極柱冷卻型動力蓄電池組絕緣分析

劉芃澎，孫俊忠，周智勇

極柱冷卻型動力蓄電池組絕緣分析

劉芃澎，孫俊忠，周智勇

（海軍潛艇學(xué)院，山東青島 266199）

針對極柱冷卻型動力蓄電池組絕緣低的問題，詳細分析了極柱冷卻型蓄電池組絕緣低的原因。在全面分析與對比電壓法和電流法測量電池組絕緣特點的基礎(chǔ)上，根據(jù)實際案例排查過程，總結(jié)出一套實用的極柱冷卻型蓄電池組絕緣低的排查法，為極柱冷卻型動力蓄電池組絕緣低的故障排查提供了理論和實踐指導(dǎo)。

極柱冷卻 蓄電池組 絕緣 蒸餾水 內(nèi)阻

0 引言

動力蓄電池組是艦艇動力裝置的重要組成部分，直接決定艦艇的機動作戰(zhàn)能力。艦艇動力蓄電池組絕緣的高低直接影響整個電氣網(wǎng)絡(luò)的可靠運行。如果絕緣值達不到規(guī)定要求，將直接導(dǎo)致主要直流輔機不能正常工作，嚴重時可能造成蓄電池局部短路起火，從而使艦艇喪失戰(zhàn)斗能力。因此，鉛酸蓄電池使用手冊明確規(guī)定，蓄電池組正常使用的最低絕緣值不能低于0.1 ΜΩ。

極柱冷卻型鉛酸蓄電池蒸餾水冷卻管路采用極柱冷卻后，雖可以直接冷卻電極等發(fā)熱部件，冷卻效果更好，管路設(shè)計也節(jié)省空間、集流性更好。但極柱還承擔(dān)蓄電池的連接和吊裝作用，所以極柱冷卻型蓄電池對生產(chǎn)工藝要求也更高。極柱冷卻型蓄電池水冷極柱采用鑄造工藝制成，鑄造過程中水冷孔道是用鑄砂填滿，成型后再倒出，生產(chǎn)工程中可能在極柱水冷孔道內(nèi)有殘余銅屑和鑄砂末，從而為蓄電池組的使用管理增加了安全隱患。極柱冷卻型蓄電池用玻璃鋼殼體替代了硬橡膠殼體，更容易受吸潮影響導(dǎo)致蓄電池組絕緣降低，根據(jù)實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在陰天潮濕環(huán)境中大約25%單塊蓄電池絕緣值達不到最低規(guī)定值30 ΜΩ。結(jié)合實際排查案例，本文對該型蓄電池經(jīng)常發(fā)生絕緣低的問題進行了全面的理論分析，總結(jié)出一套實用的排查方法，為蓄電池使用管理提供了技術(shù)指導(dǎo)。

1 某艇蓄電池組絕緣低排查案例分析

1.1 排查過程

某艇檢查發(fā)現(xiàn)兩組蓄電池絕緣均低于最低標準值0.1 ΜΩ，艏組為0.05 ΜΩ、艉組為0.03 ΜΩ。啟動蒸餾水凈化系統(tǒng)對蓄電池進行循環(huán)凈化后電池組絕緣無明顯提高，后啟動空調(diào)對電池室除濕，同時用蘇打水清潔蓄電池組表面并檢查蓄電池槽無明顯破裂。次日全面檢查水冷管、攪拌管和電池殼體是否有接地、破損，檢查電解液液面是否有過高現(xiàn)象，均未發(fā)現(xiàn)異常。隨后更換了冷卻蒸餾水，并啟動水冷和凈化系統(tǒng)，艉組蓄電池絕緣仍未達到標準值。通過拆卸匯流排，跨接對地為零的蓄電池，絕緣仍無明顯變化。在以接地蓄電池為中心擴展排查后絕緣依然無明顯變化。拆卸電池水冷管，將各組的電池徹底斷開后，測量第一分組的絕緣值為0.1 ΜΩ，其余分組絕緣均大于標準值。決定重點排查第一分組，將第一分組的水冷管全部拆卸后絕緣值達到30 ΜΩ。在更換冷卻水管并加注新蒸餾水后，艏艉兩組蓄電池絕緣值均達到0.18 ΜΩ。

使用三個月后艉組蓄電池絕緣值又降到0.08 ΜΩ，隨后將電池管路內(nèi)的冷卻水吹除，絕緣達到1 ΜΩ以上。取樣化驗蒸餾水，化驗結(jié)果指標均正常。剖開水冷膠管發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁附有黃色泥樣雜質(zhì)，將所有水冷管全部更換后絕緣問題徹底得以解決。

