成都地鐵1號線通信蓄電池的維護改進建議

辜先軍

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成都地鐵1號線通信蓄電池的維護改進建議

辜先軍

針對成都地鐵1號線通信蓄電池的維護現狀，從分析蓄電池劣化的原因和發展趨勢著手，提出在蓄電池日常維護中內阻監測的重要性，并通過人工檢測和在線監測的優缺點、性價比的分析比較，提出在1號線通信蓄電池的后期維護中引入在線監測系統的維護建議。

蓄電池；劣化；失效；內阻；在線監測

U231.7∶TM912。

圖1　通信 UPS 系統供電示意圖

0　引言

蓄電池作為電源系統的組成部分，起著儲備電能、應付市電異常和特殊工作情況、維持用戶系統正常運轉的關鍵作用，是需要高可靠供電保障領域的最后一道防線。

閥控式密封膠體電池，由于采用了閥控式密封結構，不需要加酸、加水維護，無酸液、酸霧泄出，電解液呈膠狀，可與設備同機房安裝。由于其體積小、重量輕、自放電小、少維護、壽命長、使用方便、安全可靠等特點，深受用戶歡迎。

1　通信用蓄電池的運行及維護現狀介紹

1.1通信蓄電池及UPS系統介紹

成都地鐵1號線通信系統蓄電池采用是 SEC 系列閥控密封式鉛酸膠體電池，單體電池為 12 V/210 A·h，在20 ℃ 的工作環境下的設計壽命是 10 年，其與中達電通的不間斷電源（UPS）主機系統一起構建了 UPS 系統，為通信各子系統及綜合監控系統提供預定的不間斷交流電能（圖 1）

1.2蓄電池運行情況及維護現狀介紹

成都地鐵 1 號線通信蓄電池從 2010 年 9 月投入在線運行，至今已運行了 5 年有余，實踐表明，蓄電池在投入運行的 2～3 年內性能穩定，隨著充放電次數的增多和在線運行時間的增長，蓄電池逐漸步入劣化期是必然趨勢，目前已經在倪家橋站的蓄電池組中發現了 1 個失效單體電池。同時，1 號線通信設備房在冬季或春夏過渡期機房環境溫度都會大大超過 20 ℃ 的理想工作環境溫度值，個別機房甚至常年維持在 30 ℃ 左右的環境溫度，導致蓄電池內不必要的化學反應概率增加，這些因素都會加速蓄電池的劣化速度，縮短蓄電池的預期使用壽命。因此，在蓄電池進入衰退期如何及時發現蓄電池的劣化跡象或失效電池，防止出現由于沒有及時發現劣化電池致使蓄電池劣化積累、加劇最終導致整組蓄電池報廢的情況發生，是擺在維修人員面前需要迫切解決的問題。

1 號線通信蓄電池的預防性維護主要是定期人工對蓄電池進行放電測試并測試單體電池的電氣特性：端電壓和內阻，通過預防性維護能夠發現劣化或失效的電池，但預防性維護周期為 1 年，在預防性維護周期之間，蓄電池組內部出現的單體電池失效又該如何發現、控制和處理呢？正在進行預防性維護的放電測試時，不排除市電停電的情況存在，這個時候如果市電突然停電，電池還能可靠地向通信系統供電達 4 h 嗎？鑒于此，需要考慮改進目前的維護方式。

2　蓄電池的端電壓、內阻與電池性能劣化的關聯分析

2.1鉛酸蓄電池的端電壓等運行參數不能反映電池的容量特性

容量嚴重下降的電池，在整組浮充電的電池中，其浮充電壓的區別不足以用來判斷電池是否因容量降低而失效，很多早期性能劣化或早期失效的電池在浮充狀態下表現出滿意的端電壓，一旦電池組進行放電，這些電池因為充電量少，端電壓會很快跌落，并妨礙電池組的放電性能。電池組中失效電池過多造成電池組在系統需要電池供電時無法達到預定的啟動電流從而起不到備份作用，這時可以從電池的端電壓上很容易地發現劣化電池，但在實際應用中已為時已晚。

2.2鉛酸蓄電池的內阻變化可以預示電池的內部與容量特性變化

蓄電池的性能與容量特性可以通過其內阻變化反映出來，以下是影響內阻變化的主要因素。

（1）腐蝕。隨著柵板和匯流排的腐蝕，導致金屬導電回路變化，使電池內阻增大。

（2）柵板鈍化。長期使用導致活性物質腐蝕，柵板孔隙率增大，電解液供應量下降，柵板活性物質減少，使電池內阻增大。

（3）硫化。部分活性物質硫化，導致活性物質減少，涂膏的電阻亦增加。硫化消耗掉部分硫酸，使電解液的電阻率變大。這些都導致電池的內阻增大。

（4）失水。由于閥控密封鉛酸蓄電池無法加水，失水后電解液供應不足，使電池內阻增大。

（5）制造缺陷。如鑄鉛和涂膏工藝不良，都可能導致較高的金屬電阻和容量問題。

在其他已采用在線監測系統的案例中，通過在線監測系統所測試的 1 組存在有失效電池的蓄電池組的各單體電池內阻、端電壓測試數據分析中，發現這樣一種現象：各單體電池在浮充狀態下的端電壓差別不大，但測試內阻就發現失效電池與正常電池的數值差別很大。上述現象表明：電池性能已劣化的電池組，如果只是通過測試端電壓是很難發現電池失效問題的。

多項研究和運行數據表明：準確、實時地監測蓄電池的內阻，可以在蓄電池失效前 3 個月，通過數據比較分析發現問題，為維護人員提供預警信息，并及時更換電池，幫助維護人員消除電池隱患。

