地鐵供電系統(tǒng)蓄電池的合理性選擇及維護分析

施鵬遠

（上海市工程設(shè)備監(jiān)理有限公司，上海 200120）

地鐵供電系統(tǒng)蓄電池的合理性選擇及維護分析

施鵬遠

（上海市工程設(shè)備監(jiān)理有限公司，上海 200120）

文章對地鐵供電系統(tǒng)蓄電池的合理性選擇及維護進行了分析，將蓄電池作為地鐵供電系統(tǒng)的備用電源，可以在地鐵供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，提供應(yīng)急供電電源，保障了地鐵供電系統(tǒng)的持續(xù)和穩(wěn)定運行，有效避免了地鐵運行意外事故的發(fā)生。

地鐵供電系統(tǒng)；蓄電池；故障與維護

地鐵供電系統(tǒng)中主要使用閥控式密封鉛酸蓄電池，根據(jù)密封形式的不同，又可細分為GEL密封鉛酸蓄電池和AGM密封鉛酸蓄電池。在實際選擇時，需要綜合考慮多方面的因素，例如蓄電池所提供的最大電壓、供電持續(xù)時間、蓄電池使用壽命等，隨后在綜合衡量利弊的基礎(chǔ)上，進行合理性選擇。此外，由于蓄電池工作環(huán)境的特殊性，在使用一段時間后也需要進行定期維護，以保證在地鐵供電系統(tǒng)出現(xiàn)緊急狀況時能夠發(fā)揮正常作用。

1 地鐵供電系統(tǒng)蓄電池的類型

鉛酸蓄電池根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，分為吸液式蓄電池和膠體式蓄電池兩類，兩種鉛酸蓄電池雖然在工作原理上并無差異，但是適用的環(huán)境不同（見表1），因此需要進行合理選擇。

表1 兩種蓄電池性能比較

對比來看，兩種蓄電池均能夠滿足地鐵供電系統(tǒng)的使用需求，但是由于地鐵蓄電池長期處于浮沖狀態(tài)，因此不需要考慮蓄電池電量不足或供電時間不長的問題；同時，地鐵變電所環(huán)境滿足AGM蓄電池的運行要求，不需要考慮環(huán)境溫度對蓄電池帶來干擾。綜合衡量多方面因素后，AGM蓄電池更適合作為地鐵供電系統(tǒng)的蓄電池。

2 蓄電池的合理性選擇

2.1 單個蓄電池的電壓選擇

為了保證直流系統(tǒng)的正常工作，對于單個蓄電池電壓2 V，4 V，6 V，12 V的最佳數(shù)量值有所規(guī)定，如表2所示。

2.2 蓄電池個數(shù)的選擇

蓄電池組的運行必須滿足其正常運行時母線電壓為標稱電壓的105%，在線均衡充電時母線電壓不應(yīng)超過標稱電壓的110%，事故放電末期的母線電壓為其標稱電壓的85%，即標稱電壓為220 V的直流系統(tǒng)的母線電壓允許在187～242 V之間波動。根據(jù)計算，大多數(shù)地鐵變電所的220 V直流系統(tǒng)的蓄電池均選用200 Ah以下的蓄電池，一般選用18只12 V的組合體蓄電池，這相當于108只2 V單體蓄電池。

2.3 蓄電池組的電壓選擇

蓄電池組電壓取決于直流系統(tǒng)的電壓。由于直流系統(tǒng)的電壓等級相同，常見的有220 V和110 V兩個電壓，其中220 V直流系統(tǒng)對電纜截面要求低，系統(tǒng)的回路電流小，而110 V直流系統(tǒng)的主要優(yōu)點有兩個：（1）系統(tǒng)的絕緣水平提高，減小了中間繼電器斷線和接地故障的發(fā)生概率；（2）蓄電池個數(shù)減少一半，節(jié)省了投資和安裝維護工作量。因此，在蓄電池組電壓的選擇時，從工程的重要性考慮配置情況，充分考慮供電負荷的需要和可靠性，減少供電范圍。

2.4 蓄電池額定容量的選擇

額定容量決定了蓄電池充放電時間的長短，如果額定容量不符合地鐵供電系統(tǒng)的需要，容易出現(xiàn)電壓輸出不穩(wěn)定現(xiàn)象，影響地鐵用電設(shè)備的正常運行。蓄電池額定容量的選擇應(yīng)遵循4個原則：（1）具有一定的備用容量；（2）滿足沖擊負荷出現(xiàn)時直流母線壓降不超過10%；（3）滿足停電狀態(tài)下的沖擊放電；（4）滿足停電狀態(tài)下的持續(xù)放電。管理人員在實際選擇時，應(yīng)當注意綜合考慮上述幾方面的影響因素，保證蓄電池額定容量滿足實際的使用需求。

