盾構施工中電機車蓄電池硫化的原因分析及處理

陳 宏 明

(中國中鐵隧道集團一處有限公司TBM分公司，重慶 401121)

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盾構施工中電機車蓄電池硫化的原因分析及處理

陳 宏 明

(中國中鐵隧道集團一處有限公司TBM分公司，重慶 401121)

描述了盾構施工中電機車蓄電池硫化的原理和現象，從判斷電瓶機車蓄電池硫化的方法、硫化的原因和防止硫化的措施三個方面做了詳細的分析，對以后電瓶機車正確使用蓄電池和延長壽命有深刻的意義。

蓄電池，硫化，盾構施工

0 引言

在盾構施工中電瓶機車用于渣土和各種盾構施工材料運輸作用，是保證盾構施工重要與關鍵設備之一。通常一臺新電瓶車在使用工程不到一半時，蓄電池出現大量虛電。嚴重影響盾構施工生產進度和存在重要不安全因素。為此，分析蓄電池在使用、充電、保養和管理過程中導致蓄電池虛電原因，最終發現導致蓄電池虛電原因為蓄電池硫化原因。制定防范措施延緩鉛蓄電池硫化。

1 鉛酸蓄電池產生硫化原因

1)鉛酸蓄電池的組成：正極板(二氧化鉛)，負極板(海綿鉛)，電解液(稀硫酸)，外殼，隔板，接線柱和保護裝置。

2)鉛酸蓄電池在充電和放電過程中化學反應：

充電：

2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4

放電：

Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

根據鉛酸蓄電池內部介質和充放電化學反應；鉛酸蓄電池在理想情況下遵循化學反應平衡可逆，在鉛酸蓄電池進行內部充放電化學反應；但實際情況，因鉛酸蓄電池在長期使用過程中和維護不到位情況下，會大量存在過放電或充電不足，這樣會導致鉛酸蓄電池內部物質不平衡(缺蒸餾水、電解液濃度不達標)；鉛酸蓄電池在放電中會產生PbSO4；因電池內介質不平衡，部分PbSO4沒有被在充電過程中還原成Pb；在長期這樣過放電和充電不足(電流和充電時間不足)過程中，在鉛酸蓄電池負極板表面累積形成越來越多的PbSO4；PbSO4是一種堅硬的白色顆粒，導電性不良、電阻大和難以溶解，在充電過程中難于參加氧化反應；這就是鉛酸蓄電池產生硫化的原因；蓄電池硫化對電池性能影響極大，降低電池容量，縮短使用時間，嚴重的甚至導致電池報廢。

