铅酸蓄电池容量下降原因分析及预控措施

罗文杰

(深圳供电局有限公司，广东深圳 518020）

铅酸蓄电池容量下降原因分析及预控措施

罗文杰

(深圳供电局有限公司，广东深圳 518020）

针对蓄电池核对性放电发现的某品牌蓄电池在生命周期内普遍出现容量下降的问题分析了原因，并提出相应的预控措施，以延长蓄电池使用寿命，提高蓄电池供电可靠性。

蓄电池；容量；原因；预控措施

0 引言

蓄电池组是直流系统的重要组成部分，在交流站用电源供电中断时，蓄电池组发挥其“独立电源”作用，继续为继电保护、自动装置等负荷提供工作电源，是变电站最后一道防线，应始终具备良好的性能和充足的容量。但在实际运行中，由于蓄电池运行环境和自身设计及质量原因，电力系统常用的免维护铅酸蓄电池仍然在使用寿命周期内出现提前失效的问题。针对这一现象我们进行了分析并采取了一些预控措施，希望能为改善类似问题提供参考。

1 2013年核对性放电数据统计

2013年，我们对管辖变电站64组铅酸蓄电池进行核对性放电，根据实际放电记录数据统计，有8组蓄电池整组容量不合格，合格率87.5%，不合格蓄电池组均为110 k V变电站的300 A·h容量蓄电池，运行年限均在6～8年之间，值得关注的是它们均属于同一品牌的同一型号。本次参与核容的2T310型蓄电池共31组，约占全部参核蓄电池的48.4%，其同型合格率仅为74.2%，而其他型号电池同型合格率达100%，且与2T310同品牌不同型号的蓄电池容量也均合格。

2 原因分析

根据规程规定，蓄电池在环境温度20～25℃时的浮充运行寿命应为10～12年，是什么原因造成2T310型蓄电池使用寿命缩短，核容合格率远低于其他相近运行年限的蓄电池?为了找到症结，通过横向比较2013年度各型号蓄电池核容数据，纵向比较欠容量蓄电池历年核容数据，结合蓄电池各种失效模式，我们分析得出了导致铅酸蓄电池容量下降或开裂的主要原因。

2.1 蓄电池安全阀失效

根据检查结果，8组不合格蓄电池中有4组出现外壳开裂和极柱漏液现象，110 k V和平站尤为严重，有近1/3蓄电池有开裂或极柱漏液情况，而起泄压保护作用的安全阀却无排酸雾痕迹，说明2T310型蓄电池的安全阀质量较差，长时间运行出现堵塞，不能正常工作，当蓄电池内压增大不能从安全阀有效泄压时，酸液从极柱处渗出，严重时出现外壳涨裂。

2.2 蓄电池运行环境温度高

蓄电池性能与运行环境密切相关。环境温度长期过高，在此环境下长时间运行，蓄电池内压增大，酸液渗出，直接导致蓄电池组性能降低甚至开裂，当酸液少于正常量时，蓄电池开始失效。在容量下降较严重的110 k V塘尾站等站中，均有未安装空调或空调不能启动的问题，导致蓄电池组长时间不能在合适的温度下运行。

2.3 充电机输出特性不合格

蓄电池长期与充电机并联输出，由充电机对其均充或不间断浮充电。充电机的输出特性也会影响蓄电池性能，充电机输出特性较差的直流系统，其蓄电池更容易出现容量下降或损坏。《南方电网公司变电站直流系统技术规范》规定，在20%～100%输出额定电流时，稳流精度应≤1%。根据我们掌握的数据，部分充电机输出稳流功能均较差，110 k V和平站稳流精度甚至达到8.29%，均充时不能快速进入恒流充电，造成相应蓄电池出现不同程度的漏液、开裂和容量下降等问题。

2.4 蓄电池设计缺陷

据检测，大部分2T310型双极柱蓄电池并非独立蓄电池，而是由两个独立的蓄电池A、B并联组成(图1），1、2两个极柱连成一个独立蓄电池A，3、4两个极柱连成另一个独立蓄电池B。

图1 2T310型蓄电池

蓄电池开路时A、B两个独立蓄电池互无关联，1和4、2和3之间不能测到电压，这种蓄电池设计相当于蓄电池并联运行，必然会造成以下问题:

