在直流供電系統(tǒng)中,后備蓄電池組是整個(gè)通信供電系統(tǒng)的最后一道供電保障防線(xiàn),又是電源維護(hù)工作的重點(diǎn)與難點(diǎn),在通信設(shè)備供電中斷的事故中,由蓄電池組引發(fā)的故障所占比重較大。其原因之一是蓄電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及不可預(yù)見(jiàn)性;其次是蓄電池組受環(huán)境溫度、溫度補(bǔ)償、浮充電壓、充電電流和電池的深淺放電等諸多因素的影響。到目前為止,除了對(duì)蓄電池容量放電實(shí)驗(yàn)外,很難對(duì)蓄電池組性能進(jìn)行全面定性、定量的測(cè)試分析,特別是蓄電池組引發(fā)的障礙一旦發(fā)生,將會(huì)造成直流供電系統(tǒng)中斷的事故。因此,為確保通信網(wǎng)絡(luò)的供電安全,必須根據(jù)閥控密封鉛酸(VRLA)蓄電池的特點(diǎn)及科學(xué)有效的維護(hù),確保通信設(shè)備直流供電安全、穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保。

1 VRLA蓄電池的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

(1)VRLA蓄電池的結(jié)構(gòu)

VRLA蓄電池的基本結(jié)構(gòu)是由正負(fù)極板、超細(xì)玻璃纖維隔膜、電解液、安全閥、導(dǎo)電端子以及殼蓋、殼體組成,如圖1所示。正負(fù)極板是電化學(xué)反應(yīng)的區(qū)域,在板柵上敷涂鉛膏經(jīng)過(guò)固化、化成等工藝處理后形成。正極板有效成分為二氧化鉛,負(fù)極板有效成分為海綿狀鉛。隔板為孔率在93%以上超細(xì)玻璃纖維組成。安全閥是一種排氣裝置,釋放多余的氣體來(lái)保持電池的氣密性和液密性,并保持電池內(nèi)部壓力在最佳的安全范圍內(nèi)。電池端子與負(fù)載連接起到傳導(dǎo)電流的作用,電池槽和外殼是由阻燃材料ABS或PP等樹(shù)脂材料構(gòu)成。

(2)VRLA蓄電池的特點(diǎn)

VRLA蓄電池在充電過(guò)程中,負(fù)極反應(yīng)近似為還原反應(yīng),所以負(fù)極也稱(chēng)為陰極。VRLA蓄電池電池負(fù)極活性物質(zhì)相對(duì)于正極有盈余,超細(xì)隔板透氣性好,能吸附全部電解液,使電解液在蓄電池內(nèi)部無(wú)流動(dòng)性,同時(shí)又有自動(dòng)開(kāi)、閉的安全閥,保證了正極產(chǎn)生的氧氣,在蓄電池內(nèi)部以循環(huán)的方式被陰極吸收,即稱(chēng)為陰極吸附式原理。由于VRLA蓄電池具有獨(dú)特的內(nèi)部設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),保證了電池內(nèi)部氧氣循環(huán)復(fù)合的有效建立。在傳統(tǒng)消氫和防酸隔爆鉛酸蓄電池的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn),已成為一種新型的換代產(chǎn)品,并廣泛地應(yīng)用于通信行業(yè)。它與消氫和防酸隔爆式蓄電池相比,具有以下幾個(gè)特點(diǎn):電池在密封貧液狀態(tài)下運(yùn)行;不需要補(bǔ)酸和添加蒸餾水,無(wú)需測(cè)量電解液比重,電池內(nèi)部使用了不流動(dòng)電解液;有效防止了電解液分層,自放電率小,在標(biāo)準(zhǔn)溫度下每月自放電小于3%,可以立放和臥放兩個(gè)方向放置;能與通信設(shè)備同室安裝,采用陶瓷過(guò)濾器基本無(wú)酸霧逸出;不漏液、不腐蝕設(shè)備,對(duì)環(huán)境污染小,但運(yùn)行時(shí)對(duì)環(huán)境溫度和浮充電壓要求較嚴(yán);沒(méi)有記憶效應(yīng);比能量較高,具有大電流放電能力。

2 VRLA蓄電池的充、放電性能

VRLA蓄電池的充電可分為浮充式、恒壓限流式和遞增電壓式三種,在電池放電時(shí)間短或補(bǔ)償電池內(nèi)部自放電而產(chǎn)生的容量損失時(shí),采用浮充方式充電。當(dāng)電池放電時(shí)間較長(zhǎng),蓄電池容量損失較大或同組電池中各單體電池端電壓差大于100mV時(shí),應(yīng)采用恒壓限流式或遞增電壓式充電。遞增電壓式也就是充電電壓值小于或等于均充電壓值。但是,若環(huán)境溫度過(guò)高,造成蓄電池內(nèi)阻變化,則浮充電壓提高,導(dǎo)致充電電流增大,造成蓄電池失水過(guò)快,蓄電池容量下降,使蓄電池壽命縮短。所以浮充電壓必須隨溫度的變化進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償,標(biāo)準(zhǔn)溫度為25℃時(shí),一般溫度每增加或減少1℃,則浮充電壓應(yīng)減少或增加1～3mV。對(duì)于樞紐樓環(huán)境溫度較好,電池溫度補(bǔ)償電壓應(yīng)設(shè)定每度補(bǔ)償1mV為佳。

