閥控式鉛酸蓄電池的故障及維護(hù)

李靜

(洛陽(yáng)三隆安裝檢修有限公司，河南洛陽(yáng) 471012)

閥控式鉛酸蓄電池的故障及維護(hù)

李靜

(洛陽(yáng)三隆安裝檢修有限公司，河南洛陽(yáng) 471012)

目前，有“免維護(hù)”之稱(chēng)的閥控密封式鉛酸蓄電池在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，但用戶(hù)在電池使用上存在認(rèn)識(shí)誤區(qū)，放松了對(duì)其日常維護(hù)和管理，易造成電池出現(xiàn)漏液、極柱氧化腐蝕、裂紋、鼓肚等現(xiàn)象。本文以?xún)善饘?shí)際案例，分析產(chǎn)生故障的原因，并結(jié)合實(shí)際談?wù)勯y控式鉛酸蓄電池的正確使用與維護(hù)保養(yǎng)。

鉛酸蓄電池;故障;UPS;EPS;維護(hù)保養(yǎng)

0 前言

2014年2月8日，洛陽(yáng)三隆二聯(lián)合氣分裝置UPS-3電池柜有一節(jié)電池(電池型號(hào):HOPPECKE HC12000 A412/100A 12V 58Ah 2008年投用)外殼有破裂現(xiàn)象，測(cè)量該節(jié)電池溫度為35℃，其它電池為27℃;萬(wàn)用表測(cè)量電池總電壓255.7 V，測(cè)量單節(jié)故障電池電壓為22.28 V，其它單節(jié)電池電壓為14 V(單節(jié)電池電壓正常工作范圍:10.8～14.9 V)。

2 014年12月18日，大硫黃UPS間XFEPS-58-B-15KW EPS柜(電池型號(hào):HOPPECKE額定電壓12 V，容量52 Ah，電池共46節(jié)。)充電電流為5.5 A;輸出電流為0.3 A;其中一節(jié)電池溫度高達(dá)70℃，其余為63℃左右，電池組中有兩節(jié)電池外觀(guān)有輕微鼓肚冒液現(xiàn)象。EPS柜三相輸入電壓值為398 V，液晶屏顯示為428 V;萬(wàn)用表測(cè)量電池組的總電壓為328 V，測(cè)得兩節(jié)故障電池、電壓分別為10.09 V和8.9 V。

1 故障原因

1.1 兩起電池故障原因分析

從故障現(xiàn)象看，兩起故障均表現(xiàn)為:電池溫度高、電壓異常，電池外觀(guān)變形(鼓肚/冒液)。主要原因?yàn)?

1.1.1 熱失控

蓄電池變形不是突發(fā)的，往往是有一個(gè)過(guò)程的。鉛酸蓄電池由于采用了貧液式緊裝配設(shè)計(jì)，電池內(nèi)部導(dǎo)熱性極差，熱容量極小;電池之間裝配過(guò)于緊密沒(méi)有保持一定間距，造成柜內(nèi)電池散熱困難;而且蓄電池在充放電過(guò)程中一般都產(chǎn)生熱量，如果不能及時(shí)將熱量排除，將會(huì)導(dǎo)致蓄電池產(chǎn)生過(guò)熱、水損失加劇，內(nèi)阻增大，更加發(fā)熱，發(fā)生惡性循環(huán)導(dǎo)致“熱失控”。鉛酸蓄電池在高溫環(huán)境下易發(fā)生熱失控，原因在于電池安全閥排出的氣體量太少，難以帶走電池內(nèi)部積累的熱量。熱失控的巨熱將使蓄電池發(fā)生電池容量降低、電池干涸、嚴(yán)重變形、脹裂、蓄電池徹底失效。在熱失控嚴(yán)重的情況下如果放電，有可能使得電池瞬間電壓驟降和蓄電池溫度上升至70～80℃。經(jīng)過(guò)檢測(cè)和對(duì)比:硫黃EPS柜電池由于安裝時(shí)放置過(guò)于緊密、柜內(nèi)又無(wú)散熱風(fēng)扇，過(guò)多熱量集聚在柜內(nèi)使得電池發(fā)生熱失控，導(dǎo)致電池內(nèi)阻增大到11.02 mΩ，電池鼓肚(正常12 V 40 Ah蓄電池的內(nèi)阻值為7.9 mΩ，12V 60 Ah蓄電池的內(nèi)阻值為6.5 mΩ)。

