羅生龍
摘 要:蓄電池作為機車上備用控制電源和啟動電源,它與控制電源柜并聯(lián)運行,起著十分重要的作用。蓄電池一旦出現(xiàn)故障,將直接導致電力機車升不起受電弓、無法進行低壓試驗和提供照明用的低壓電源。目前,C4級修后的HXD1C型電力機車蓄電池出現(xiàn)故障的質量問題頻繁發(fā)生,本文針對這一問題對C4級修后的HXD1C型電力機車蓄電池故障現(xiàn)象進行了具體故障原因分析,并提出了解決該問題的辦法。
關鍵詞:HXD1C型機車;蓄電池;虧電;鼓包;C4級修
1 引言
目前,HXD1C型電力機車裝車的蓄電池全部采用閥控式密封鉛酸蓄電池,每節(jié)蓄電池標稱電壓2V,容量為170A.h。該閥控式密封鉛酸蓄電池作為電力機車的直流電源,主要采用浮充電方式工作,其主要特點是使用過程無污染、常溫和低溫啟動性能良好、絕緣性能優(yōu)良以及荷電能力強等。但是,根據(jù)客戶反饋的質量信息,C4級修后的HXD1C型電力機車運用不久便出現(xiàn)蓄電池故障,甚至出現(xiàn)整臺車蓄電池鼓包、虧電的現(xiàn)象,影響到機車的正常運用,導致客戶的不滿。因此有必要對C4級修后的HXD1C型電力機車蓄電池故障進行研究分析,并提出解決辦法,以降低蓄電池的故障率。
2 閥控式密封鉛酸蓄電池的工作原理
鉛酸蓄電池是一種化學電池,它的整個工作過程就是不斷地放電和充電,充電時將電能轉化為化學能在電池內儲存起來,放電時將化學能轉化為電能進行釋放。其充電和放電過程是經(jīng)過電化學反應完成的,其化學反應為:pbO2+pb+H2SO4=2pbSO4+2H2O,在充電時,在電能的作用下,轉化為二氧化鉛、鉛和硫酸,也就是充電是電能轉化為化學能的過程。放電時正極板接受了負極板送來的電子,鉛離子由正4價變?yōu)檎?價,與硫酸根接觸生成難溶于水的硫酸鉛,負極的鉛由于輸出兩個電子,變成正2價,同樣也生成硫酸鉛。也就是說放電時有儲存的化學能轉化為電能。
3 HXD1C型電力機車蓄電池故障原因分析
經(jīng)過對C4級修后的HXD1C型電力機車質量信息進行統(tǒng)計,蓄電池故障的主要形式表現(xiàn)為蓄電池鼓包、漏液、虧電等,發(fā)生故障的時間主要集中在C4級修后一年的時間內。由于《HXD1C型電力機車檢修技術規(guī)程》(C1-C4修)只要求對蓄電池進行充電,檢測容量不低于額定容量的80%,檢測合格即可裝車使用,故在機車C4級修檢修時并未對蓄電池進行更新。因此,針對C4級修后出現(xiàn)的蓄電池故障質量問題需要從多方面進行原因分析,其中影響閥控式密封鉛酸蓄電池的因素主要有:使用年限、新舊蓄電池混裝、使用溫度及充電電壓、電池維護保養(yǎng)不到位等。
3.1使用年限的影響
閥控式密封鉛酸蓄電池的正常壽命是4年,隨著使用年限的增加,其內部電解液的飽和程度會下降,電壓會趨于均勻,經(jīng)過一段時間的運行后,其充放電形成的后期生成物將導致內阻的增加,加上蓄電池的自然損耗,最終蓄電池的實際容量將逐年下降,從而影響到蓄電池的性能,儲存電能的能力變弱。
3.2新舊蓄電池混裝的影響
對于不同使用年限的蓄電池進行混用時,在相同放電率和放電時間的條件下,就會出現(xiàn)舊電池放電深度更深。而在恢復充電時,由于新電池內阻相對較小,其充電效率較舊電池更加快,一旦新電池早于舊電池充足電后,整流器采集到的數(shù)據(jù)卻依然有電流在充電,那么結果將是,高電壓對于已充足電的電壓而言,其作用只是作為電解水,電解水的結果是產(chǎn)生熱以及電解液密度增加,幾個循環(huán)后,新電池將加速老化而失效。而此時新電池與舊電池并聯(lián)使用,在整流器仍然在充電的狀態(tài)下,新電池也參與對舊電池的充電。