2 如何分辨鉛酸蓄電池的極板硫化

1)在充電前打開蓄電池加液口蓋子時，看到在負極板表面上有一層白色顆粒狀物(PbSO4),表面粗糙；

2)當鉛酸蓄電池在充電不到40 min時，通過溫度計測量很快達到45℃，電解液產生大量氣泡；

3)在充電過程中對多支電池濃度進行測量，測量濃度數據低于1.10 g/cm3左右，低于標準1.20 g/cm～1.28 g/cm左右；

4)鉛酸蓄電池在由電機車更換下來后，進行充電時很快每支電瓶測量電壓在2.0 V～2.3 V左右，在使用放電時電壓很快降到1.7 V左右；

5)電瓶機車操作室電壓顯示很高，但電瓶啟動運行后電壓很快降下來(重載時440 V)。

3 導致鉛酸蓄電池極板硫化的原因

3.1 蓄電池處于過放電

1)蓄電池在充電過程中產生氣泡,電解液沾落在電瓶表面,在表面形成短路放電；

2)電瓶在更換過程中,因電瓶箱體受力不均勻導致殼體變形；箱體內部擠壞電瓶與箱體接觸產生放電；

3)因盾構施工中電機車軌道鋪設平整；機車運行時左右擺動,導致蓄電池電解液溢出，單支電瓶之間形成互相連接放電；

4)電機車在運行過程中，長期運行在重負荷和高速下，出現大電流工作，引起長時間大電流工作；

5)電瓶電壓過低情況下未進行更換，直到電機車無法運行，導致電瓶過量放電；

6)單支蓄電池之間絕緣損壞，導致單支蓄電池之間放電。

3.2 電解液濃度偏高或偏低

1)充電人員在充電過程中誤操作，在蓄電池未充電前或充電完成后對濃度測量，然后進行調整電解液濃度,導致濃度偏高；

2)調整電解液濃度蒸餾水與電解液不合格；

3)機車運行時左右上下擺動時,導致蓄電池電解液溢出，蓄電池電解液濃度不合格；

4)充電過程中在對電瓶表面進行降溫時，有自來水進入到單支蓄電池中，改變了電解液濃度和介質；

5)充電時溫度偏高或偏低進行測量，一般溫度在35 ℃～45 ℃之間進行。

3.3 蓄電池充電不足

1)電機車蓄電池在第一次充電過程中，充電電流、電壓和時間設置不夠；

2)蓄電池在充電過程中電流不合理，未對電瓶進行二次小電流補充充電。

4 防止蓄電池極板硫化的措施

1)蓄電池在充電前和充電完成后，需要對電瓶表面進行清洗，防止單支電瓶與單支電瓶、單支電瓶與電瓶箱體之間表面產生短路漏電；

2)蓄電池在充電過程中，第一階段充電電流一般設置在84 A，充電時間在8 h～10 h;第一階段充電完成后，等溫度降下來后，將電流設置為42 A，充電時間在2 h～4 h，進行小電流補充充電;一般情況下蓄電池在使用三個月后需做一次預防性的去硫充電；

3)充電中溫度達到35 ℃～45 ℃之間，生氣泡；對電解液濃度進行檢查，一般濃度在1.20 g/cm～1.28 g/cm之間屬于正常；如果高于濃度范圍加蒸餾水進行調整，低于時添加硫酸調整；

4)充電過程中，電解液溫度不能高于50 ℃；

5)充完電后，對蓄電池進行檢查，保證每單支蓄電池電解不能太高，一般高于極板1 cm～2 cm；檢查單支電瓶連接緊固；

6)蓄電池在更換時，每箱蓄電池應進行平衡吊裝，防止蓄電池箱體變形，擠壓單支蓄電池損壞絕緣材料引起放電；

7)盾構施工中電機車運行時，提速應該均勻，速度起來平衡穩定后再提速，以免過快提速導致大放電流；

8)充電應由專業人進行日常檢查和保養。

5 結語

本文對蓄電池產生硫化原理和現象進行描述，分析了盾構施工中導致電機車蓄電池硫化的操作，提出規范注意事項。能使充電人員及養護人員有目的、有計劃地正確使用維護蓄電池，盡可能防止硫化現象的出現，以延長蓄電池的使用壽命，提高其使用效率。

[1] 淄博蓄電池說明書[Z].

[2] 白連慶.蓄電池硫化原因分析及處理[J].設備管理與維修，2005(6)：40.

[3] 肖永清，肖 軍.汽車蓄電池的使用與維修[M].北京：中國電力出版社，2010.

The reasons analysis and processing about the battery vulcanizing of battery locomotive in the shield construction

CHEN Hong-ming

(TBM Branch, China Railway Tunnel Group of the First Engineering Department Co., Ltd, Chongqing 401121, China)

The paper describes electricity car storage battery sulphur principles and phenomenon in shielding construction, the author made the detailed analysis by three aspects: how to determine the battery vulcanizing of the battery locomotive, the causes of the battery vulcanizing, and preventing measures, which has profound significance for subsequent proper use of the battery locomotive and extending battery life.

battery， sulfide， shield construction

1009-6825(2014)31-0236-02

2014-08-27

陳宏明(1981- )，男，工程師

U264

A