伍民玉，蔣高宇，劉 波
（湛江發電廠，廣東 湛江 524099）
摘 要：直接分析并指出湛江發電廠閥控密封鉛酸(VRLA)蓄電池提前報廢的原因是運行維護不足造成的，為此，提出了新的電池容量檢測法和運行維護的改進措施，建議推廣直流系統在線監控，真正意義上提高VRLA蓄電池的使用壽命。
關鍵詞：閥控式鉛酸(VRLA)蓄電池；直流；蓄電池
Problems in application of valveregulated lead acid batteries and
improvement measures
WU Minyu,JIANG Gaoyu,LIU Bo
(Zhanjiang Power Plant,Zhanjiang,Guangdong 524099,China)
Abstract:A valveregulated lead acid(VRLA)battery pack in Zhanjiang Power Plant has to be scrapped before the due date.An analysis is made on the problem,and insufficient maintenance is deemed to be the reason.A new method to detect the capacity of VRLA batteries and the improvement measures in maintaining them are put forward.The spreading of online battery monitoring in DC system is suggested as well to extend the service life of VRLA batteries.
Keywords:valveregulated lead acid(VRLA)battery;DC;storage battery
湛江發電廠使用英國CHLORIDE廠制造的POWERSAFE系列VB型閥控密封鉛酸蓄電池，控制用蓄電池為VB50-450AH，動力用蓄電池為VH34-1000AH，平時浮充電運行，當市電停電后恢復供電時先均充再轉至浮充。
閥控式鉛酸（valveregulate lead acid,VRLA）蓄電池自20世紀70年代問世以來，以方便、耐用而迅速地占領了越來越多的市場，代替了電力、電信等領域原使用最多的開放式鉛酸蓄電池。VRLA蓄電池具有的優點：自放電低、大電流放電能力強、重量輕、占地少、無酸霧污染、維護少；缺點是對浮充、均充電壓及使用環境要求高。因此蓄電池投入使用后，由于使用、維護不當會導致電池殼變形、電解液滲漏、容量不足、電池端電壓不均勻等后果。
VRLA蓄電池從引進使用開始，就被稱為免維護電池，引起了人們的一些誤解，便認為這種電池既耐用又不需要維護。其實，所謂VRLA電池具有免維護的功能，是指在規定條件下使用期間不需維護（根據GB 2900-11—28《蓄電池名詞術語》中的定義，該規定依據IEC標準制定），只是相對傳統鉛酸電池維護而言，特指使用期間勿需加酸加水，在實際工作中仍需履行維護手續。
1VRLA蓄電池在應用中存在的問題
1.1VRLA蓄電池出現滲液現象
湛江發電廠控制Ⅱ組蓄電池于1996年安裝投入使用，2003年11月進行蓄電池常規檢查時，發現該組蓄電池在接線螺栓處出現滲液，接線螺栓處出現裂紋的蓄電池達到29個，檢查蓄電池的浮充電壓差別較大，最低與最高電壓已相差410 mV，根據此現象，判斷整組蓄電池已報廢，但是，廠家資料說明該系列蓄電池在正確使用情況下，使用壽命可達12年。其它蓄電池組的使用年限在4～6年，由圖1所示的4組蓄電池浮充電壓檢測情況可以看出，另外3組蓄電池也有浮充電壓不均衡等早期容量損失現象。表1給出了4組蓄電池的浮充電壓情況，可見動力蓄電池組的浮充電壓不均衡情況比控制蓄電池組好很多。