1.1.2 環(huán)境溫度的影響

環(huán)境溫度是影響蓄電池壽命的重要因素，蓄電池長(zhǎng)期運(yùn)行在較高溫度環(huán)境時(shí)，除了易引起熱失控外，也易使極板腐蝕、變形、電池膨脹速度加快，嚴(yán)重時(shí)電池外殼鼓脹甚至開(kāi)裂等，同時(shí)將消耗更多的水，最后導(dǎo)致電池容量快速下降，縮短電池壽命。一般電池生產(chǎn)廠(chǎng)家要求的最佳環(huán)境溫度為20～25℃，溫度的升高會(huì)大大縮短電池壽命，據(jù)試驗(yàn)測(cè)定，環(huán)境溫度一旦超過(guò)25℃，每升高10℃，使用壽命約降低一半。閥控密封式鉛酸蓄電池設(shè)計(jì)壽命為5年，這也是在電池生產(chǎn)廠(chǎng)家要求的環(huán)境下才能達(dá)到的。而在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用中，二催化UPS間和硫黃UPS間室內(nèi)溫度在2014年的6-9四個(gè)月中最高溫度分別為31℃和30℃，最低溫度分別為26℃和27℃，平均溫度均為28.5℃，已超過(guò)電池正常使用時(shí)的20～25℃的溫度范圍，致使電池長(zhǎng)期在高溫下運(yùn)行，縮短了電池使用壽命。

1.2 影響電池壽命的其他主要因素

1.2.1 電池過(guò)放電

蓄電池放電到終止電壓后，繼續(xù)放電稱(chēng)為過(guò)放電。蓄電池放電到終止電壓時(shí)內(nèi)阻較大，電解液濃度非常稀薄，特別是極板孔內(nèi)及表面幾乎處于中性。過(guò)放電時(shí)，電池有發(fā)熱傾向、體積膨脹，放電電流較大時(shí)，明顯發(fā)熱(甚至出現(xiàn)發(fā)熱變形)，內(nèi)阻增大，充電恢復(fù)能力很差，甚至無(wú)法修復(fù)，對(duì)蓄電池的電氣性能及循環(huán)壽命極為不利。電池充放電電流一般以C來(lái)表示，C的實(shí)際值與電池容量有關(guān)。例如，100 Ah的電池，C=100 A。放電電流一般要求在0.05～3 C。

1.2.2 電池過(guò)充電

即完全充電后仍長(zhǎng)期連續(xù)的充電。正常情況下，電池充電過(guò)程是放電的逆反應(yīng)過(guò)程，即充入的電量與放出的電量應(yīng)基本相等。但維護(hù)不好，過(guò)充電會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題:①發(fā)生嚴(yán)重析氣，使充電化學(xué)反應(yīng)速度降低，充電十分困難，充電時(shí)間延長(zhǎng)。嚴(yán)重的析氣會(huì)使活性物質(zhì)松軟和脫落，同時(shí)造成電池內(nèi)壓增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電池爆裂。②過(guò)充電使得電池在較高的極化電壓下，正極板的板柵會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕(板柵變形，脆裂)，導(dǎo)電較差，從而失去骨架和導(dǎo)電作用。③過(guò)充電會(huì)加大蓄電池的水損失，會(huì)加速板柵腐蝕，活性物質(zhì)軟化，增加電池變形幾率。

