吳利軍

（中國能建江蘇省電力建設(shè)第三工程有限公司）

0 引言

閥控式鉛酸蓄電池是在普通鉛酸蓄電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型蓄電設(shè)備，隨著高頻開關(guān)電源的配套使用，閥控式鉛酸蓄電池已開始被廣泛應(yīng)用。 “免維護(hù)”是相對(duì)于普通鉛酸蓄電池而言的，主要用在無須添加電解液和較低要求的運(yùn)行場(chǎng)所。

國內(nèi)很多發(fā)電廠都使用了多組這種 “免維護(hù)”蓄電池，也曾出現(xiàn)過儲(chǔ)存維護(hù)不當(dāng)、放電不完全、充電模式選擇不正確等原因而造成蓄電池性能降低以及個(gè)別電池報(bào)廢的現(xiàn)象。

1 影響閥控式鉛酸蓄電池使用壽命的主要因素

閥控式鉛酸蓄電池浮充狀態(tài)下正常使用壽命一般為10年，雖然其理論使用壽命可能達(dá)到20年，但實(shí)際情況是這些電池組常出現(xiàn)首充容量不足或者早期失效的現(xiàn)象。其實(shí)，影響蓄電池使用壽命的因素很多，主要有：

1.1 環(huán)境溫度

當(dāng)環(huán)境溫度高于25℃時(shí)，蓄電池的柵板化學(xué)反應(yīng)會(huì)加速，此過程將消耗更多的水，蓄電池的內(nèi)阻將增大，這一過程將使電池壽命縮短，若長期運(yùn)行電池壽命會(huì)降低得更快。因此許多蓄電池的廠家在產(chǎn)品說明書上均標(biāo)明 “蓄電池在25℃的環(huán)境下可獲得較長的運(yùn)行壽命”。

1.2 充電裝置輸出紋波電壓

紋波電壓的存在，使電池在充電過程中伴隨著紋波電壓頻率的輕微放電現(xiàn)象，即正半周充電負(fù)半周放電。紋波電壓超標(biāo)將導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)熱，從而加速電池的老化，使之 “未用先衰”，紋波的存在還增加了電池反極的機(jī)會(huì)。

我們?cè)跍y(cè)量充電裝置直流輸出電壓中的紋波分量時(shí)，使用0.03級(jí)的GDM－8045型臺(tái)式數(shù)字萬用表，為的就是提高測(cè)量精度。同時(shí)還使用Tektronix222型數(shù)字式示波器觀察輸出直流電壓中的紋波幅值和波形，以檢測(cè)和判斷充電裝置性能異常對(duì)電池帶來的可能影響。對(duì)于充電裝置濾波元件的檢查，我們使用數(shù)字式電容電感表進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得數(shù)值與元件的標(biāo)稱參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，誤差較大的堅(jiān)決要求制造廠更換。比如有的充電屏為相控式，在對(duì)屏內(nèi)元件進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)直流電壓輸出主濾波電解電容存在輕微漏電現(xiàn)象，但還沒有影響到正常運(yùn)行，為了防止電容進(jìn)一步出現(xiàn)短路或失容，我們還是予以更換。

1.3 過度充電和放電 （嚴(yán)重硫化）

根據(jù)不同電池的特性，不同的充電方式進(jìn)行充電。恒流充電時(shí)，電池組端電壓達(dá)到充電裝置整定值時(shí)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)為恒壓充電，當(dāng)充電電流慢慢降低到裝置整定值時(shí)再自動(dòng)切換為浮充電方式。這就是蓄電池的正常運(yùn)行充電程序。實(shí)際上蓄電池正常運(yùn)行時(shí)由充電裝置承擔(dān)經(jīng)常性負(fù)荷，并向電池補(bǔ)充充電，從而補(bǔ)償電池的自放電，以便使電池組一直處于滿容量備用狀態(tài)。