VRLA蓄電池放電時(shí),可分為放電時(shí)間率和放電電流率兩種放電規(guī)則,放電時(shí)間率是在一定的放電條件下,放電到終止的時(shí)間長(zhǎng)短,放電時(shí)間率有20、10、5、3、1、0.5小時(shí)率。而放電電流率,是比較標(biāo)稱(chēng)容量不同的蓄電池放電電流大小而定的,通常以10h電流放電率為標(biāo)準(zhǔn),即蓄電池在標(biāo)準(zhǔn)溫度25℃時(shí),按10小時(shí)率電流放電到電池端電壓為1.8V/只,電池所能達(dá)到的容量為電池的額定容量。

3 影響VRLA蓄電池的重要因素

(1)溫度對(duì)VRLA蓄電池的影響

VRLA蓄電池在浮充狀態(tài)下,電池內(nèi)部產(chǎn)生的氣體通過(guò)氧復(fù)合反應(yīng)被負(fù)極板吸收變成水回到電池內(nèi)部,不會(huì)使電解液枯竭引起容量降低。但環(huán)境溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度而升高時(shí),將使電池水分子過(guò)度損失,提高了電解液濃度,從而加速合金腐蝕速度。若長(zhǎng)期處于這一環(huán)境中,蓄電池正、負(fù)極板板柵慢慢穿孔損壞,易使活性物質(zhì)附著能力減弱而脫落。所以,環(huán)境溫度的升高,雖使容量有所增加,但高溫又會(huì)使蓄電池正、負(fù)極板腐蝕劇增,嚴(yán)重地影響電極反應(yīng)速度,同時(shí)環(huán)境溫度過(guò)高時(shí),蓄電池內(nèi)部氣體產(chǎn)生的壓力增加。當(dāng)蓄電池內(nèi)部壓力到10～35kPa時(shí),蓄電池安全閥打開(kāi),內(nèi)部水分子損失,降低了電池的額定容量,影響蓄電池的使用壽命。所以要求電池室標(biāo)準(zhǔn)溫度保持在20～25℃,若環(huán)境溫度高于標(biāo)準(zhǔn)溫度10℃,則電池壽命將降低一半。

(2)浮充電壓對(duì)VRLA蓄電池的影響

由于環(huán)境溫度變化,將引起參加反應(yīng)的離子數(shù)、PbSO4溶解度、溶解速率等的變化,同時(shí)將引起電池內(nèi)阻的變化,從而導(dǎo)致浮充電壓隨之變化。VRLA蓄電池浮充電壓過(guò)高,會(huì)使正極的析出量增加,氣體再化合效率低,蓄電池內(nèi)部壓力升高,在形成氣泡的過(guò)程中,氣壓強(qiáng)力沖擊正極板柵,使正極板柵腐蝕,活性物質(zhì)與板柵結(jié)合力變差,甚至脫落。這樣,影響正極活性物質(zhì)的使用壽命,使電池的容量下降,而且使氣閥開(kāi)啟次數(shù)增加,蓄電池內(nèi)部水分喪失,導(dǎo)致蓄電池容量下降。同時(shí)由于VRLA蓄電池結(jié)構(gòu)上的密封性,又無(wú)游離電液,導(dǎo)致其散熱條件比普通電池的散熱條件要差。因而VRLA蓄電池對(duì)環(huán)境溫度變化引起的電池過(guò)充電更為嚴(yán)重。

若VRLA蓄電池浮充電壓過(guò)低,會(huì)使蓄電池經(jīng)常處于欠充電狀態(tài),負(fù)極就會(huì)逐漸形成一種堅(jiān)硬的硫酸鉛枝體結(jié)晶,該晶體幾乎不溶解,用常規(guī)方法充電很難使它轉(zhuǎn)化為有效的活性物質(zhì),進(jìn)而大大減少了蓄電池的實(shí)際容量,從而使蓄電池在放電時(shí)放不到額定容量。一旦市電停電,柴油發(fā)電機(jī)組未及時(shí)起動(dòng),通信設(shè)備供電將中斷,后果不堪設(shè)想。

(3) 浮充電流對(duì)VRLA蓄電池的影響

由于VRLA蓄電池在浮充工作時(shí),其負(fù)極電位近似為開(kāi)路平衡電極電位,浮充電流值僅與正極電位和環(huán)境溫度有關(guān),所以在同一浮充電壓下,浮充電流會(huì)隨溫度的升高而增大,雖然各蓄電池廠家浮充電壓與浮充電流和環(huán)境溫度的特性略有不同,但是浮充電流是隨浮充電壓的增大而增加的,浮充電流隨環(huán)境的溫度升高而增加。這種現(xiàn)象可以從開(kāi)關(guān)電源監(jiān)控模塊電池充電電流顯示出來(lái),它與用數(shù)字鉗型電流表測(cè)試的數(shù)據(jù)一樣,所以開(kāi)關(guān)電源監(jiān)控模塊對(duì)電池組必須按0.1C10設(shè)定浮充限流值。

4 VRLA蓄電池安裝時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)

雖然VRLA蓄電池出廠時(shí),極板都進(jìn)行了充、放電活化。但如果蓄電池的安裝日期距出廠日期時(shí)間較長(zhǎng),經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的自放電,容量必然大量損失,靠單純的浮充難以恢復(fù)其初始容量。并且,由于單體蓄電池自放電大小的差異,致使各蓄電池的端電壓出現(xiàn)不均衡,個(gè)別電池會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展成落后電池甚至出現(xiàn)反極現(xiàn)象,所以VRLA蓄電池?cái)R置三個(gè)月不用,必須進(jìn)行補(bǔ)充電。