3　蓄電池在線監測與人工檢測的比較

結合以上的分析可以看出，蓄電池的測試與維護是一項防患于未然的工作，加強對蓄電池電氣特性的監測，特別是加強對電池內阻值變化的監測，能夠及時掌握電池的劣化狀況和容量變化并采取相應措施，達到提高電池的后備保障能力和延長電池組的使用壽命的目的。電池內阻的監測主要是維護人員用測試儀表定期人工測試或利用自動測試系統中的內阻測試功能模塊在線自動測試。

3.1人工檢測存在的不足

（1）由于不同廠家的內阻測試儀準確度和抗干擾能力有很大差別，因此，測試值存在較大的差別，不利于技術人員對測試數據進行分析比較。

（2）測量夾子很難與電池極柱直接接觸，測試值中含有夾子與極柱的接觸電阻，每次產生的接觸電阻不盡相同。

（3）除上述因素外，人工檢測的準確度還會受其他諸多因素的影響。

（4）由于人工檢測定期進行，很難及時發現劣化電池和失效電池。

（5）放電測試不但對電池有傷害隱患，而且存在放電測試過程中市電中斷導致蓄電池放電時間不足的系統風險。

（6）人工檢測工作周期長，費時費力，有人身觸電傷害風險。

3.2在線監測的優點

（1）維護人員可以通過在線監測系統很方便地調看車站各單體電池的實時數據，由于測試數據是由同一套設備測試，因此，數據可靠性高，有利于維護人員分析了解電池的性能劣化趨勢，有針對性地提前更換個別劣化失效電池，減少了因個別電池劣化未及時更換造成整組電池失效的可能，延長了電池組的壽命。

（2）在線監測可以不間斷地監測電池的內阻、電壓及溫度等參數，一旦出現異常情況，系統會第一時間發出聲光報警，提醒維護人員處理，避免了事故的發生，提高了 UPS 系統的安全性和可靠性。

（3）運用交流測試法，向電池內注入一個交流信號來測試電池內阻，無須蓄電池放電測試，對電池壽命無額外的影響。

（4）節約成本。蓄電池在線監測可以隨時了解現場數據，減少了人工檢測的工作量，人工費用和車輛費用大大減少。

表1　人工檢測與在線監測的對比

（5）減少人員傷害事故。在線監測可以自動完成各項數據測試，無需人員到現場進行例行檢測和接線，減少了人員傷害事故發生的可能性，同時也避免了人工檢測對設備造成損壞的可能性。

4　蓄電池在線監測的性價比分析

目前，對蓄電池的內阻數據進行在線監測的測試值精準度已可以達到毫歐級，完全可以與離線式人工測量的精準度媲美，這是由于應用了如鎖相、電導測試等技術的結果。1 號線每個車站通信蓄電池配置了 2 組蓄電池，每組蓄電池由 29 節電池串聯，一共有 58 節蓄電池。表 1 就單站采用在線監測的性價比進行分析比較。

從表 1 可以看出，蓄電池投入在線監測維護方式后，其良好的性價比是顯而易見的。

5　通信蓄電池在線監測系統的技術方案

5.1系統組網方案

目前各蓄電池在線監測設備制造廠家將內阻、電壓、溫度等監測功能模塊集成到監測主機上，因此,蓄電池在線監測系統組網是比較簡單方便的，

主機監測線纜連接到蓄電池相應只需在設備房內將監測極柱上即可實現數據監測，同時為了便于集中管理和遠程查看，利用1 號線傳輸設備豐富的以太網資源，可將監測主機通過TCP/IP 接口與設在控制中心的上位機，組成 1 個小型的局域網，實現遠程的日常數據監測管理。具體的系統組網方案見圖 2。

5.2系統功能

配置的蓄電池在線監測系統應該具有以下基本功能。

（1）可以測試單體電池的內阻、電壓和溫度，以及電池組電壓；對電池的各項參數可以設定上下門限并在電池參數超過門限值時系統自動發出聲光報警提示。

圖2　成都地鐵 1 號線通信蓄電池在線監測系統組網方案

（2）測試數據可以在本地存儲查看，也可以由系統上位機以定期輪詢方式收集各站的測試數據，存儲在數據庫中，以備維護人員隨時調看，而且系統具備自動導出測試數據功能。

6　結束語

對蓄電池組進行在線監測可使電池的壽命達到最長，接近設計壽命甚至超過設計壽命，通過有效的監測確保無需過早地更換蓄電池組，對劣化電池進行早期覺察，維護人員可以有足夠地應對時間來對蓄電池進行有針對性的更換，同時在線監測采集的大量測試數據，為設備維護管理決策提供科學有效的數據依據。

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2009-12-06）[2015-04-20]. http://www.docin.com/ p-36253331.html.

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《現代城市軌道交通》編輯部

Suggestion on Maintenance Improvement of Communication Battery on Chengdu Metro Line 1

Gu Xianjun

Aiming at the current maintenance situation of the communication battery on Chengdu metro line 1, the paper starts from the analysis of the causes and the development trend of battery deterioration, puts forward the importance of monitoring the resistance in the battery in the daily maintenance work and makes comparison and analysis of manual inspection and on-line monitoring, cost-effectiveness and the advantages and disadvantages. The paper puts forward suggestions on maintenance of communication battery in the late period maintenance of the introduced online monitoring system on Line 1.

battery, deterioration, failure, internal resistance, online monitoring。

辜先軍：成都地鐵運營有限公司自動化監控中心，工程師，四川成都 610000

2015-05-11責任編輯 冒一平