雖然閥控鉛酸蓄電池的正、負(fù)極板一般都要選用高等級(jí)的特種鉛合金制造，但長期過充電狀態(tài)下，蓄電池的正極因析氧反應(yīng)，水被消耗，氫離子增加，正極附近酸度增加，電池板柵腐蝕加速，電池容量隨即降低；即使是初充電，滿充電后期因故延長充電，也會(huì)因水損耗加劇，將使蓄電池有干涸的危險(xiǎn)，從而影響蓄電池壽命。電池的充電反應(yīng)過程用化學(xué)式表示為：2PbSO4（晶體）＋2H2O→Pb＋PbO2＋2H2SO4。

蓄電池的過度放電主要是由于交流電源故障停運(yùn)后，需直流電源即蓄電池長時(shí)間供電造成的。當(dāng)蓄電池電壓過低接近零時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部大量硫酸鉛晶體被吸附到蓄電池的陰極表面或極板活性物質(zhì)微孔內(nèi)，即 “硫酸硫化”，陰極表面大量積聚的晶體還會(huì)使極板異常增厚，并通過纖維絕緣隔板對(duì)正極板擠壓造成變形，使電池被永久性的機(jī)械損傷。硫酸鉛是一種絕緣性質(zhì)的硬性結(jié)晶體，它的形成會(huì)使電池內(nèi)阻可能比正常放電狀態(tài)高出很多 （Power電池在正常放電狀態(tài)下的內(nèi)阻是滿充狀態(tài)下的5倍）。雖然硫酸鉛在電池充電過程中還原成鉛，但過度硫化很難還原，因此蓄電池的使用壽命就會(huì)縮短。

1.4 輕負(fù)荷放電

工程實(shí)踐告訴我們，蓄電池放電時(shí)的不同放電率會(huì)使電池有不同的放電時(shí)間，小電流放電率可以得到較長的放電時(shí)間，而且電池經(jīng)過長時(shí)間的放電，端電壓的降低也很緩慢。這是因?yàn)樾铍姵卦诖箅娏鳁l件下晶體形成的速度要比小電流條件下慢，晶體來不及生長就很快被氧化還原了，因而顆粒比較小，容易阻塞極板活性物質(zhì)細(xì)孔；而在小電流條件下，較大的硫酸鉛晶體就不容易被還原。

1.5 壓力閥動(dòng)作次數(shù)

鉛酸蓄電池剛從放電狀態(tài)轉(zhuǎn)入充電狀態(tài)時(shí)，電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)換效率比較高，產(chǎn)生的氣體就比較少；當(dāng)電池接近滿充狀態(tài)時(shí)，電化學(xué)反應(yīng)逐漸趨于平衡，效率降低，此時(shí)基本上為電解水反應(yīng)，氣體產(chǎn)生增多 （氧氣和氫氣），使電池的內(nèi)部壓力略微上升，電池的外壁也隨之出現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象 （即 “脹肚子”），這是一種正?，F(xiàn)象且隨著充電程度的變化而變化。在鼓脹達(dá)到平衡時(shí)，電池的這種特性將有助于提高電池的氣體復(fù)合反應(yīng)效率。

不管是何種外殼，如果電池滿充后仍繼續(xù)充電，而且外殼鼓脹也達(dá)到極限，那么內(nèi)部壓力將可能超過閥門的啟動(dòng)壓力值。實(shí)際上閥門的經(jīng)常開啟，也意味著電池內(nèi)部水的消耗。所以在均充電期間，對(duì)電池的外殼進(jìn)行監(jiān)視和測(cè)量也是必須的，這也是為什么要防止電池過度充電的原因之一。

1.6 熱失控現(xiàn)象

閥控鉛酸蓄電池采用貧液設(shè)計(jì)，充電電流增大時(shí)需要通過安全閥來釋放氣體，造成了蓄電池水量減少、內(nèi)阻增大，充、放電過程中產(chǎn)生大量的熱量，若來不及擴(kuò)散就會(huì)使溫度積累劇增，形成熱失控。

