蓄電池及充電設備的運行與維護探討

郝永剛

(運城市廣播電視臺，山西運城044000)

0 引言

隨著微波技術和通信技術的發展，數字微波設備對電源的精密度的要求更高了，同時對蓄電池以及充電設備的安全穩定運行也提出了更高的要求。之前應用較為普遍的蓄電池有鎘鎳蓄電池和鉛酸蓄電池兩種，充電設備采用可控硅整流裝置，但這兩種蓄電池存在維護工作量大且復雜等現象，不利于微波站的安全運行，而采用可控硅相控技術的充電設備，在紋波、體積、效率等方面也不盡人意，監控系統也不完善;采用主從備份運行方式，使用起來又不方便，達不到微波系統新的技術標準。另外，由于充電設備與蓄電池并聯運行，紋波系數較大，會出現蓄電池脈動充電放電現象，影響蓄電池使用壽命。針對以上情況，微波系統直流設備選擇采用免維護鉛酸蓄電池代替鎘鎳蓄電池，充電設備也逐步采用高頻充電裝置。

1 免維護鉛酸蓄電池性能特點

免維護鉛酸蓄電池采用的是20世紀90年代設計的全密封［1］結構及現代化生產工藝，其具有高性能、長壽命、無污染、免維護、安全可靠等卓越性能。免維護蓄電池由于自身結構上的優勢，電解液的消耗量非常小，在使用壽命內基本不需要補充蒸餾水。它還具有耐震、耐高溫、體積小、自放電小的特點。使用壽命一般為普通蓄電池的兩倍。市場上的免維護蓄電池也有兩種:一種在購買時一次性加電解液以后使用中不需要維護(添加補充液);另一種是電池本身出廠時就已經加好電解液并封死，用戶根本就不能加補充液。

2 高頻開關電源特點

(1)高可靠性

采用高頻開關電源特有的模塊化設計，N+1熱備份，大大提高了設備的可靠性。這種系統采用的都是20世紀90年代國際的新技術，所用IGBT器件的耐壓水平，電流容量完全能滿足現代設備電源要求。系統采用模塊疊加形式，具有自主均流技術，模塊間輸出電流最大不平衡度小于±3%。它體積小，重量輕，效率高，輸出的紋波極小，有利于延長電池壽命，使維護更方便。

(2)高智能化

現代微波技術與計算機技術相結合，實現了對電源系統的遙測、遙控、遙信、遙調，滿足微波機房自動化，可實現無人值守。配合使用的監控模塊采用大屏幕，液晶漢字顯示，聲光告警，具有方便、易于操作的優點，可通過監控模塊進行充電模塊參數設置，開關機控制。蓄電池具有的自動管理及保護的性能，實現了自動監測蓄電池的端電壓，充放電電流，并控制蓄電池的均充和浮充并可按不同型號及種類的蓄電池設置不同的典型充電曲線。

3 免維護蓄電池及充電設備的事故分析

在實際運行中，因為免維護蓄電池不同于以往我們使用的鉛酸和鎘鎳蓄電池，雖然具有日常維護量少，不用補液等優點，但是這不等于日常不用進行維護及運行監視。實際運行中我們在這方面有過深刻的教訓。

另外，高頻整流電源系統，運行也不同于以往的硅整流直流充電設備，其高度智能化，采用現代的高頻整流技術，結合微機技術，這就對我們檢修和運行人員提出了更高的要求。不掌握其特點和運行要求勢必會造成不必要的損失。

例如:電池長期欠壓充電，欠壓報警指示燈亮，直流電池組降低其蓄電池容量下降。

經過技術人員現場分析判斷，充電機對蓄電池組輸出電壓為230 V左右，而蓄電池銘牌上要求正常浮充狀態電壓應為(13.5 ～13.8)×19=256.5 ～262.2 V 左右，相差近26.5 V。蓄電池長期處于欠充狀態，容量嚴重下降，才發生上述現象。

當蓄電池組電壓為235 V，與充電機輸出電壓相同，測量單瓶電壓大部分為12 V左右，個別蓄電池為11 V左右。查看蓄電池上名牌要求單瓶浮充電壓應為13.5～13.8 V，而按浮充機工作電壓235 V根本不能滿足蓄電池的浮充要求，蓄電池長期處于欠充狀態，容量不能滿足要求，因為當時蓄電池電壓不能達到要求，所以不能進行放電核對其容量，需要采取以下措施:

