劉建偉

【摘 要】在電力機車運行的過程中，對蓄電池總電壓、總電流，單個充、放電電壓、內(nèi)阻、溫度等各項參數(shù)進(jìn)行實時采集，通過橫向、縱向的比較，判定蓄電池的狀態(tài)，對確保電力機車能夠正常運行有重要的作用。隨著鐵路運輸速度的不斷提高，鐵路機車的安全穩(wěn)定運行變得日益重要。機車上的許多用電設(shè)備都離不開可靠的電源，為此采用蓄電池組作為備用電源，蓄電池工作狀態(tài)的好壞，對于機車的運行至關(guān)重要。蓄電池組在運行的過程中個別蓄電池會因各種故障而失效，造成供電設(shè)備不能正常運行。因此，對機車蓄電池運行參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測對保證鐵路機車安全可靠運行十分重要。

【關(guān)鍵詞】閥控式鉛酸蓄電池 在線監(jiān)測 傳感器 系統(tǒng)設(shè)計

本文以蓄電池運行參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)研究為背景，對蓄電池相關(guān)技術(shù)參數(shù)等進(jìn)行了深入的分析。在現(xiàn)有的電力機車蓄電池在線監(jiān)測技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計一種新型的電力機車蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)，對機車蓄電池運行參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測，對于超出判定標(biāo)準(zhǔn)閥值的蓄電池，可以分檔次實時給出告警信息，幫助檢修人員制定出相應(yīng)的維護(hù)與檢修蓄電池的計劃。

1電力機車蓄電池在線監(jiān)測項點

1.1 機車蓄電池電流

蓄電池的容量與其充放電過程有著密切的關(guān)系，尤其是蓄電池的初次充放電對蓄電池以后的使用壽命有很大的影響；而對蓄電池有重要影響的是蓄電池的充放電電流，充電電流過大，由于電流沿厚度方向的作用深度有限，活性物質(zhì)反應(yīng)只能在蓄電池極板的表面進(jìn)行，會使得蓄電池不能完全充滿電，容量不足，縮短其壽命；放電電流過大會使蓄電池內(nèi)阻迅速增加，端電壓迅速下降，當(dāng)?shù)陀谠试S電壓時，蓄電池的電量已基本放完，不能繼續(xù)放電。

1.2機車蓄電池電壓

常用的檢測蓄電池故障的方法就是平時進(jìn)行的單體蓄電池端電壓測量及容量核對性放電試驗，在浮充狀態(tài)下進(jìn)行的蓄電池端電壓測量本身并不能夠真實的反映蓄電池的性能狀態(tài)，只有存在嚴(yán)重故障的蓄電池端電壓才會異常，但是性能變差或者存在輕微故障的蓄電池在浮充狀態(tài)下也能測得合格的端電壓；而一旦由蓄電池單獨向系統(tǒng)供電，性能變差的或者存在輕微故障的蓄電池放電時，就可能影響整體電池質(zhì)量，無法保證機車正常運行的供電要求，因此對單體蓄電池和蓄電池組的電壓在線監(jiān)測是非常必要的。

1.3機車蓄電池溫度

蓄電池的電壓與溫度有很大的關(guān)系，根據(jù)有關(guān)資料表明，當(dāng)蓄電池溫度每升高1℃，單個蓄電池的電壓將下降約3mV，也就是說，蓄電池的電壓具有負(fù)溫度系數(shù)，其值為-3mV/℃，研究表明，在環(huán)境溫度為25℃時工作很理想的蓄電池，當(dāng)環(huán)境溫度降到0℃時，蓄電池就不能充足電，當(dāng)環(huán)境溫度升到50℃時會使蓄電池過充電，嚴(yán)重過充電會縮短其使用壽命，溫度低于-40℃時，蓄電池雖然還能正常工作，但容量將會下降，因此，對蓄電池的溫度監(jiān)測對延長蓄電池的使用壽命有重要意義。

1.4機車蓄電池內(nèi)阻

蓄電池的內(nèi)阻與其剩余容量之間存在很大的相關(guān)性（ 大約88%），所以可以通過測量蓄電池內(nèi)阻來較準(zhǔn)確地預(yù)測其剩余電量。