由于閥控鉛酸蓄電池?zé)o法象對(duì)普通鉛酸蓄電池那樣添加電解水，因此對(duì)于有熱失控現(xiàn)象的電池，一般內(nèi)部故障也就非常嚴(yán)重，如果得不到及時(shí)控制，將造成電池容量的大幅度降低，甚至報(bào)廢。

1.7 長期浮充電

蓄電池在長期浮充電狀態(tài)下，會(huì)造成蓄電池的陽極極板鈍化，內(nèi)阻增大，容量降低，使用壽命縮短。比如有的中壓配電站6kV系統(tǒng)，由于平時(shí)操作少（指斷路器分合閘與儲(chǔ)能），保護(hù)和控制直流電源每個(gè)間隔僅消耗0.1A電流，25個(gè)間隔也僅有2.5A，在充電器交流不停電的狀態(tài)下，其直流電源幾乎均由充電器提供。因此，此系統(tǒng)基本上是處于滿充后的長期浮充狀態(tài)。

配電站的蓄電池在首次初充放電結(jié)束浮充一周后，檢查浮充電流值基本穩(wěn)定在0.15A，是滿足要求的。

2 提高閥控式鉛酸蓄電池使用壽命的措施

通過以上因素分析，我們知道只要嚴(yán)格按照電池的特性要求，是可以提高電池的使用壽命的：

2.1 嚴(yán)把設(shè)備定貨質(zhì)量關(guān)

蓄電池選購過程中，要充分了解蓄電池技術(shù)特點(diǎn)和質(zhì)量控制手段等，可在出廠前要求廠家進(jìn)行首次容量實(shí)驗(yàn)。

合理選擇充電設(shè)備。開關(guān)電源具有實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能化管理維護(hù)功能，只要設(shè)置和整定正確，就能使電池時(shí)刻工作在最佳狀態(tài)下，因此選用高質(zhì)量的開關(guān)電源作為充電設(shè)備顯得尤為重要

2.2 嚴(yán)格控制安裝質(zhì)量

安裝質(zhì)量包括儲(chǔ)存、安裝、容量實(shí)驗(yàn)等多個(gè)方面，在安裝前的運(yùn)輸、儲(chǔ)存的過程中杜絕碰撞，在安裝過程中要盡量采用制造廠配供的專用工器具，電池連接板與電極間應(yīng)完整貼合，不平的電極面應(yīng)細(xì)心銼平。連接處太緊會(huì)使電極鉛金屬緩慢變形，接觸壓力降低，連接處變松，甚至永久性損壞電極；連接處太松又會(huì)使匯流條與電極接觸不良，電能消耗大，電極溫度升高，導(dǎo)致電池容量損失，甚至造成人員傷害、設(shè)備破壞。

蓄電池投用前一定要進(jìn)行補(bǔ)充電，因?yàn)樗秀U酸電池在開路狀態(tài)下都存在自放電。蓄電池到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)若不能及時(shí)安裝并充電，經(jīng)過長期的自放電，硫酸會(huì)溶解極板物質(zhì)，在極板上形成硬質(zhì)硫酸鉛晶體，容量必定大量損失，靠單純的浮充是難以恢復(fù)其初始容量的。

從電池開路電壓對(duì)應(yīng)剩余容量關(guān)系曲線可以看出，閥控鉛酸電池在到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)倉庫或安裝后充電前，在開路端電壓為1.98V（指單體2V電池）及以下時(shí)幾乎沒有剩余容量。如不及時(shí)充電，那么過度的自放電會(huì)造成電池極板的永久性損壞。為了避免這種情況發(fā)生，現(xiàn)場(chǎng)要定期檢查單體電池開路端電壓，當(dāng)電池開路電壓降到50%容量對(duì)應(yīng)的電壓值時(shí)就要及時(shí)對(duì)其充電，這個(gè)電壓值對(duì)于2V單節(jié)電池為2.07V，6V電池為6.20V，12V電池則為12.40V。通過電池的開路電壓來判斷其剩余容量還有一定的局限性，但如果電池保持72小時(shí)以上沒有充放電且在開路狀態(tài)，那么精確程度可以達(dá)到＋2.5%。