表2 蓄電池電壓規(guī)定

3 地鐵供電系統(tǒng)蓄電池常見問題

在蓄電池實際使用過程中，隨著使用時間的增加，不可避免會出現(xiàn)一些運行問題，需要管理人員及時分析問題成因，進而采取有效的維護措施，保證蓄電池正常使用。其中常見的問題主要有：（1）蓄電池過早失效，由于蓄電池制造采用的生產(chǎn)工藝、電極材料等方面存在差異，導(dǎo)致在同一個蓄電池組內(nèi)，單個電池的浮充電壓存在明顯的差異，當蓄電池組對外供電時，浮充電壓較低的電池會因為長期電壓過低而出現(xiàn)電容量下降，電池性能也會受到影響；（2）蓄電池充放電故障，管理人員的責任心不強，沒有按照相關(guān)規(guī)定進行蓄電池充放電操作，導(dǎo)致蓄電池內(nèi)電壓偏高或偏低。此外，蓄電池充放電時還會產(chǎn)生靜電，在靜電吸附作用下，蓄電池表面會黏附許多灰塵，如果沒有定期進行清潔，導(dǎo)致蓄電池運行環(huán)境變差，也會增加蓄電池出現(xiàn)故障的概率。

4 地鐵供電系統(tǒng)蓄電池的維護措施

4.1 優(yōu)化蓄電池運行環(huán)境

蓄電池運行環(huán)境對蓄電池的工作效率和使用壽命有著重要影響，通過對以往地鐵供電系統(tǒng)蓄電池的故障原因分析，其中多數(shù)故障都與惡劣的工作環(huán)境有關(guān)。因此，管理人員在進行日常的蓄電池維護和保養(yǎng)時，要著重做好環(huán)境的清理工作。首先，考慮到AGM蓄電池對于環(huán)境溫度較為明暗，因此應(yīng)當將蓄電池遠離熱源，避免受到陽光直射。其次，保持周邊具有良好通風、干燥環(huán)境，定期清理灰塵。由于運行環(huán)境不會對蓄電池帶來直接的影響，容易被管理人員所忽視，相關(guān)管理部門還需要制定嚴格的檢查制度，明確工作人員的管理責任，保證蓄電池始終處于良好工作環(huán)境。

4.2 做好蓄電池日常監(jiān)測

通過開展日常監(jiān)測，能夠及時發(fā)現(xiàn)蓄電池存在的故障隱患，進而通過采取及時有效的維護措施消除故障隱患，既能夠保證蓄電池的正常工作，又避免了因運行故障帶來的直接經(jīng)濟損失。日常監(jiān)測的主要內(nèi)容有：（1）在蓄電池正常使用條件下，單次充電的平均電流不得超過0.1 C；（2）蓄電池浮充時同一個電池組中單個電池的電壓差最大不得超過50 mV；（3）蓄電池運行環(huán)境溫度應(yīng)控制在10～25℃之間，并有良好的通風條件；（4）長期閑置的蓄電池重新投入使用后，還要對充放電過程中電池電壓的穩(wěn)定性進行檢測；（5）以季度為單位，每季度進行一次蓄電池帶載放電操作，保證蓄電池的負載安全。除此之外，地鐵供電系統(tǒng)蓄電池的日常監(jiān)測工作還有多種，需要管理人員根據(jù)具體的監(jiān)測項目和監(jiān)測要求，按部就班地完成日常監(jiān)測工作，保障蓄電池的運行安全。

4.3 優(yōu)化蓄電池結(jié)構(gòu)設(shè)計

蓄電池自發(fā)明至今，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大改變，近年來，為了滿足不斷增加的使用需求，蓄電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)也逐漸向集成化、模塊化方向發(fā)展，不僅蓄電量有了很大的提升，而且環(huán)境適應(yīng)能力也得到了改善。例如，以往的AGM蓄電池采用的是不可擴展結(jié)構(gòu)，即蓄電池的容量是恒定的，如果地鐵供電系統(tǒng)需要更高的供電電壓，就必須直接更換蓄電池。

5 結(jié)語

蓄電池作為地鐵供電系統(tǒng)中的組成部分，在地鐵應(yīng)急供電中發(fā)揮了重要作用。在選擇地鐵供電系統(tǒng)所用蓄電池時，既要考慮地鐵供電系統(tǒng)的實際需要，又要關(guān)注各種蓄電池的適用條件。在蓄電池運行過程中，也要定期做好檢修和維護工作，及時發(fā)現(xiàn)問題，采取解決措施，保證蓄電池正常適用，維護地鐵運行安全。

[1]劉輝，劉哲.不停電倒閘縱聯(lián)有載裝置在地鐵供電系統(tǒng)的試運行分析[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2015（3）：1-4.

[2]楊振宇，劉佳明.試析地鐵供電系統(tǒng)設(shè)備選擇與全壽命周期費用的關(guān)系[J].電子世界，2017（3）：82.

Rational selection and maintenance analysis of storage battery in subway power supply system

Shi Pengyuan
（Shanghai Municipal Engineering Equipment Supervision Co., Ltd., Shanghai 200120, China）

This paper analyzes the rational selection and maintenance of storage battery in subway power supply system. Uses the storage battery as the backup power supply of the subway power supply system, it can provide emergency power supply and ensure the continuous and stable operation of the subway power supply system when the subway power supply system fails, which effectively avoid the occurrence of subway accident.

subway power supply system; storage battery; failure and maintenance

施鵬遠（1988— ），男，江蘇無錫。