问题1:因为原材料和装配工艺等因素不可能完全相同，两个独立蓄电池内阻大小也不可能完全一致。当两个蓄电池并联运行时，端电压相等，流过两个蓄电池的充电电流大小与其内阻有关，表达式如下:

可知内阻较大的充电电流小，内阻较小的充电电流大，长时间运行造成内阻小的蓄电池过充，蓄电池内部温度升高产生热失控；而内阻大的蓄电池欠充，长时间欠充也会造成负极不可逆硫酸盐化，导致蓄电池提前失效。

问题2:蓄电池并联后，蓄电池内阻等效于两个独立蓄电池内阻并联(图2），当在线测量蓄电池内阻时，实际测量值如式(2）所示:

图2 蓄电池并联等效电路

可知就算其中一个独立蓄电池失效，内阻R1增大到无穷大，但只要另一个并联的独立蓄电池内阻R2不变，并联后的总内阻R一定不会大于最小内阻R2。所以测得的蓄电池内阻已不能真实反映蓄电池实际情况，如果此时靠检测蓄电池内阻来判断蓄电池性能，会误导人们以为蓄电池内阻正常，性能良好。经过长时间运行，两个电池也会互相拖累，其中一侧性能下降，势必加快整个蓄电池容量下降。

3 预控措施

3.1 更换个别失效蓄电池

铅酸蓄电池容量下降并失效后，其内阻增大，端电压减小，串联在蓄电池组中会影响其他正常蓄电池的充电电压，相邻的蓄电池也会受其影响加速失效。为此，发现失效蓄电池后应及时进行活化，活化不成功应整组或个别更换。但不同容量、不同性能、不同新旧、不同厂家的蓄电池不应连接在一起使用。

3.2 改善运行环境

铅酸蓄电池对环境温度较敏感，温度过高时相同浮充电压下蓄电池浮充电流升高，温度降低时相同浮充电压下浮充电流减小，长时间运行在恶劣环境下容易出现蓄电池过充或欠充。过充和欠充都会影响蓄电池性能，为此我们应给每个蓄电池室加装空调，并加强蓄电池室巡视，对空调未启动的及时恢复，对已坏的空调及时报修，确保蓄电池运行在良好的环境下，减少因环境温度造成的蓄电池容量下降；同时应检查充电设备的温度补偿功能，确保功能正常，减小温度变化对蓄电池浮充的影响。

3.3 提高充电设备输出精度

阀控式铅酸蓄电池对充电机的技术指标有严格的要求，如果直流充电机的稳流稳压精度、纹波系统超标，易使蓄电池发生失水、热失控等现象，致使蓄电池组容量逐渐下降，严重的将导致蓄电池组失效损坏。充电特性的优劣取决于充电设备及其监控装置，提高充电设备输出精度只能通过升级充电模块或监控装置，短期内不能对硬件进行升级改造的可考虑与厂家协调进行监控软件版本升级，减小充电程序缺陷带来的影响。

3.4 加强2T310型蓄电池组核容

2T310型双极蓄电池存在普遍性缺陷，检测的蓄电池内阻并不是蓄电池真实内阻，在运行中靠检测内阻的手段已无法准确判断蓄电池的性能优劣。为及时发现蓄电池内部问题并进行修复，我们不应再依靠检测此类型蓄电池内阻来进行设备状态分析，而应采用加强核对性放电工作来检验蓄电池的实际容量，发现问题及时进行处理，避免个别的落后蓄电池拖垮整组蓄电池。

4 结语

综上，针对铅酸蓄电池提前出现容量下降现象的问题，因不能短期内全部进行更换，为确保此类型蓄电池运行可靠稳定，我们应用以上提出的措施对蓄电池加强日常维护监视，通过分析核容测试数据及时发现问题。

[1]程新群.化学电源[M].北京:化学工业出版社，2008

[2]陈红雨，熊正林，李中奇.先进铅酸蓄电池制造工艺[M].北京:化学工业出版社，2009

2014-10-14

罗文杰(1984—），男，广东梅州人，工程师，从事站用电源维护管理相关工作。