新蓄電池安裝前測(cè)量開(kāi)路電壓,開(kāi)路電壓差值不大于20mV,并做好蓄電池測(cè)試紀(jì)錄。此后應(yīng)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充充電,在2.35V的補(bǔ)充充電電壓下充電24h、2.40V充電12h,充電后期充電電流小于蓄電池10小時(shí)率的千分之三,測(cè)量單體蓄電池電壓并紀(jì)錄,此時(shí)蓄電池補(bǔ)充充電完成,斷開(kāi)蓄電池與充電設(shè)備的所有連接線(xiàn)。靜置2～4h后,用假負(fù)載對(duì)蓄電池按10小時(shí)率進(jìn)行容量試驗(yàn),試驗(yàn)時(shí)每小時(shí)對(duì)蓄電池的總電壓、放電電流、單體蓄電池電壓進(jìn)行記錄,蓄電池放電后期,每10min檢測(cè)單體蓄電池電壓低的電池,若某只蓄電池端電壓低到1.8V,應(yīng)馬上停止放電。計(jì)算出實(shí)際蓄電池放出的容量和蓄電池容量與溫度關(guān)系曲線(xiàn)是否一致,若基本一致,證明蓄電池放電試驗(yàn)合格。

蓄電池按10小時(shí)率放電時(shí),如果溫度不是25℃,則應(yīng)將實(shí)際測(cè)量的容量按下式換算成25℃時(shí)的容量

式中,t—放電時(shí)的環(huán)境溫度;

K—溫度系數(shù):

10小時(shí)率放電時(shí),K=0.006/℃

3小時(shí)率放電時(shí),K=0.008/℃

1小時(shí)率放電時(shí),K=0.01/℃

Cr—試驗(yàn)溫度下的電池容量。

對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。若到放電終止時(shí),電池組放出的容量根據(jù)環(huán)境溫度進(jìn)行核算沒(méi)有達(dá)到所規(guī)定的額定容量,電池組的出廠容量可能存在問(wèn)題,應(yīng)及時(shí)聯(lián)系相關(guān)廠家前來(lái)處理。

對(duì)蓄電池進(jìn)行充電時(shí),開(kāi)關(guān)電源浮充電壓、均充電壓、均充轉(zhuǎn)浮充電壓、充電限流及電池溫度補(bǔ)償電壓等的設(shè)置正確后,對(duì)蓄電池按10小時(shí)率的電流模式進(jìn)行穩(wěn)壓限流充電,限流值取0.1C10,充電時(shí)每?jī)尚r(shí)對(duì)電池總電壓、總充電電流和單體電池電壓進(jìn)行測(cè)量并記錄,充入的電量應(yīng)大于放出電量的1.2倍以上,待蓄電池充電電流小于電池0.01C(即10A)左右或充電電流3小時(shí)不變時(shí),證明蓄電池電量已經(jīng)充滿(mǎn),此時(shí)電池組可以進(jìn)入供電系統(tǒng)運(yùn)行。

5 VRLA蓄電池工作的環(huán)境及其溫度補(bǔ)償

如上所述,溫度和浮充電壓的變化將給VRLA蓄電池帶來(lái)嚴(yán)重危害,造成蓄電池過(guò)量腐蝕、極板過(guò)度腐蝕或水分過(guò)量流失,從而使壽命銳減或容量陡降。為解決這一關(guān)鍵性問(wèn)題,必須密切關(guān)注VRLA蓄電池的溫度補(bǔ)償。蓄電池必須與具有溫度補(bǔ)償功能的智能型開(kāi)關(guān)電源配套使用。其實(shí)目前大多數(shù)智能型開(kāi)關(guān)電源都有溫度補(bǔ)償功能,但由于未引起重視而使該功能長(zhǎng)期處于取消狀態(tài),造成不必要的損失。

VRLA蓄電池應(yīng)工作在適宜的環(huán)境溫度下,環(huán)境溫度對(duì)VRLA蓄電池的放電容量、壽命、自放電、內(nèi)阻等方面都有較大影響。開(kāi)關(guān)電源都有電池溫度補(bǔ)償功能,每度每只蓄電池補(bǔ)償1～3mV。對(duì)于樞紐樓由于冬季和夏季環(huán)境溫度在20～25℃之間,蓄電池的溫度補(bǔ)償應(yīng)該設(shè)定為1mV為佳;而對(duì)于環(huán)境較差的移動(dòng)基站和接入網(wǎng)的單體蓄電池溫度補(bǔ)償應(yīng)該設(shè)定為每度補(bǔ)償3mV;對(duì)于樞紐樓和數(shù)據(jù)中心大型UPS蓄電池組,由于UPS的穩(wěn)壓精度為±1%,電壓波動(dòng)不大,不必加溫度補(bǔ)償功能?？傊?VRLA蓄電池的最佳工作環(huán)境溫度為20～25℃之間。

開(kāi)關(guān)電源監(jiān)控模塊接入蓄電池的溫度傳感器應(yīng)盡可能放置在最接近每組電池溫度最高點(diǎn)的地方,建議將其放置在每組蓄電池的中間位置的單體電池上。當(dāng)啟動(dòng)電池溫度補(bǔ)償功能之后,浮充電壓和均衡電壓都按照以下方式進(jìn)行補(bǔ)償:

Utc=Un-TC×N(T-20)