綜上所述,新舊電池混裝有三種影響:一是內阻不一將造成充放電效率不一致;二是電池內部活性物質活化程度不一將造成極化不一致,在大電流放電情況下,容易出現(xiàn)瞬間放不出電的情況;三是在型號相同的情況下,由于生產(chǎn)時間跨度比較大,其生產(chǎn)現(xiàn)場的溫度等外部因素控制及使用后期的影響,其新舊電池的電解液密度必定有所差異,而電解液密度是決定電池電壓的最重要參數(shù)。將跨度比較長的新舊電池混裝,將加速新電池的老化,而舊電池則容易造成欠充電,使電池硫酸鹽化,經(jīng)過一段時間的運行將由于容量問題而影響蓄電池性能,同時對后期的維護工作造成很大的不確定性。而在放電的過程中,由于新舊兩組電池本身的容量和內阻相差較大,舊電池的電壓降得比新電池要快,這樣勢必會造成在放電時,新電池既要給設備供電又要給舊電池供電,大大縮短新電池的壽命。
3.3使用溫度及充電電壓的影響
閥控式密封鉛酸蓄電池最佳使用溫度為25℃,蓄電池允許浮充使用和循環(huán)使用。其充電方法分兩種:
浮充充電:限流17~25.5A,恒壓2.25V/單體進行充電;
均衡充電:當蓄電池遇下列情況時,需進行均衡充電
1)蓄電池系統(tǒng)裝車前,可對蓄電池組進行地面均衡充電;
2)蓄電池擱置超過3個月;
3)單體蓄電池開路電壓低于2.1V 或蓄電池組浮充使用時單體蓄電池電壓低于2.18V;
4)蓄電池組全浮充運行2個月;
5)蓄電池組每次放電使用后一般需及時進行補充電。
均衡充電的方法是,以恒壓2.4V/單體、限定電流17~25.5A 充電,充電未期電流連續(xù)3小時保持不再下降可視為充電結束。
浮充充電與均衡充電均以常溫25℃為基準,如環(huán)境溫度不是25℃時,應按表1蓄電池充電電壓值及限流值進行電壓調整:
由表1及表2可知,HXD1C型電力機車蓄電池在額定輸出充電電壓115.2 V和額定浮充電108.0V時,其對應的最佳環(huán)境溫度值為20℃-29℃,但經(jīng)驗證HXD1C型電力機車在運行時機械間內的實際溫度都要超過29℃,夏季高溫時機械間內的溫度甚至高達40℃,已超過正常蓄電池浮充電壓時對應的溫度范圍,蓄電池已進入過充狀態(tài),當密封蓄電池處于過充狀態(tài)時,沒有純化學反應,幾乎所有過充的能量都轉化為熱能,當熱量的升高率超過了散熱率時,蓄電池的溫度就會升高并且需要更大的電流來維持充電電壓,額外的電流又引起化合反應和熱量的產(chǎn)生,從而進一步使蓄電池溫度升高,并如此往復,影響到蓄電池的整體性能。
4 HXD1C型電力機車蓄電池故障的整改措施
一是根據(jù)單節(jié)電池的內阻和容量應該進行嚴格的配組,避免容量相差較大的蓄電池進行拼裝,特別是新舊電池的搭配、混裝時,同一臺機車的蓄電池生產(chǎn)時間相差不能超過一年。二是機車蓄電池避免長時間、大電流充電或放電,因為這樣會使電池溫度急劇上升、電池發(fā)生膨脹鼓包,電池的極板硫化速度也會加快,電池充放電電流越大,其循環(huán)使用的次數(shù)就越少,對電池的使用壽命影響非常大。在機車檢修完成后無火回送的過程中,盡可能少用照明電器,避免無火回送的過程中蓄電池虧電嚴重充不進電。三是定期對蓄電池進行保養(yǎng),蓄電池在使用一定時間后,應對蓄電池進行充電、檢查,如觀察其外觀是否異常,測量各電池電壓是否均勻等。四是改善蓄電池柜的通風散熱條件,降低電池環(huán)境溫度,確保蓄電池工作在比較適宜的溫度。
5 結束語
總之,對HXD1C型電力機車蓄電池故障進行原因分析很有意義,通過制定相應的整改措施,不僅可以降低蓄電池的故障率,同時使蓄電池能夠延長使用壽命或在壽命期內更好地發(fā)揮作用,以節(jié)約檢修成本。
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