1.2原因分析
1.2.1運行工況的影響
控制Ⅰ組、Ⅱ組蓄電池長期處于浮充狀態，浮充電壓不均衡，很多蓄電池的浮充電壓偏離正常浮充電壓，少數電池過充電，少數電池欠充電，長期浮充使蓄電池正極硫化嚴重；動力Ⅰ組、Ⅱ組的電動機負荷每月定期起動，即動力Ⅰ組、Ⅱ組蓄電池都存在放電、充電循環，使電極的活性物質PbO2得到活化，故動力Ⅰ組、Ⅱ組蓄電池的浮充電壓平衡情況較控制Ⅰ組、Ⅱ組好得多，但4組蓄電池均未主動做過均衡充電及小容量放電維護，端電壓差值均已超標。
1.2.2日常維護工作不到位
a)每年進行一次核對性容量試驗，不符合規程[1]的試驗間隔要求，試驗的放電、充電模式未按規程[1]的要求進行；
b)備用蓄電池長期浮充備用，使VRLA蓄電池正極板硫化，浮充電壓不均衡，當單體最高、最低浮充電壓相差50 mV時，未按規程[1]要求進行均衡充電維護工作；
c)蓄電池在線監測系統只監視蓄電池浮充端電壓，不能有效監視蓄電池的早期容量損失，不能及時找出劣化電池予以活化或更換；
d)未及時根據環境溫度調節蓄電池的浮充電壓，整定的VRLA蓄電池補充充電的均充時間間隔選擇不當，均充電壓選擇不當。
從以上分析可知：蓄電池浮充、均充電壓的選擇對VRLA蓄電池長壽命運行相當關鍵，按照使用說明書，湛江發電廠使用的VRLA蓄電池在25～29 ℃環境下的浮充電壓應為2.25～2.27 V，單位均充電壓不大于2.40 V，但依據多個電池廠的數據，降低均充電壓，延長均充時間會大大降低蓄電池的析氫、析氧量，從而減少電池的水分損失，規程[1]要求VRLA蓄電池的均充電壓取2.30～235 V。
采用合適的檢測方法找出劣化電池予以活化或更換，則是保持整組蓄電池正常運行的關鍵，目前幾種蓄電池容量檢測方法共用的局面也是VRLA蓄電池得不到較好維護的原因之一。
2測量閥控式鉛酸蓄電池容量的方法比較
2.1單體浮充電壓監測法
單體蓄電池的浮充電壓與蓄電池的容量不是一一對應的關系，圖2所示為正常電池與劣化電池的浮充-放電-均充電壓曲線對比（正常電池的特性用曲線1表示，劣化電池的特性用曲線2表示）。圖2中的第一階段為浮充階段，正常電池與劣化電池的電壓接近；第二階段為放電階段，從該階段中可以得知兩個電池的性能，劣化電池一開始放電，電壓便急劇下降到1.9 V以下，以后回升到1.9 V左右并維持了一段時間，很快便開始下降，到最后已接近終止電壓了，再看正常電池，放電時下降不多，下降到2.05 V左右，少許回升后，端電壓基本保持穩定，說明放電勢頭強勁，電池性能較好；第三階段為均充階段。從以上3個階段來看，在浮充時，劣化電池與正常電池的電壓相差無幾，但放電時，其性能比正常電池差很多，已起不到備用電池的作用了。
由以上試驗可看出，計算機監測浮充電壓可及時發現電壓不均衡現象，可及時發現浮充電壓與環境溫度的不對應情況，但對蓄電池早期容量損失現象起不到檢測作用。
2.2單體電池內阻測量法
蓄電池內阻很小，約幾十微歐，測試電流要達到30 A以上，才能準確地測試電池的內阻值。先測量放電電池的電流，測定負載斷開的瞬間電壓差，據此計算出準確的電池內阻值，內阻大的為劣化電池。
這種方法可準確判斷劣化電池，但對蓄電池的早期容量損失不能判斷。
2.3電池開路電壓測量法
對于新電池，電池開路電壓與蓄電池容量存在一一對應的關系，圖3所示為POWERSAFE系列電池在環境溫度為20 ℃時的開路電壓與放電容量C3（3 h的額定容量）的關系圖，但對于已劣化的電池，此表只作參考，因極板腐蝕后最終放電容量會比查表所得容量低得多。