式中,Utc-經(jīng)溫度補(bǔ)償后的浮充或均充電壓;

Un-未經(jīng)補(bǔ)償?shù)碾妷?即開(kāi)關(guān)電源設(shè)置的浮充

或均充電壓;

TC-在監(jiān)控模塊前面板上設(shè)置的補(bǔ)償系數(shù),單

位:mV/℃;

N-每組電池的只數(shù),對(duì)于48V系統(tǒng)為24節(jié);

T-溫度傳感器指示的溫度(單位:℃)。溫度補(bǔ)償功能的溫度有效范圍是:10～35℃。

監(jiān)控模塊的面板上有“設(shè)定系數(shù)”按鍵,按設(shè)定系數(shù)按鍵后,監(jiān)控模塊上的字母數(shù)字顯示器將顯示當(dāng)前的補(bǔ)償系數(shù),該值可以通過(guò)“增加”、“減小”和“確認(rèn)”鍵進(jìn)行修改,電池溫度補(bǔ)償系數(shù)的范圍在0.1～5mV/℃。

當(dāng)監(jiān)控模塊檢測(cè)到蓄電池的溫度與設(shè)定的溫度有差異時(shí),監(jiān)控模塊能夠根據(jù)上述方程式設(shè)定的反比例關(guān)系對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)整,浮充電壓會(huì)自動(dòng)跟隨電池溫度變化而進(jìn)行補(bǔ)償。所以,由于VRLA蓄電池獨(dú)有的特性,應(yīng)采取相應(yīng)的維護(hù)管理措施,而解決電池溫度補(bǔ)償問(wèn)題,根據(jù)環(huán)境溫度對(duì)蓄電池電壓進(jìn)行補(bǔ)償是最簡(jiǎn)單有效的方法,也是提高蓄電池使用年限,保障供電安全的最佳選擇。

6 VRLA蓄電池的核對(duì)性放電試驗(yàn)和容量放電試驗(yàn)

(1)VRLA蓄電池的核對(duì)性放電試驗(yàn)

VRLA蓄電池端電壓的測(cè)量不能只在浮充狀態(tài),還應(yīng)在放電狀態(tài)下進(jìn)行。端電壓是反映這種電池工作狀況好壞的一個(gè)重要參數(shù)。浮充狀態(tài)下進(jìn)行電池端電壓測(cè)量時(shí),由于外加電壓的存在,測(cè)量出的電池端電壓易造成假象。即使有些電池反極或斷路也能測(cè)量出正常數(shù)值,實(shí)際上是外加電壓在該蓄電池兩端造成的電壓差。當(dāng)市電停電時(shí),蓄電池若有問(wèn)題則放電時(shí)間很短,造成通信阻斷故障。

所以每年定期對(duì)電池組在線(xiàn)進(jìn)行一次帶載核對(duì)性放電試驗(yàn)。即在直流供電系統(tǒng)中,關(guān)掉開(kāi)關(guān)電源交流輸入,讓蓄電池對(duì)通信設(shè)備供電,蓄電池組放電前后要利用電池組監(jiān)控截圖兩組的浮充電壓、單體電池電壓、溫度、放電電流、放電時(shí)間,放出額定容量的30%～40%為止。放電結(jié)束后,要對(duì)蓄電池充電,充入電量應(yīng)是放出電量的1.2倍。根據(jù)測(cè)試的數(shù)據(jù)截圖放電曲線(xiàn),留作以后再次測(cè)試時(shí)比較,并利用電池監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)蓄電池組進(jìn)行檢測(cè)打印存檔。

同時(shí)用內(nèi)阻測(cè)試儀對(duì)每個(gè)單體電池的內(nèi)阻和連接條的壓降測(cè)試。檢查蓄電池單體連接條接觸情況,對(duì)蓄電池連接條壓降偏大的、有松動(dòng)的進(jìn)行緊固。測(cè)試方法為蓄電池按1小時(shí)率電流放電時(shí),兩只電池之間的連接電壓降,在蓄電池的極柱根部測(cè)量時(shí),其電壓值應(yīng)小于10mV。

(2 )VRLA蓄電池的容量放電試驗(yàn)

目前各通信電源供電系統(tǒng)中,開(kāi)關(guān)電源與蓄電池為并聯(lián)浮充供電方式。根據(jù)維護(hù)規(guī)程,每三年對(duì)蓄電池組進(jìn)行一次容量試驗(yàn),VRLA蓄電池使用6年后,每年進(jìn)行一次容量試驗(yàn),放出容量的80%以上。在這種情況下,蓄電池組只能帶實(shí)際負(fù)載進(jìn)行容量試驗(yàn)。為了確保蓄電池組在帶實(shí)際負(fù)載放電情況下,直流供電系統(tǒng)安全可靠的供電,首先對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行檢查,確保柴油發(fā)電機(jī)組供電正常。然后針對(duì)各直流供電系統(tǒng)的負(fù)載情況,確定電池組的放電倍率,符合3小時(shí)率、5小時(shí)率或10小時(shí)率放電,3小時(shí)率放電電流為0.25C10、5小時(shí)率放電電流為0.168C10、10小時(shí)率放電電流為0.1C10,最好按10小時(shí)率進(jìn)行蓄電池放電容量試驗(yàn)。維護(hù)規(guī)程規(guī)定-48V直流供電電壓為-40～-57V,供電系統(tǒng)全程壓降不大于3.2V。所以蓄電池在線(xiàn)容量試驗(yàn)時(shí),根據(jù)環(huán)境溫度估算出蓄電池組的放電時(shí)間和放出的實(shí)際容量。