1.4.1蓄電池內(nèi)阻和蓄電池老化

根據(jù)蓄電池內(nèi)阻的大小也可以判斷其老化的程度，蓄電池老化與構(gòu)成蓄電池的材料和部件的損壞的速率有關(guān)。固定型閥控鉛酸蓄電池壽命一般都規(guī)定為在環(huán)境溫度25℃浮充條件下的使用年限。

1.4.2蓄電池內(nèi)阻和蓄電池溫度

當(dāng)蓄電池環(huán)境溫度升高時，電解液的活動就會加強，故蓄電池內(nèi)阻減少；當(dāng)蓄電池環(huán)境溫度降低時，電解液的活動減弱，故蓄電池內(nèi)阻增大。當(dāng)溫度較低時（一般25℃以下），蓄電池內(nèi)阻隨溫度變化顯著；當(dāng)溫度較高時（一般25℃以上），蓄電池內(nèi)阻隨溫度變化緩慢。

1.4.3蓄電池內(nèi)阻與蓄電池充放電狀態(tài)

蓄電池在不同的充放電狀態(tài)下其內(nèi)阻值是不同的，滿充電時其內(nèi)阻最小，放電到終止電壓時其內(nèi)阻最大。蓄電池在充電過程中內(nèi)阻逐漸減小，放電過程中內(nèi)阻逐漸增大，故障蓄電池充電時內(nèi)阻減小的速度比正常蓄電池緩慢；放電時內(nèi)阻增大的速度比正常蓄電池快。

1.4.4蓄電池內(nèi)阻與蓄電池浮充電壓

從單體蓄電池故障現(xiàn)象可知，單體蓄電池發(fā)生故障時，其內(nèi)阻增大，浮充電壓上升，但內(nèi)阻增大和浮充電壓上升并不是同時發(fā)生的。電力機車蓄電池的內(nèi)阻與蓄電池的其他參數(shù)存在很大的相關(guān)性，蓄電池內(nèi)阻值可以反映蓄電池性能狀態(tài)。

總之，對電力機車蓄電池運行參數(shù)的在線監(jiān)測對確保電力機車安全、可靠、穩(wěn)定運行有著重要的意義。對電力機車蓄電池充放電電流的在線監(jiān)測采用的是一個單獨的閉環(huán)霍爾電流傳感器，而對于蓄電池電壓、溫度、內(nèi)阻的在線監(jiān)測，采用的是一個智能集成傳感器，這種傳感器集成了電壓，內(nèi)阻，溫度三種傳感器為一體。

2 電力機車蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

2.1系統(tǒng)整體性能要求

（1）故障預(yù)報和狀態(tài)診斷準(zhǔn)確率 ≥80%，無漏報；

（2）主機有中文界面，可實時觀察蓄電池運行時的電壓、電流、溫度等參數(shù)；

（3）實時顯示結(jié)果延時不大于1S；

（4）可在線顯示、查詢，數(shù)據(jù)可下載到地面軟件集中處理；

（5）適應(yīng)機車工作環(huán)境，抗震，工作環(huán)境溫度范圍：-25～+75℃；

（6）程序可在線更新，分析軟件有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能。

2.2系統(tǒng)整體方案

在線監(jiān)測裝置由主機、蓄電池智能傳感器、電流傳感器等部分組成。電力機車蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)分為在線監(jiān)測及保護(hù)裝置部分、地面數(shù)據(jù)分析專家系統(tǒng)兩部分；在線監(jiān)測及保護(hù)裝置負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集記錄、在線狀態(tài)監(jiān)控，具有對蓄電池狀態(tài)初步的判定、提示和警告能力；地面數(shù)據(jù)分析專家系統(tǒng)包括蓄電池監(jiān)測信息數(shù)據(jù)庫、專家分析程序、轉(zhuǎn)儲、查詢、打印等。

3結(jié)語

在對蓄電池的基礎(chǔ)知識的了解與認(rèn)識的前提下，對蓄電池的運行參數(shù)進(jìn)行深入分析研究，通過理論的分析與研究，運用傳感器的原理完成電力機車蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，并進(jìn)行了現(xiàn)場試驗，得到可靠地實驗數(shù)據(jù)，所以運用這套系統(tǒng)基本可以實現(xiàn)機車蓄電池的在線監(jiān)測。