每節(jié)蓄電池個(gè)體存在自放電大小的差異，造成電池端電壓出現(xiàn)不均衡，若不能及時(shí)補(bǔ)充電，個(gè)別電池會(huì)變成落后電池甚至出現(xiàn)反極現(xiàn)象，這類情況還要進(jìn)行均充程序處理。均充實(shí)際上是靠提高電池充電電壓來實(shí)現(xiàn)。

使用均充程序，要弄清楚當(dāng)前狀態(tài)是否為正常浮充，如果是，那么最好不要轉(zhuǎn)到均充模式。由于均充電壓較高，充電時(shí)要先找出端壓最低的電池并適時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)其電壓連續(xù)3小時(shí)不再上升，且相同時(shí)間內(nèi)充電電流連續(xù)不下降，即可認(rèn)為均充結(jié)束，應(yīng)該將充電模式切換到浮充狀態(tài)。

2.3 提高運(yùn)行維護(hù)質(zhì)量的一些建議

閥控鉛酸電池有與普通鉛酸蓄電池不同的特點(diǎn)，運(yùn)行、維護(hù)人員要充分了解蓄電池產(chǎn)品說明書，了解電池特性，提高運(yùn)維質(zhì)量。

2.3.1 大容量蓄電池室最好安裝空氣溫度調(diào)節(jié)設(shè)備，盡量按說明書要求控制在22℃～25℃之間。這樣就能夠延長蓄電池的壽命，而且還能發(fā)揮蓄電池的最佳容量。環(huán)境溫度對(duì)蓄電池影響較大，雖然高頻開關(guān)電源有溫度補(bǔ)償功能，但其靈敏度和調(diào)整幅度有限。另外，電池在高溫環(huán)境下，某種原因暫時(shí)不能安裝充電時(shí)也要定期檢查單體電池電壓，防止過度自放電造成過度 “硫化”，進(jìn)而導(dǎo)致極板的永久性損壞。

2.3.2 電池的初始充放電循環(huán)非常重要，這個(gè)工作往往決定了電池今后的 “命運(yùn)”。因?yàn)殚y控蓄電池出廠后，制造廠雖然已經(jīng)對(duì)其充足了電能，但電池的電極板并沒有徹底 “活化”，一般都是在現(xiàn)場(chǎng)完成的。初始充放電不正確對(duì)電池造成的傷害很難在今后的運(yùn)行過程中恢復(fù)，對(duì)電極板的損害更是永久性的。電池制造廠家往往在其產(chǎn)品使用說明書上會(huì)具體介紹初始充放電的方法和要求。運(yùn)行后出現(xiàn)異常的 “落后電池”，可選用脈沖充電的方式進(jìn)行充電，往往能使蓄電池被重新 “激活”。

2.3.3 考慮到不均衡性對(duì)閥控鉛酸蓄電池的影響，浮充電壓應(yīng)按下限值設(shè)定。在蓄電池深度地放電后，或經(jīng)過3－4個(gè)月運(yùn)行后，應(yīng)采用均衡充電方式進(jìn)行補(bǔ)充電。均充時(shí)要注意環(huán)境溫度變化，同時(shí)應(yīng)隨環(huán)境溫度的升高降低充電電壓值。

2.3.4 定期檢查充電設(shè)備運(yùn)行參數(shù)是否在合格范圍內(nèi)，有無故障信號(hào)。正常蓄電池的浮充電壓不應(yīng)超過制造廠給定的浮充值，并利用電壓調(diào)節(jié)系數(shù)＋0.005V／℃來調(diào)整浮充電壓的數(shù)值。為了避免紋波超標(biāo)，應(yīng)經(jīng)常檢查充電裝置的濾波元件并及時(shí)更換。