(1)調高充電機的浮充、均充、強充電壓，使之達到浮充電壓:3.6 ×19=258.6 V;均充電壓:14.6 ×19=277.4 V;強充電壓:280.5 V。

(2)打開充電器面板，找到調節均充、浮充、強充的電位器，首先調節浮充電壓，調節電壓的同時用表測量蓄電池端電壓，調節到258.6 V;然后依次調節均充、強充電壓到相應值。

(3)對蓄電池組進行6個小時的均充，蓄電池組電壓為24 V。六個小時均充之后，恢復浮充狀態，蓄電池單瓶電壓達到13.5 V以上后進行一次核對性充放電，檢查蓄電池的容量和硫化程度。

(4)運行人員要經常測試蓄電池組及單瓶電壓，使每個蓄電池單瓶電壓達到13.5 V以上。

核對后根據情況，對蓄電池采取補救措施;

一個月后檢修，技術人員對蓄電池進行了核對性檢查，具體過程如下:

電池序號 放電前 放電后(10 A)1號13.4 12.7 2號13.5 10.4 3號13.5 12.7 4號13.5 12.7 5號13.6 12.7 6號13.6 11 7號13.4 8.4 8號13.4 12.7 9號13.4 10.5 10號13.5 12.7 11號13.6 12.7 13.6 10.5 12號

放電一小時后停止放電，轉入充電狀態。

通過測試檢查，發現蓄電池容量明顯不足，按要求以0.1C(10 A)電流對蓄電池放電，三小時內蓄電池單瓶電壓不應低于12 V，調高蓄電池組充電電壓，經過一個多月的浮充充電，對蓄電池的活化作用不明顯，個別蓄電池已經硫化嚴重。

生產廠家在設備出廠時，對充電機輸出的浮充電壓、均充電壓設定值較低時，遠不能達到蓄電池組的運行要求，從而造成蓄電池組長期欠充電。安裝后檢修人員應對蓄電池進行過核對性充放電，檢查電池的運行情況是否良好。

技術人員應充分了解蓄電池及充電設備的性能，對蓄電池的運行狀況應定期進行正確的監測。

4 直流系統蓄電池浮充電流抖動問題

經實際測量，發現蓄電池電流表經常發生抖動現象，整流輸出模塊輸出電流不穩定。經分析設備一般都有三個高頻模塊同時運行，每個模塊額定輸出最大電流10 A，都投入時能輸出30 A電流，可以滿足對蓄電池進行主充和均充的要求。但是當正常負荷很小時，如正常運行蓄電池浮充電流大約為0.03～0.04 A，而直流負荷又不大時，正常負荷電流為2.8 A左右，其他在3～5 A左右，三個模塊同時運行，每個輸出電流還不到1 A，這就造成三個模塊進行均流控制的困難，使模塊輸出電流的不穩定，蓄電池充電電流發生抖動，這種現象要是長期下去會對蓄電池的使用壽命將有很大的影響。

根據以上分析，一般情況下采取以下措施，將三個模塊停用一個，平時只是有兩個模塊運行，另一個備用，那么運行的模塊每個輸出電流就可達到大約2 A，模塊輸出電流趨于穩定，保證了蓄電池的安全運行。

在實際操作中由于微波設備的負荷電流太小，停用一個模塊后，還是出現電流抖動現象，我們采取在直流負荷回路增加阻性負載的辦法來解決，增大直流負荷，提高模塊的輸出電流，這樣就解決了浮充電流抖動的問題。

5 直流系統電壓異常告警

當發生直流系統電壓異常告警時應立即停用充電模塊，用蓄電池所帶的內直流負荷。停用監控模塊，此時，直流母線電壓恢復正常。

采取措施如下，斷開充電屏的交流電源，使充電設備斷電。過幾分鐘后，給上交流電，投入監控模塊和充電模塊，故障依舊。初步判斷是由于監控模塊內部故障引起的電壓異常。此時，停用故障的監控、充電模塊，將系統內備用模塊投入運行。備用模塊直接接在直流控制母線上，給控制母線供電，帶常規所內直流負荷，開關合閘電流由蓄電池供給。

以上是運行中能遇到的典型問題，由此我們可以看出，免維護蓄電池不能認為是投入運行后就不需要人員來維護，只是相對其它蓄電池不需要加水，減少了維護量，在實際運行中還是需要監視其運行狀態的。