(3)VRLA電池組單組離線(xiàn)式容量試驗(yàn)

如圖2所示的電池組單組離線(xiàn)式容量試驗(yàn),其測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、電池組實(shí)際容量計(jì)算方便、便于了解電池組的實(shí)際容量和電池組續(xù)航能力。但當(dāng)該供電系統(tǒng)只剩下一組電池后備,系統(tǒng)備用電池組供電時(shí)間明顯縮短,且不清楚在線(xiàn)電池組是否存在質(zhì)量問(wèn)題,尤其使用6年以上的電池組,一旦市電中斷,該電池組對(duì)通信設(shè)備放電保障風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)增大。

所以用此種方法對(duì)電池組進(jìn)行容量試驗(yàn)時(shí),要求柴油發(fā)電機(jī)組必須處于最佳狀況,以確保發(fā)電機(jī)組、開(kāi)關(guān)電源等設(shè)備正常運(yùn)行。

放電結(jié)束后的電池組充滿(mǎn)電后再并入直流供電系統(tǒng),此時(shí)與在線(xiàn)電池組間存在電壓差,若操作不當(dāng)將引起開(kāi)關(guān)電源對(duì)并入的電池組進(jìn)行大電流充電,產(chǎn)生火花,易發(fā)生安全事故。為了解決打火花問(wèn)題,必須調(diào)整開(kāi)關(guān)電源輸出電壓與充滿(mǎn)電的電池組電壓相等后,并入該直流供電系統(tǒng)中。該放電方式操作難度偏大,既要脫離電池組的正極電源線(xiàn),又要脫離電池組的負(fù)極保險(xiǎn),尤其是脫離電池組負(fù)極保險(xiǎn)時(shí)需要特別小心并做好絕緣處理,操作不當(dāng)將引起負(fù)極短路,造成系統(tǒng)供電中斷和人身安全事故的發(fā)生。同時(shí)放電電池組通過(guò)假負(fù)載以熱量形式消耗,浪費(fèi)電能,增大了機(jī)房空調(diào)的制冷時(shí)間,影響機(jī)房設(shè)備運(yùn)行環(huán)境,需要維護(hù)人員時(shí)刻守護(hù),以免假負(fù)載高溫引發(fā)通信供電設(shè)備故障。

(4) VRLA兩組全在線(xiàn)容量實(shí)驗(yàn)

兩組電池全在線(xiàn)容量試驗(yàn)原理圖如圖3所示。蓄電池10小時(shí)率放電最低單體電池電壓為1.8V,那么24節(jié)蓄電池的總電壓為24×1.8=43.2(V),加上-48V供電系統(tǒng)的全程壓降不大于3.2V,所以蓄電池組在線(xiàn)容量試驗(yàn)時(shí),蓄電池組放電最低電壓不能小于46.4V。此時(shí)必須調(diào)低開(kāi)關(guān)電源監(jiān)控模塊輸出電壓為46.4V做后備電源,還要人工控制開(kāi)關(guān)模塊的輸出電壓為47.2V的方法(開(kāi)關(guān)電源整流模塊浮充電壓必須大于監(jiān)控模塊的電壓0.6V以上),同時(shí)調(diào)整智能負(fù)載柜的放電終止電壓46.4V和放電時(shí)間,進(jìn)行多重保護(hù),并利用動(dòng)環(huán)監(jiān)控對(duì)蓄電池監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)打印存檔,同時(shí)維護(hù)人員在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理,確保蓄電池組在線(xiàn)容量試驗(yàn)時(shí),直流供電系統(tǒng)供電安全、穩(wěn)定、可靠。

其操作方法為調(diào)整開(kāi)關(guān)電源直流輸出電壓為46.4V,使電池組直接對(duì)實(shí)際負(fù)載進(jìn)行放電至開(kāi)關(guān)電源直流輸出電壓保護(hù)設(shè)置值。由于電池組放電電流大,應(yīng)按電源維護(hù)規(guī)程考慮48V供電范圍40～57V的最低供電低壓門(mén)限、電池組至設(shè)備供電回路全程壓降3.2V及電池單體放電最低1.8V的要求考慮。為了保證供電系統(tǒng)安全,所以帶實(shí)際負(fù)載的放電電流和放電時(shí)間掌控較困難,對(duì)電池組容量評(píng)估不夠準(zhǔn)確,對(duì)電池性能測(cè)試存在不確定因素,尤其對(duì)使用3年以上電池組性能檢測(cè)難以達(dá)到試驗(yàn)的預(yù)期效果,若兩組電池的單體電池都有失容、落后等質(zhì)量問(wèn)題,其放電至輸出保護(hù)值的時(shí)間,不易被維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn),此時(shí)可能后備電池組容量所剩無(wú)幾,因此該放電方式比離線(xiàn)放電方式不安全系數(shù)更大。同時(shí)由于放電深度有限,對(duì)電池組的容量能力測(cè)試的目的無(wú)法達(dá)到,關(guān)鍵是在全容量放電的實(shí)踐中會(huì)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有些單體電池在放電前期電壓正常,但到中后期,有些落后電池才開(kāi)始逐步暴露出來(lái)。這一部分落后單體電池,由于放電深度不夠而沒(méi)有被及時(shí)發(fā)現(xiàn),此放電方式只能大致評(píng)估電池組容量,而無(wú)法檢測(cè)除此時(shí)間以外還能放電多長(zhǎng)時(shí)間。