1.2 原因分析

除常見的蓄電池、電池蓋上落有雜質(zhì)，電解液溢出，攪拌系統(tǒng)滲漏，蓄電池室、電池槽外壁潮濕，水冷管路破損滲漏，接觸匯流條、艇體等情況外[4]，極柱冷卻型蓄電池絕緣低主要有以下兩個原因：

1）由于極柱冷卻型蓄電池用鑄造工藝制成，鑄造過程中用鑄砂填滿水冷孔道，成型后再倒出，電池出廠后可能在成品蓄電池極柱水冷孔道內(nèi)有殘余銅屑和鑄砂末。使用過程中水冷橡膠管管壁粗糙，對雜質(zhì)有一定的吸附作用，因此在蓄電池組工作一段時間后，砂末和銅屑會隨著蒸餾水的流動殘留在電池冷卻水管壁上，從而影響蓄電池組的絕緣。

2）極柱冷卻型蓄電池水冷管道連接在極柱上，對冷卻水純度要求比較高，如果冷卻水導(dǎo)電率增加，將使電池絕緣降低并加劇電池自放電。某艇在?？看a頭期間，按規(guī)定兩天運行一次蒸餾水冷卻系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)，每次運行1～3小時，能保證絕緣在0.1ΜΩ以上。超過兩天未運行，絕緣基本會降至0.1ΜΩ以下。在案例排查過程中，兩組蓄電池同時冷卻凈化，艏組電池絕緣提高明顯，艉組電池確無明顯提升。除了蒸餾水水質(zhì)已經(jīng)不達標外，蒸餾水凈化系統(tǒng)樹脂達到使用壽命，導(dǎo)致的凈化效果較差也是不容忽視的因素。

2 極柱冷卻型蓄電池絕緣低排查方法

針對極柱冷卻型鉛酸蓄電池絕緣低的問題，提出如下故障排查法：

第一步用目測法，重點檢查蓄電池上、蓄電池蓋上是否落有無關(guān)雜質(zhì)，蓄電池是否溢出電解液、攪拌系統(tǒng)是否滲漏吸入電解液。如果絕緣低現(xiàn)象發(fā)生在加蒸餾水或總測量后，則重點考慮用堿水清潔蓄電池表面。

第二步檢查蓄電池室、蓄電池槽外壁是否潮濕，啟動空調(diào)對蓄電池室進行除濕。

第三步檢查水冷管路有無破損滲漏、接觸匯流條、艇體等情況。

第四步檢查蓄電池殼體是否因破損而導(dǎo)致漏液。

第五步啟動蒸餾水凈化系統(tǒng)，凈化冷卻用的蒸餾水，凈化時通過觀察蒸餾水鹽度的變化，可判斷凈化樹脂是否有效。

第六步化驗蒸餾水水質(zhì)，檢查氯離子、鈣離子、鎂離子和次氯酸根離子的濃度以及PH值，排查冷卻水是否進海水、淡水或酸霧的可能[1]。

第七步拆卸匯流條，分組測量蓄電池組絕緣，找出接地點，測量單塊電池絕緣。

第八步對定位的絕緣低蓄電池進行修復(fù)處理。應(yīng)重點排查是否水冷管、攪拌管影響單塊蓄電池絕緣。

第九步尋找接地蓄電池，進行修復(fù)或更換接地蓄電池。尋找接地蓄電池是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，詳細的測量方法在第4部分進行分析。

相應(yīng)排查流程圖如圖1所示。

3 尋找接地蓄電池方法

通過拆卸匯流條分組測量蓄電池組的絕緣來尋找接地蓄電池，是絕緣低排查的最重要一步，也是工作量最大的一步。首先要測量蓄電池組的絕緣，根據(jù)絕緣測量情況將蓄電池分組，測量每一組蓄電池的絕緣，對絕緣明顯不達標的蓄電池組重點排查，對每一分組絕緣較低的蓄電池進行定位，并將定位的單塊蓄電池斷開進行修復(fù)。

常用的絕緣測量法有電壓法和電流法，下面就常用的兩種測量方法優(yōu)缺點進行比較分析。

圖1 極柱冷卻型蓄電池絕緣低排查流程圖

3.1 電壓法

如圖2所示為蓄電池組電路模型圖。

圖2 蓄電池組模型電路圖

圖3 蓄電池組模型等效電路圖

其等效電路圖如圖3所示。

蓄電池組絕緣電阻為

由式（2）～（6）可得

由式（7）可以看出：蓄電池組的絕緣U/(U++U-)與U/(U++U-)有直接關(guān)系，即U/(U++U-)值越大，蓄電池組絕緣越好，U/(U++U-)值越小，蓄電池組絕緣越差，當(dāng)U/(U++U-)=1時，蓄電池組絕緣為零。