2 故障反映出的問(wèn)題

2.1 安裝缺陷

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司直流電源系統(tǒng)管理規(guī)范技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求:電池柜體結(jié)構(gòu)應(yīng)有良好的通風(fēng)散熱，電池柜內(nèi)的蓄電池應(yīng)擺放整齊并保證足夠的空間;蓄電池間≥15 mm，蓄電池與上層隔板間≥150 mm，溫度計(jì)、密度計(jì)、液面線(xiàn)應(yīng)位于易于檢查的一側(cè)?！边@是蓄電池安裝擺放的基本要求。而硫黃EPS消防應(yīng)急柜:①電池放置于EPS柜柜內(nèi)，46節(jié)電池每層電池之間無(wú)間距，節(jié)節(jié)緊靠;②硫黃EPS柜前柜門(mén)雖能打開(kāi)，但電池與前門(mén)之間又有密封的隔板隔離、柜體未安裝散熱風(fēng)扇;③柜體規(guī)格:870 mm(寬)× 920 mm(深)×2 260 mm(高)，EPS柜高、柜深，導(dǎo)致較上層電池和每層放置靠里的電池平常無(wú)法監(jiān)測(cè)到運(yùn)行狀況，靠?jī)?nèi)部電池只能目視檢查接線(xiàn)處，電池出現(xiàn)輕微異常時(shí)無(wú)法發(fā)現(xiàn);④UPS、EPS、直流柜等電源裝置一般集中安裝在一個(gè)較小空間，有些房間雖有降溫設(shè)施，但環(huán)境溫度還是較高，特別是夏季，溫度達(dá)到30℃以上。

2.2 運(yùn)行維護(hù)缺陷

由于UPS、EPS電池屬于備用工作方式，市電正常情況下蓄電池大多數(shù)都處于長(zhǎng)期的浮充電工作狀態(tài)下，只充電，不放電，這樣會(huì)造成蓄電池的陽(yáng)極極板鈍化，使蓄電池內(nèi)阻急劇增大，蓄電池的實(shí)際容量遠(yuǎn)低于其標(biāo)準(zhǔn)容量，從而導(dǎo)致蓄電池所能提供的實(shí)際后備供電時(shí)間大大縮短，減少其使用壽命。按照電池使用說(shuō)明和石化廠(chǎng)規(guī)程的要求，新安裝或大修后的閥控密封式鉛酸蓄電池組第一年每6個(gè)月進(jìn)行1次核對(duì)性放電，運(yùn)行一年后的每年進(jìn)行1次核對(duì)性放電;蓄電池運(yùn)行1個(gè)月應(yīng)小修、3～6個(gè)月中修、1年大修，但實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中卻未能按照要求進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)。原因是:供電負(fù)荷為重要負(fù)荷，操作有重大風(fēng)險(xiǎn)，一旦在操作過(guò)程或電池活化過(guò)程中出現(xiàn)異常會(huì)造成生產(chǎn)波動(dòng)。因此，蓄電池活化和功能測(cè)試一般選擇隨裝置大檢修一塊進(jìn)行，現(xiàn)在裝置停工檢修周期延長(zhǎng)，為四年一修，因此電池使用時(shí)間超長(zhǎng)。

3 解決方案

3.1 蓄電池柜應(yīng)合理安裝

應(yīng)按照國(guó)家電網(wǎng)公司直流電源系統(tǒng)管理規(guī)范技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)安裝擺放蓄電池，蓄電池室內(nèi)安裝空調(diào)并保持室內(nèi)溫度控制在20～25℃。選用合適、合格的蓄電池柜。重要UPS應(yīng)加裝遠(yuǎn)傳報(bào)警監(jiān)控裝置，有條件可選配微機(jī)在線(xiàn)監(jiān)控設(shè)備和蓄電池智能監(jiān)控設(shè)備，無(wú)條件應(yīng)利用UPS報(bào)警干接點(diǎn)加裝遠(yuǎn)傳報(bào)警器。

3.2 日常巡檢與保養(yǎng)

①做好日常巡檢標(biāo)準(zhǔn)化，發(fā)現(xiàn)電池輕微故障時(shí)及時(shí)處理。巡檢時(shí)，要查看設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、單節(jié)電池電壓、運(yùn)行溫度、內(nèi)阻是否正常;要加強(qiáng)對(duì)遠(yuǎn)傳報(bào)警裝置的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常隨時(shí)檢查;每月檢查一次單節(jié)電池浮充電壓、環(huán)境溫度;檢查正負(fù)極柱有無(wú)變形、電池連接條有無(wú)松動(dòng)、腐蝕現(xiàn)象、安全閥周?chē)欠裼兴犰F液逸出，如有應(yīng)先清潔干凈，涂上凡士林，避免氧化。②做好日常保養(yǎng)，定期活化。蓄電池容量的大小決定了其維持放電(供電)的時(shí)間，而且目前全廠(chǎng)檢修周期為4年，蓄電池運(yùn)行4年后容量已消耗至70%左右，若不及時(shí)做活化實(shí)驗(yàn)，再加上維護(hù)不到位會(huì)縮短蓄電池的使用壽命，所以應(yīng)定期活化(一年2～3次)，活化時(shí)注意電池內(nèi)阻、容量的變化趨勢(shì)，做好記錄。定期活化不僅可以延長(zhǎng)電池使用壽命，還可以及早發(fā)現(xiàn)“落后”電池，從而保證UPS、EPS、直流柜的正常運(yùn)行和維持足夠的電池后備時(shí)間。