同時(shí)兩組電池組間放電電流不完全均衡,各電池組將根據(jù)自身情況自然分?jǐn)傁到y(tǒng)的負(fù)載電流,落后電池組內(nèi)阻大,放電電流小,而正常電池組內(nèi)阻小,放電電流大,這就造成某些落后電池因放電電流不夠大而無(wú)法暴露出來(lái),達(dá)不到電池組放電性能質(zhì)量檢測(cè)目的。

綜上所述,由于動(dòng)力維護(hù)規(guī)程要求必須定期對(duì)電池組進(jìn)行容量試驗(yàn),上述兩種容量測(cè)試方法,各有優(yōu)點(diǎn)又存在著弊端。離線(xiàn)實(shí)驗(yàn)方法雖然可以達(dá)到電池組容量試驗(yàn)和了解電池組的續(xù)航能力,但由于高層機(jī)房的電池組需要容量試驗(yàn)時(shí),放電和充電設(shè)備搬運(yùn)工作量太大。而在線(xiàn)式放電方法雖然工作量較小,但人為因素造成的供電系統(tǒng)安全系數(shù)小,潛在的安全隱患多,很難準(zhǔn)確的達(dá)到電池組容量試驗(yàn)的目的。

(5)VRLA單組電池全在線(xiàn)式容量實(shí)驗(yàn)

在直流供電系統(tǒng)兩組后備蓄電池中取一組,該電池組通過(guò)在線(xiàn)串接“全在線(xiàn)放電智能設(shè)備”提升在線(xiàn)供電電壓,使被測(cè)電池組以自動(dòng)穩(wěn)流或恒功率對(duì)負(fù)載設(shè)備進(jìn)行供電,從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)電池組的安全節(jié)能。全在線(xiàn)單組電池充放的連線(xiàn)圖如圖4所示。

全在線(xiàn)充、放電過(guò)程:被測(cè)電池組的正極與全在線(xiàn)(充)放電設(shè)備連接,不需要調(diào)整開(kāi)關(guān)電源的浮充電壓值,使被測(cè)電池組所在支路的電壓略高出開(kāi)關(guān)電源輸出或另一組電池的浮充電壓,這樣使該電池組對(duì)實(shí)際負(fù)載進(jìn)行放電,放電過(guò)程中被測(cè)電池組電壓隨著放電時(shí)間而逐漸下降,通過(guò)全在線(xiàn)(充)放電設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)電壓補(bǔ)償調(diào)整,保證被測(cè)電池組始終保持恒定電流或恒定的功率進(jìn)行放電,當(dāng)電池組放電終止,即電壓、容量、時(shí)間和單體電池電壓達(dá)到預(yù)期所設(shè)置的放電門(mén)限值時(shí),放電試驗(yàn)結(jié)束,自動(dòng)轉(zhuǎn)入對(duì)被測(cè)電池組的全在線(xiàn)充電恢復(fù)過(guò)程,以消除兩組電池之間存在的電壓差,并引導(dǎo)在線(xiàn)開(kāi)關(guān)電源輸出,經(jīng)過(guò)充電、等電位控制保護(hù)電路自動(dòng)對(duì)被測(cè)放電后的電池組進(jìn)行限流充電,自動(dòng)完成在線(xiàn)等電位連接,恢復(fù)系統(tǒng)的正常連接后,全在線(xiàn)充、放電設(shè)備退出,結(jié)束蓄電池組充電,恢復(fù)等電位連接過(guò)程。實(shí)現(xiàn)了該電池組在線(xiàn)充、放電試驗(yàn)的目的和了解該電池組的實(shí)際容量。

全在線(xiàn)充、放電設(shè)備連接電池組時(shí),拆、接線(xiàn)只在電池組正極,無(wú)須拆電池組負(fù)極,只在負(fù)極接一根放電設(shè)備的工作電源線(xiàn),操作過(guò)程不存在短路危險(xiǎn),充、放電全部在線(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行;充、放電電流保持恒定;測(cè)試記錄自動(dòng)進(jìn)行;被測(cè)電池組按0.1C10直接對(duì)負(fù)載放電和對(duì)電池組充電;無(wú)須看守,大大減輕工作強(qiáng)度,提高工作效率。

(6) VRLA電池組在某電力機(jī)房全在線(xiàn)式單組電池放電充電實(shí)驗(yàn)的具體實(shí)施方法

圖5和圖6分別給出了全在線(xiàn)式單組電池放電和充電原理圖。圖7為某通信機(jī)房?jī)山M-48V直流供電系統(tǒng)3000Ah電池的現(xiàn)場(chǎng)。該機(jī)房每組用全在線(xiàn)設(shè)備單獨(dú)對(duì)負(fù)載放電試驗(yàn)進(jìn)行具體操作。首先將6個(gè)*監(jiān)測(cè)模塊連接到該組電池各單體上(每個(gè)*監(jiān)測(cè)模塊可以監(jiān)測(cè)4只單體電池電壓),全在線(xiàn)設(shè)備控制系統(tǒng)上設(shè)定4個(gè)放電截止門(mén)限:單體電池截止電壓門(mén)限1.8V;電池組截止電壓門(mén)限43.2V;放電容量門(mén)限3000Ah;放電時(shí)間門(mén)限10h(上述任一門(mén)限達(dá)到,放電都將停止)。設(shè)定放電電流為300A,核對(duì)所有設(shè)置參數(shù)正確后進(jìn)行放電。用直流鉗形表檢測(cè)該組電池的放電電流由0A逐步上升到300A,保持300A恒定,該組電池電壓如平常放電一樣逐步下降,串接全在線(xiàn)設(shè)備的電壓逐步上升,整個(gè)放電支路在線(xiàn)電壓保持在比54V的系統(tǒng)浮充電壓高0.3～0.6V即54.4V以上。檢測(cè)另一電池組沒(méi)有放電,仍然保持浮充54V工作狀態(tài)。

