關于電力通信蓄電池的幾點探討

陳長棟

（臨汾供電分公司，山西 臨汾 041000）

目前,電力系統(tǒng)通信電源配套的蓄電池大多是先進的閥控式密封鉛酸蓄電池,根據(jù)變電站的通信設備需求,其每節(jié)單體電壓一般有2V、6V和12V三種,一般在樞紐大站,常采用壽命長、可靠性高的2V電池,在小型變電站,根據(jù)安裝要求,可采用其他兩種電池,使用時將多節(jié)單體串連,組成48V的蓄電池組。在對電源系統(tǒng)可靠性要求較高的場合,一般采用兩組蓄電池并聯(lián)運行、浮充供電的方式。

1 蓄電池的使用壽命

蓄電池的壽命可分為循環(huán)壽命、浮充壽命和存放壽命。蓄電池的容量減小到規(guī)定值以前,蓄電池的充放電循環(huán)次數(shù)稱為循環(huán)壽命。在正常工作條件下,蓄電池浮充供電的時間,稱為浮充壽命。通常免維護電池的浮充壽命可達到10年以上。

循環(huán)壽命與電池每次放電的深度有密切關系。放電深度為30%時,充放電循環(huán)次數(shù)可達1200次;放電深度為100%時,循環(huán)壽命僅有200次。因此使用中應當盡量避免電池深度放電。

根據(jù)加速壽命試驗的結果,免維護閥控電池在室溫下,浮充壽命可達10年以上。應當說明,浮充電壓過高或過低,會使蓄電池過充電或欠充電,因而將影響電池的壽命。

由于自放電作用,存放過程中,免維護電池的剩余容量將逐淅減少,通常,電池剩余容量下降到50%的時間,稱為存放壽命。在不同的溫度下,電池的剩余容量與存放時間有一個對應的關系。當環(huán)境溫為250C時,存放壽命可達18個月。當環(huán)境溫度為400C時,存放壽命只有5個多月,因此免維護電池的存放溫度不能太高。

蓄電池的使用壽命與環(huán)境溫度關系很大。通常來說,若以25℃為基準,平時不能超過+15度～+30度。溫度升高,電池組放電容量會增加,但壽命降低,如果在高溫下長期使用,工作環(huán)境溫度每上升10℃,蓄電池的使用生命減半。若溫度太低,會使蓄電池容量下降,溫度每下降1度,其容量下降1%。所以,當電源處于浮充工作狀態(tài)時,需要通過降低浮充電壓來進行補償,補償系數(shù)為環(huán)境溫度每上升1℃,每節(jié)電池單體(2 V的單體)的浮充電壓降低3-5mV。但是溫度補償功能只能在一定的范圍內(nèi)起作用,蓄電池最好是工作在20-25℃的環(huán)境下。如果蓄電池電壓在放出其額定容量80%(對照相應放電率的容量如C10、C3等參數(shù))之前已低于1.8V/單格(1小時率放電為1.75V/單格),則應考慮加以更換。

2 蓄電池浮充運行狀態(tài)

決定電池壽命的要素有三個:第一是產(chǎn)品質量;第二是維護的情況;第三是決定電池是否處于良好的浮充運行狀態(tài)。當交流電正常供應時,負載電流由交流電經(jīng)整流后直接供電于負載,蓄電池處于微電流(補充其自放電所耗電能)充電狀態(tài);當交流電停供時才由蓄電池單獨供電于負載,故蓄電池經(jīng)常處于充足狀態(tài),大大減少了充放電循環(huán)周期,可延長了電池壽命。

2.1 關于浮充電壓的選擇

蓄電池浮充電壓的選擇是對電池維護得好壞的關鍵。如果選擇得太高,會使浮充電流太大,不僅增加能耗,對于密封電池來說,還會因劇烈分解出氫氧氣體而使電池爆炸。如果選擇太低,則會使電池經(jīng)常充電不足而導致電池加速報廢。

2.2 低電壓恒壓充電(均衡充電)技術

所謂低壓恒壓充電,即過去傳統(tǒng)的恒壓充電法,但其不同點是,低電壓恒壓充電一般采用每只蓄電池平均端電壓為2.25～2.35V的恒定電壓充電。當蓄電池放出很大容量(A·h)而電勢較低時,充電之初為防止充電電流過大,充電整流器應具有限流特性,故仍處于恒流充電狀態(tài)。當充入一定容量(A·h)后,蓄電池電勢升高,充電電流才逐漸減小。這種充電方式由于有以下優(yōu)點而被推廣使用。