2.4完全核對性放電容量試驗檢測法
以I10（10 h放電容量的額定電流）放電至終止電壓n×1.8 V(1組蓄電池由n個蓄電池組成)停止放電，隔1～2 h后再用I10電流進行恒流限壓充電至均充電壓，轉以均充電壓恒壓充電，當充電電流小至0.1 I10后1 h轉為浮充電，浮充電壓按蓄電池平均溫度動態調節。
此方法可較準確地測量電池剩余容量，但試驗間隔長，且對VRLA蓄電池壽命有損傷，必須嚴格按間隔年限執行。
2.5整組電池在線放電-充電檢測法
使放電電流小于0.1I10，每月定期卸荷5%C10（10 h的額定容量），根據放電曲線由分析軟件計算出蓄電池的剩余容量。
從以上容量檢測方法可看出，若配備在線蓄電池監測系統，在線放電-充電法可無損快速測量蓄電池容量，若無在線監測條件，可采用開路電壓測量法檢測單個VRLA蓄電池的容量，或用離線式單體蓄電池容量檢測儀也可達到準確測量VRLA蓄電池容量的結果。
3改進措施
3.1優化運行措施
a)將VRLA蓄電池放電5%C10納入每季度定期工作，利用放電曲線篩選容量落后電池，放電后均充電一次，均充電壓取2.30 V（環境溫度為25～29 ℃），當充電電流＜0.1I10后1 h轉為浮充電，使電池活性物質活化，浮充電壓均衡。
b)當蓄電池的單體浮充電壓與對應的環境溫度超標時發出報警，應及時根據室溫調節電池浮充電壓，或在電池室安裝空調使環境溫度盡量保持±2.5 ℃，以免頻繁調節浮充電壓。
c)當單體最高、最低浮充電壓相差50 mV時，進行一次放電-均衡充電維護工作。
d)改進VRLA蓄電池的全核對性放電容量檢測方法：用I10電流恒流放電，當蓄電池端電壓下降到n×1.8 V停止放電，隔1～2 h后再用I10電流進行恒流限壓充電至n×2.30 V（環境溫度為25～29 ℃），轉為以n×2.30 V恒壓充電，當充電電流＜0.1I10后1 h轉為浮充電，浮充電壓按蓄電池平均溫度動態調節。
投運第一年做全核對性放電容量檢測，以后每隔2～3年進行一次，運行6年后每年進行一次。
3.2優化維護措施
優化運行維護措施為新的VRLA蓄電池激活方法。一直以來，沒有辦法阻止電池的硫酸化過程，也沒有任何方法阻止硫酸化合物覆蓋在鉛極板上。但是今天，脈沖電池活化再生儀利用脈沖技術，令硫酸化合物分子震動、分解、脫離鉛極板，同時消降溶解在電解液中，脈沖活動不斷地進行直至鉛極板上的硫酸化合物完全清除，同時能夠防止新的硫酸化合物形成和覆蓋在鉛極板上，確保鉛極板干凈，使得電池處于高峰工作狀態，電池的壽命大幅度延長，再充電更迅速、效果更好。
3.3實行直流系統蓄電池在線監測
直流系統蓄電池監測是近幾年發展的新技術，直流蓄電池在線監測可以在線監測蓄電池的電壓平衡情況，及時發現落后電池，及時發現浮充電壓與環境溫度不匹配狀況，若配合充電器的起停操作，可以方便地利用短時放電曲線估算每個電池的容量，在核對性容量放電試驗時，更是大大減少試驗人員的操作量。
4結束語
VRLA蓄電池使用方便、長久，作為備用電源，廣泛用于電力、電信行業，但其維護的方法應適當，才能達到經久耐用的效果。浮充、均充電壓的選擇是關鍵，定期給電池卸荷活化，均衡浮充電壓，根據室溫及時調節浮充電壓，正確檢測電池剩余容量，廣泛推行在線監控，這樣才能延長VRLA蓄電池的使用壽命。
參考文獻
[1] DL/T 724—2000，電力系統用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術規程[S].
[2] 汪海霞，李京，陳志蓉，等.電力系統用閥控式密封鉛酸蓄電池的選擇和應用[M].北京：中國電力出版社，2001