此時(shí)開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓保持在54V,而開(kāi)關(guān)電源模塊輸出電流總和下降了300A。由于放電方式是對(duì)實(shí)際負(fù)載放電,放電過(guò)程中全在線(xiàn)設(shè)備沒(méi)有任何發(fā)熱現(xiàn)象,安全可靠。當(dāng)放電時(shí)間(10h)、放出容量(3000Ah)、單體電池電壓(1.8V)、電池組電壓(43.2V)達(dá)到任何一個(gè)設(shè)定的參數(shù)門(mén)限值時(shí),全在線(xiàn)設(shè)備停止放電,自動(dòng)轉(zhuǎn)入充電程序,直到兩組電池等電位后充電結(jié)束,拆下全在線(xiàn)充、放電設(shè)備,供電系統(tǒng)運(yùn)行正常。

7 VRLA蓄電池浮充電壓和充電限流的設(shè)定

VRLA蓄電池目前采用在線(xiàn)浮充方式運(yùn)行,在線(xiàn)蓄電池的浮充電壓必須保持恒定電壓,工作在該恒定電壓下,充放電量應(yīng)該足以補(bǔ)償蓄電池由于本身自放電而損失的電量及氧循環(huán)的需要,保證短時(shí)間內(nèi)使放電的蓄電池充足所需電量,使蓄電池在浮充情況下長(zhǎng)期處于充足電狀態(tài),該浮充電壓的設(shè)定值即滿(mǎn)足用電設(shè)備的供電電壓的要求,又滿(mǎn)足蓄

電池浮充電壓需要,也使蓄電池因過(guò)充電所造成的損壞程度最低,所以必須設(shè)定好開(kāi)關(guān)電源的充電限流數(shù)值和開(kāi)關(guān)電源模塊個(gè)數(shù),以達(dá)到雙重浮充限流安全系數(shù),以確保蓄電池運(yùn)行在最佳狀態(tài)下,延長(zhǎng)蓄電池使用年限,節(jié)約維護(hù)投資成本。

具體操作方法:樞紐樓為有人值守機(jī)房,兩路市電引入,一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組為備用電源,事故停電極少。比如:直流供電系統(tǒng)負(fù)載電流為590A,VRLA蓄電池3000Ah兩組,開(kāi)關(guān)整流模塊100A配置為15塊,環(huán)境溫度保持在23～25℃。由于市電停電后,可以在15min內(nèi)起動(dòng)油機(jī)發(fā)電,為了使開(kāi)關(guān)電源工作在最佳效率狀態(tài),同時(shí)為了節(jié)約電能,對(duì)開(kāi)關(guān)電源監(jiān)控模塊充電限流設(shè)置為0.1C10,即每組蓄電池充電電流為300A,開(kāi)關(guān)整流模塊按N+2配置開(kāi)啟13塊，使每塊工作在額定功率45%以上，開(kāi)關(guān)整流模塊運(yùn)行的效率在90%以上，以節(jié)約電能。

8 VRLA蓄電池的安裝維護(hù)注意事項(xiàng)

(1)VRLA蓄電池的安裝運(yùn)行環(huán)境要求

安裝該蓄電池的機(jī)房應(yīng)配有通風(fēng)換氣和空調(diào)裝置,溫度不宜超過(guò)28℃,建議環(huán)境溫度保持在20～25℃。避免陽(yáng)光對(duì)電池直射,朝陽(yáng)窗戶(hù)應(yīng)作遮陽(yáng)處理。確保電池組之間預(yù)留足夠的維護(hù)空間。UPS等使用的高電壓電池組的維護(hù)通道應(yīng)鋪設(shè)絕緣膠墊。

(2)VRLA蓄電池維護(hù)管理注意事項(xiàng)

不同廠家、不同規(guī)格、不同型號(hào)和使用年限不同的蓄電池禁止在同一直流供電系統(tǒng)中使用,新舊程度不同的蓄電池不應(yīng)在同一直流供電系統(tǒng)中混用。如具備動(dòng)力及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng),應(yīng)通過(guò)動(dòng)力及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)電池組的總電壓、電流、電池單體電壓及溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè),并定期對(duì)單體電池內(nèi)阻和連接條進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。同時(shí)通過(guò)電池組監(jiān)測(cè)裝置了解電池充放電曲線(xiàn)及性能,發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)處理。

(3)VRLA蓄電池經(jīng)常檢查的項(xiàng)目

VRLA蓄電池應(yīng)經(jīng)常檢查極柱、連接條是否清潔;有否損傷、變形、裂紋、污跡或腐蝕現(xiàn)象;連接處有無(wú)松動(dòng),電池極柱處有否爬酸、漏液;安全閥周?chē)欠裼兴犰F、酸液溢出;電池殼體有無(wú)損傷、滲漏和變形;電池及連接處溫升有否異常。根據(jù)廠家提供的技術(shù)參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件,檢查電池組及單體均、浮充電壓是否滿(mǎn)足要求,浮充電流是否穩(wěn)定在正常范圍。檢測(cè)電池組的充電限流值設(shè)置是否正確。檢測(cè)電池組的低壓告警、高壓告警設(shè)置是否正確。如直流供電系統(tǒng)中設(shè)有電池組脫離負(fù)載裝置,應(yīng)檢測(cè)電池組脫離電壓設(shè)置是否準(zhǔn)確(基站和接入網(wǎng)開(kāi)關(guān)電源的一、二次下電功能)。