充電末期的充電電流很小,故氫氣和氧氣和產(chǎn)生量極小。它能改善勞動條件、降低機房標準,是全密閉電池適用的充電方式;充電末期的電壓低,對程控電源等允許用電壓變化范圍較寬的用電設備供電時,可在不脫離負載的情況下進行正常充電,以簡化操作,提高可靠性;整流器的輸出電壓最大值較小,可減小整流器中變壓器的設計重量。

2.3 蓄電池浮充電壓與溫度的關系

應注意的是,在浮充運行中,閥控電池的浮充電壓與溫度有密切的關系,浮充電壓應根據(jù)環(huán)境溫度的高低作適當修正。在淺度放電的情況下,閥控電池在2.27V/C(25℃)下運行一段時間是能夠補充足其能量的;在深度放電的情況下,閥控電池充電電壓可設定為2.35～2.40V/C(25℃),限流點設定為 0.1Q,經(jīng)過一定時間 (放電后的電池充足電所需的時間依賴于放出的電量,放電電流等因素)的補充容量后,再轉入正常的浮充運行。

為了彌補運行中因浮充充電流調(diào)整不當造成的欠壓,補償閥控蓄電池放電和爬電漏電所造成蓄電池容量的虧損,應2-3個月對電池進行一次補充充電。

3 蓄電池的維護

3.1 低電壓保護與二次下電措施

為此,要求電源系統(tǒng)的功能要全面,如具備定時均充、二次下電、溫度補償、無級限流等功能,同時必須建立完善的電源維護體系。

除了定時均充外,蓄電池的日常管理的內(nèi)容也是非常多的,包括低電壓保護、二次下電、溫度補償、無級限流等等,這些措施可以保證蓄電池處于良好的使用狀態(tài),延長其使用壽命。

蓄電池在輸出能量時,其兩端電壓不斷下降,當下降到一定值(一般稱為終止電壓)的時候,就必須斷掉其能量輸出回路,否則可能導致蓄電池過放電,使其壽命縮短甚至報廢。這種在終止電壓時,使蓄電池斷掉負載防止過放電的動作和措施,叫做低電壓保護。

二次下電比低電壓保護更進一步。當電池兩端電壓降到一定值時 (一般比終止電壓高),就斷掉一部分次要負載,只給剩下的主要負載供電。之后當電壓下降到終止電壓時,則將主要負載也斷掉,實現(xiàn)對蓄電池的保護。這種兩級斷開負載的動作和措施即為二次下電。二次下電的好處是在保證蓄電池不過放電的同時,可以給重要設備提供更長的供電時間,盡量減少通信中斷的損失。如果需要實現(xiàn)系統(tǒng)的二次下電功能,開局時,須將直流輸出負載分成主要和次要負載,接到相應的分路上。先進的電源設備的二次下電功能非常靈活,可以隨意調(diào)節(jié)一、二次下電的電壓,并且可以設置成不做二次下電和低電壓保護,滿足優(yōu)先保障通信的需求。

3.2 蓄電池組的充放電維護

常用的正常充電法有:恒流充電法、恒壓充電法和分級定流充電法等。

采用恒流充電法時,充電電流始終保持不變。在充電過程中,蓄電池的端電壓逐漸升高,為了保持充電電流穩(wěn)定不變,外電源的電壓必須逐漸升高。采用這種方法,充電時間較短,但是由于充電末期,大部分充電電流都用來電解水,所以蓄電池中將產(chǎn)生大量的氣泡。這樣不僅浪費了電能,而且還會使極板上的活性物質脫落,因此這種方法較少采用。

采用恒壓充電法時,外電源的電壓保持恒定。在整個充電過程中,由于電源電壓保持不變,所以剛充電時,充電電流相當大,隨著蓄電池端電壓不斷升高,充電電流逐漸減小。因此,采用這種充電方法時,可以避免蓄電池過量充電,但是由于充電初期,充電電流過大,所以也有可能損壞極板。

目前比較常用的正常充電法是分級定流充電法。采用這種充電法時,充電過程一般分為兩個階段:第一個階段用10小時率電流充電,通常需要6-7小時,單只蓄電池的端電壓可上升到2.4V。第二階段用20小時率電流充電,直到端電壓(2.6-2.8V)連續(xù)兩小時穩(wěn)定不變?yōu)橹?這一階段約需要14-17小時。

[1]王保國,陳金慶,朱順泉,楊基礎.發(fā)展蓄電儲能技術實現(xiàn)電力能源可持續(xù)發(fā)展[J].第一屆循環(huán)經(jīng)濟與生態(tài)工業(yè)學術研討會論文集，2006-10-01.