3.3 應(yīng)急防范措施

當(dāng)電池外殼發(fā)生鼓脹、破裂、滲漏和變形，應(yīng)立即進(jìn)行電池更換。我廠(chǎng)選用的UPS電源，在市電正常供電且UPS逆變運(yùn)行時(shí)，可斷開(kāi)電池電源而不影響UPS正常輸出。若有異常UPS會(huì)自動(dòng)切至靜態(tài)旁路，也不會(huì)造成供電輸出中斷。為防止在停電更換電池和做電池活化時(shí)出現(xiàn)供電異常，可根據(jù)不同的UPS運(yùn)行方式采取相應(yīng)的應(yīng)急防范措施:①對(duì)于UPS單機(jī)運(yùn)行方式，需直接將UPS手動(dòng)切換至維修旁路，待工作結(jié)束后，再將UPS投用。②對(duì)于UPS雙機(jī)冗余并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，將一臺(tái)UPS完全退出運(yùn)行，轉(zhuǎn)換成單臺(tái)UPS運(yùn)行方式。

3.4 避免過(guò)放電

①避免小電流放電，應(yīng)采用大電流放電。放電時(shí)終止電壓值不是固定不變的，它隨著放電電流的增大而降低，同一個(gè)蓄電池放電電流越大，終止電壓越低，反之應(yīng)該越高。也就是說(shuō)，大電流放電時(shí)容許蓄電池電壓下降到較低的值，而小電流放電會(huì)使放出的電量超過(guò)額定容量，而且經(jīng)常使蓄電池過(guò)量放電或小電流過(guò)量深放電會(huì)導(dǎo)致極板硫化，蓄電池容量降低。②避免過(guò)度放電，最好放電的幅度在30%～50%。蓄電池以放電深度為50%～70%時(shí)充一次電最佳，這樣可使蓄電池壽命達(dá)到最佳效果。③為防止過(guò)放電，巡檢時(shí)應(yīng)注意觀(guān)察電池運(yùn)行狀態(tài)、UPS及EPS運(yùn)行方式是否正常;對(duì)于偏遠(yuǎn)變電所應(yīng)安裝蓄電池過(guò)放電報(bào)警或欠電壓保護(hù)裝置;當(dāng)UPS、EPS運(yùn)行中出現(xiàn)異常時(shí)，檢查UPS、EPS切換是否正常，檢查電池是否正常。

3.5 避免過(guò)充電

避免過(guò)充電，鉛酸免維護(hù)電池的最佳充電電流為0.1 C左右，充電電流不能大于0.3 C。充電電流過(guò)大或過(guò)小都會(huì)影響電池的使用壽命。必須嚴(yán)格遵守蓄電池放電后，再充電時(shí)的限流恒壓充電—恒壓充電—浮充電的充電規(guī)律，經(jīng)3～6 h充電后，用蓄電池容量監(jiān)測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)已充足后，應(yīng)結(jié)束充電。

4 結(jié)束語(yǔ)

蓄電池是UPS、EPS系統(tǒng)中的重要組成部分，它的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)UPS、EPS系統(tǒng)供電的可靠性，一旦蓄電池失效，再好的UPS、EPS也無(wú)法提供不間斷供電。通過(guò)兩起故障和以上的原因分析，必須切實(shí)做到:蓄電池柜應(yīng)合理選型、安裝，電池定期活化、檢修，日常巡檢標(biāo)準(zhǔn)化、加強(qiáng)溫度檢測(cè)，維護(hù)保養(yǎng)常態(tài)化，才能保證蓄電池正常使用，UPS、EPS等電源設(shè)備正常運(yùn)行，保證安全供電，確保裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行。

TQ050.7

B

1003-3467(2015)10-0041-03

2015-08-01

李 靜(1983-)，女，助理工程師，從事電氣維修工作，電話(huà):15290592926。