(4)VRLA蓄電池均衡充電的注意事項(xiàng)

①VRLA蓄電池的均衡充電一般情況下,密封蓄電池組遇有下列情況之一時(shí),應(yīng)進(jìn)行均衡充電,均衡充電電流不得大于0.2C10:浮充電壓有兩只以上低于2.18V;擱置不用時(shí)間超過(guò)三個(gè)月;放電深度超過(guò)額定容量的20%。如有特殊技術(shù)要求的,按廠家產(chǎn)品技術(shù)說(shuō)明書(shū)要求為準(zhǔn),不能隨意進(jìn)行均衡充電,均衡充電時(shí)電壓設(shè)定值不能高于通信設(shè)備電壓上限值。一般開(kāi)關(guān)電源均衡充電電壓設(shè)定55～56.4V為最佳,均衡充電時(shí)間一般不大于10h。

②VRLA蓄電池經(jīng)過(guò)浮充、均充電工作三個(gè)月后,用四位半數(shù)字萬(wàn)用表在電池極柱根部測(cè)其每組電池中各單體電池的端電壓,每只電池端電壓之間的最大差值應(yīng)小于100mV,若大于100mV應(yīng)進(jìn)行一次均衡充電。

③VRLA蓄電池均衡充電終止的判斷依據(jù)

達(dá)到下述三個(gè)條件之一者,可視為充電終止:充電量不小于放出電量的1.2倍;充電后期充電電流小于0.01C10;充電后期電流連續(xù)3h不變化。

(5)VRLA蓄電池核對(duì)性放電和容量試驗(yàn)

①VRLA蓄電池每年在線(xiàn)做一次核對(duì)性放電試驗(yàn),放出額定容量的30%～40%,對(duì)于2V單體電池,每三年應(yīng)在線(xiàn)做一次容量試驗(yàn)。使用6年后應(yīng)每年一次。蓄電池放電期間,應(yīng)定時(shí)測(cè)量供電系統(tǒng)電壓和單體蓄電池端電壓及單組放電電流,并利用蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)蓄電池進(jìn)行記錄、分析并打印存檔。對(duì)于核對(duì)性放電試驗(yàn),根據(jù)溫度放出額定容量的30%～40%。對(duì)于容量試驗(yàn),根據(jù)溫度放出容量的80%以上。電池組中任意單體達(dá)到放電終止電壓(1.8V)時(shí)停止放電。對(duì)于放電電流不大于0.25C10,放電終止電壓可取1.8V/2V單體;對(duì)于放電電流大于0.25C10,放電終止電壓可取1.75V/2V單體。

若兩組全在線(xiàn)電池組容量試驗(yàn),開(kāi)關(guān)電源設(shè)定在46.4V工作狀態(tài)下運(yùn)行,已確保蓄電池在線(xiàn)核對(duì)性放電和容量試驗(yàn)情況下,直流供電系統(tǒng)供電安全可靠。

(6) VRLA蓄電池浮充運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)

VRLA蓄電池平時(shí)處于浮充狀態(tài),蓄電池的浮充電壓嚴(yán)格按照廠家說(shuō)明書(shū)要求設(shè)置。一般蓄電池的浮充電壓為2.23～2.25V(25℃,每2V單體),溫度補(bǔ)償U(kuò)=Ua(25℃)+(25-t)×0.003(t為環(huán)境溫度)。

浮充時(shí)全組各電池端電壓的差值不大于100mV,測(cè)試方法蓄電池經(jīng)過(guò)浮充運(yùn)行三個(gè)月后,用四位半數(shù)字萬(wàn)用表在電池極柱根部測(cè)其每組電池中各單體電池的端電壓,每只電池端電壓之間的最大差值應(yīng)小于100mV。每月測(cè)量蓄電池浮充電壓、浮充電流和單體電池的端電壓。如果廠家技術(shù)說(shuō)明書(shū)有特殊的說(shuō)明,以說(shuō)明書(shū)為準(zhǔn)。

9 結(jié)束語(yǔ)

VRLA蓄電池作為通信后備動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,了解VRLA蓄電池的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、充放電性能以及影響VRLA蓄電池性能指標(biāo)的重要因素,對(duì)蓄電池的維護(hù)管理是非常重要的。充分做好對(duì)VRLA蓄電池的維護(hù),可延長(zhǎng)使用壽命,節(jié)約能源,降低維護(hù)成本和風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)更直觀地了解VRLA電池組的續(xù)航能力,為市電停電后電池組放電時(shí)長(zhǎng)和發(fā)電機(jī)組調(diào)度提供依據(jù)。

作者簡(jiǎn)介

武亞波(1963-),男,本科學(xué)歷,工程師,現(xiàn)為聯(lián)通集團(tuán)廊坊市分公司網(wǎng)絡(luò)維護(hù)中心電源主管?！禪PS應(yīng)用》雜志編委。

陳永輝,聯(lián)通集團(tuán)廊坊市分公司電源主管。

編輯：Harris

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