雖然充電設備由相控設備逐漸發展到高頻電源設備，在實時監測和智能化管理功能上有了很大的進步，但也存在不利于現場人員維修的問題。

6 免維護蓄電池和高頻充電設備的運行維護

免維護鉛酸蓄電池是為連續浮充電應用設計的，也可用于循環充放電使用。充電方法必須采用限流—恒壓方法進行，蓄電池在恒壓充電時電流逐漸減少，并最終趨于穩定，如果降至0.01 A以下，并保持3 h～5 h基本不變時這表明電池已基本充飽，可以轉浮充運行。充電機均可以根據事先設定好的運行參數，自動完成蓄電池的恒流充電、恒壓充電和浮充電過程。

充電設備的參數，根據所配蓄電池的參數進行調整正確，一定要保證浮充電壓、均充電壓在合格范圍內，保證蓄電池正常浮充電運行，不至于造成過充、過放電。參數設定好后，如無特殊需要，不要隨意更改。

蓄電池可以在－20℃ ～+50℃內使用，有效的工作溫度5℃ ～35℃。如果要獲得最佳的使用壽命應在15℃ ～25℃環境下使用。

蓄電池在運輸、儲存和安裝過程中若時間很長會失去一定容量。如果不需校核容量，當電池開路端電壓≥2.13 V時可以直接投入浮充運行，但開路端電壓＜2.13 V時應先進行均衡充電，然后投入浮充運行。(額定電壓12 V蓄電池，端電壓為12.8 V)

為保證電池有足夠的容量，每年要進行一次容量恢復試驗，讓電池內的活化物質活化，恢復電池的容量。其主要方法是將電池組脫離充電機，在電池組兩端加上可調負載，使電池組的放電電流為額定容量的0.1倍，每半小時記錄一次電池電壓，直到電池電壓下降到1.8 V/只(對于2 V/只的單體電池)或10.8 V/只(對于12 V/只的單體電池)后停止放電，并記錄時間。靜置2 h后，再用同樣大小的電流對蓄電池進行恒流充電，使電池電壓上升到2.35 V/只或14.1V/只，保護該電壓對電池進行8 h的均衡充電后將恒壓充電電壓改為2.25 V/只或13.5 V/只，進行浮充充電。上述方法，可以放出蓄電池容量的80%，由于考慮到安全運行，也可以放出蓄電池容量的30% ～50%左右，這需要查蓄電池的放電曲線來進行。

每月應測一次電池單體電壓及終端電壓，檢查充電設備運行參數是否在合格范圍之內，有無故障告警信號;檢查一下外觀有無異常變形和發熱。浮充總電壓應達到蓄電池要求，并保持在1%之內。

不要單獨增加或減少電池組中幾個單體電池負荷，這將造成單體電池容量的不平衡和充電的不均一性，降低電池壽命。比如在整組電池抽出一部分做其它電源，或充電不在一起，放電時疊加一起。

正常浮充運行是不需要均衡充電，如發現出現以下情況應進行均衡充電:

(1)正常浮充時，蓄電池單體電壓偏差超過0.1 V。

(2)別單體電池電壓低于2.18 V或13.4 V。

(3)長期達不到浮充要求，每半年進行一次。

(4)放電后24 h之內未及時充電。

(5)長期小電流深度放電。

(6)過流放電(電流大于規定20%)和過量放電(超過額定容量10%應立即進行均衡充)。

(7)蓄電池因單只容量不夠需更換時，只能一次性全部更換，不能僅把性能指標不夠的蓄電池單獨更換下來，否則會因蓄電池的內阻不平衡而影響整組電池的發揮，縮短整組電池的使用壽命。

(8)高頻電源系統，采用模塊化設計，當出現故障時，可以立即投入備用模塊，恢復直流供電，保證蓄電池不能過放電。

7 結束論

經過幾年的實際運行，我們逐漸摸索出免維護蓄電池及充電設備運行使用維護的一些經驗，對出現的問題能夠進行處理和解決，保證了直流設備的安全運行。同時根據實際取得的經驗修編了蓄電池運行使用規定，完善到運行規程中去，使運行、檢修人員便于監護、維護蓄電池?，F在我臺的直流設備運行十分穩定，工作狀況正常。

［1］朱松然.鉛蓄電池手冊［M］.天津大學出版社，2000.