2.3.5 定期檢查電池單體端電壓及整組電壓是否異常。電池端電壓在浮充和放電狀態(tài)都要測(cè)量。浮充狀態(tài)是因外加電壓的存在，測(cè)量出的電池端電壓有可能是假象。有些電池反極或開路也能測(cè)量出正常電壓值，這實(shí)際上是外加電壓在該電池兩端造成的電壓差。定期在放電時(shí)測(cè)量端電壓可以避免這種情況的發(fā)生。

2.3.6 每年要進(jìn)行一次容量恢復(fù)試驗(yàn)，即 “大充大放”，讓電池內(nèi)的活化物質(zhì) （鉛綿）活化，恢復(fù)容量。將電池組充電至滿充狀態(tài)并脫離充電器后，靜置1～2h，待電池溫度與環(huán)境溫度基本一致再進(jìn)行放電，這時(shí)應(yīng)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度并保持在5℃～35℃之間。在電池組兩端加上可調(diào)負(fù)載，使電池組的放電電流為10小時(shí)放電率 （I10），放電過程中電流波動(dòng)不得超過＋1%。定時(shí) （一個(gè)小時(shí)一次）記錄電池端電壓、放電電流、放電時(shí)間及環(huán)境溫度，直到單體電池電壓降至1.8V（2V電池），應(yīng)停止放電，并記錄時(shí)間，計(jì)算電池容量。

特別注意的是放電期末應(yīng)隨時(shí)測(cè)量并記錄，以便確定電池放電到終止電壓的準(zhǔn)確時(shí)間。放電時(shí)如電池所處的環(huán)境溫度偏離25℃，則需要用將實(shí)測(cè)容量Ct換算成25℃基準(zhǔn)溫度的實(shí)際容量C25。

靜置2小時(shí)后，再用10小時(shí)率電流進(jìn)行恒流充電，使單節(jié)電池電壓上升到2.35V，保持8小時(shí)均衡充電后，將恒壓充電電壓改為2.25V進(jìn)行浮充電。

2.3.7 閥控鉛酸蓄電池運(yùn)行到使用壽命的一半時(shí)，應(yīng)增加檢測(cè)頻次，尤其是對(duì)單體12V以上的電池。若發(fā)現(xiàn)電池內(nèi)阻突然增加或電壓有數(shù)值不穩(wěn)，應(yīng)立即進(jìn)行活化處理。

2.3.8 在電池實(shí)際使用中往往忽略外觀的檢查，其實(shí)應(yīng)當(dāng)定期檢查。具體應(yīng)檢測(cè)電池外殼有無異常變形或發(fā)熱現(xiàn)象，檢查釋壓閥周圍是否有噴射污點(diǎn)，檢測(cè)安全閥是否擰緊或損壞。同時(shí)，定期清潔蓄電池外壁，尤其是正負(fù)電極間有導(dǎo)電性的脹污時(shí)會(huì)造成電池“爬電”現(xiàn)象，同時(shí)外殼的脹污也會(huì)降低直流回路的絕緣電阻。

2.3.9 蓄電池運(yùn)行環(huán)境不能出現(xiàn)過急的溫度變化，夏天應(yīng)加強(qiáng)排風(fēng)，冬天應(yīng)適當(dāng)保溫，使電池能有適宜的運(yùn)行環(huán)境。

3 結(jié)束語

總之，閥控鉛酸蓄電池的全密封外殼僅僅是其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不能認(rèn)為就不需維護(hù)。使用中不僅要重視閥控鉛酸蓄電池充電和放電的正確方式，而且要重視對(duì)蓄電池的維護(hù)。根據(jù)閥控式電池不同的特點(diǎn)，嚴(yán)格按照制造廠家的技術(shù)要求，關(guān)注影響電池使用壽命的主要因素，提升維護(hù)水平，以達(dá)到提高電池使用壽命、保障發(fā)電廠安全運(yùn)行之目的。