以利于保持較高的保有容量水平）等原因。 因此，要經常檢查開關電源容量是否能滿足蓄電池充電，經常用可信的表測量浮充電壓，對交流市電經常停電的地區(qū)、對容量較低的舊電池都應適度提高浮充電壓。

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