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阀控式铅酸蓄电池健康状况的检测

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发布日期:2006-01-13  编辑:battery   我要评论(0)
核心提示:
    自上世纪90年代起我国电信业赶上大投入、大产出、高技术、高起点以及适度超前的发展道路。据统计我国90年代电信业以年平均增长44%的高速发展。经过十几年的发展,目前电信业已进入相对稳定的发展期,但预计年均增长速度仍可在15-20%。各通信运营商都把发展接入网作为主要经营策略,因此作为接入网动力支撑系统的蓄电池越发引起人们的关注。1995年4月1日,广东汕头金砂邮电大楼电气特大火灾,直接经济损失1497.9万元;1995年11月26日,贵州毕节地区邮电局通信大楼电气特大火灾,直接经济损失901万元,间接经济损失335万元,中断通信50小时;1997年9月23日,中原油田郭村110kV变电所全所失电,与此同时直流电源消失。事后在对蓄电池进行逐个测量时发现有一节蓄电池电压只有0.4V,阻值为4600Ω,是导致事故发生的直接原因。各地区不断发生的通信安全事故也进一步从宏观、全局和经济效益的角度,从确保通信质量、生产安全和财产安全的角度引发人们对蓄电池系统的高度重视。
    因此设备的原动力——电源系统就显得尤为重要。通信电源的质量与使用安全直接影响到通信质量、通信设施和人身安全,轻则影响通话质量,中断通信;重则毁坏机楼,酿成重大事故。近年来暴露出的安全隐患问题,需要我们采取更有效的措施,扭转极不安全的被动局面。而在电源中系统中,最关键的就是蓄电池。所以对蓄电池健康状况进行日常检测维护的重要性就突显出来。
    一、 阀控式铅酸蓄电池(VRLA)检测维护中的一些误区
    近十余年来,阀控式铅酸蓄电池(VRLA)在许多不同领域被迅速推广应用。VRLA电池 “免维护”的承诺,使其在新领域的推广和取代传统的防酸隔爆式电池起到举足轻重的作用。阀控铅酸蓄电池投入使用以来,由于其免维护性能,轻便,易于安装,使用年限比传统防酸隔爆式电池长等优点,很快在电信界及其他UPS应用场所中得到广泛应用。但无论是国内还是国外,阀控铅酸蓄电池在使用过程中都出现了一系列令用户失望和不放心的问题。由于号称免维护,许多VRLA蓄电池应用部门减少了蓄电池维护的人员和精力,而且对于此类蓄电池维护,经常缺乏训练有素的人员。然而减少维护并不是意味着不需要维护,因此,VRLA电池出现的故障类型和次数反而明显高于传统的蓄电池。传统蓄电池最基本的故障是正极板腐蚀引起正极活性物质丧失。而VRLA电池产生故障的原因却很多,如板栅腐蚀及增长问题,甚至极柱从蓄电池盖突出造成酸雾泄漏;由于电池失水过多,甚至干涸而引发的一系列性能变坏的问题,如内阻增加,热失控等;电池性能不均匀,个别电池提前失效问题以及缺乏性能监控及检测手段等等。这些缺点在国内外都已引起蓄电池使用部门对阀控式铅酸蓄电池的非议与担心。
    为了解决阀控式铅酸蓄电池在使用中出现的各种问题,国内外业界的使用者和专家学者都进行了广泛的研究改进,提出一些VRLA电池检测和维护的方法。
    二、 传统电池容量测试的方法
    VRLA电池与传统的防酸隔爆式电池不同,测量其电解液的比重是不太可能的,同时测量单体电池的浮充电压并不能正确判断电池的健康状态。因此,用户提出假负载放电的容量测试方法来了解电池工作状态。早期采用离线式容量测试法,这种方法须将电池从系统上脱离下来,接上电热丝作为假负载,通过调整电热丝,使电池组以额定电流对电热丝放电,同时用万用表每隔一定时间量测电池端电压,直至其中有一单体的端电压到达规定的终止电压时停止放电,其放电时间与放电电流的乘积即为该电池组的实际容量。此种检测方法测量电池的容量数值准确,能够清晰的判别电池是否为失效电池。但这种方法存在以下一些严重缺陷:
    电池须脱离系统,一旦测试期间市电突然中断,另一组电池能否单独引发油机发电?增加通信系统瘫痪风险。
    笨重的电热丝需要多人搬运,且至少须一人测量一人记录数据。加大维护人员工作量和工作强度。
    个别电池端电压可能在两次测量间隔期间突然降至截止电压以下,造成过度放电。
    测试工作量巨大,难于全面推广。
    整组电池须花费二十几小时充电,有时需具备离线的整流器,且易造成部分电池过充。
    浪费大量的电能,放电过程放出的热量大大破坏维护人员的工作环境。
    由于上述缺陷,业界又提出了在线容量测试方法。这种容量测试法不须将电池组脱离系统,只要关闭整流器,让电池组直接对系统放电,同时用万用表测量各电池单体端电压的变化情况。这种方法相对离线容量测试法轻松、简单且节省了许多电能。但是这种方法同样也存在诸多问题,如:设备笨重,成本昂贵(需要特殊的测试设备以及对相关测试人员进行培训),同样也存在人工测量过程中出现某些单体电池过度放电的可能性。
    因此找寻一种替代定期放电测试VRLA电池健康状态的新方法成为一种必然趋势。
    三、 蓄电池检测维护的新突破——电导容量测试
    美国MOTOROLA公司率先提出了电导理论,并以该理论为技术基础的电导容量测试技术取代传统的负载测试法。美国Midtronics公司利用该技术,设计出能够提供快速、安全、简单的测试方法来帮助用户确定电池状态的仪表。用户只需要知道电池的标示容量,通过测试电池的电导,就可以确定电池的状态,测试结果即可作为电池需要关注或更换的依据。
    电导就是传导电流的能力,在蓄电池中电导表现为电池极板传导电流的能力,直接体现电池极板进行化学反应的状况,电导值的高低可反映出电池的健康状态。1992年国际通信能源会议论文“电导与容量相关性研究”中提到,利用电导原理,通过对大量不同类型、容量、电压以及不同联接方式的VRLA电池,使用电导容量测试仪进行容量测试。研究结果表明电导测试值与电池的实际容量、健康状况呈现良好的线性关系,具有很高的相关性(0.8~0.98)。
    IEEE标准1118-1996定义:电池电导容量测量是将已知频率和振幅的交流电压加到电池的两端,然后测量所产生的电流。交流电导值就是与交流电压同相的交流电流分量与交流电压的比值。明显的电导值变化(下降大于20%)就意味着电池性能的变化。
    此类测试仪,已被国际通信电源会议及众多的国际著名通讯公司所采纳,如:英国电信、法国电信、美国时代华纳电信、亚特兰大贝尔、美国NEXTEL等,目前国内也已经有大批量的应用,IEEE更是把该产品作为蓄电池维护所必备的设备向用户推荐。
    目前通信电源维护领域的电导容量测试仪主要是以美国Midtronics公司生产的系列为主,其电导容量测试仪产品有以下主要特性:
    测试简易、携带方便
    无源测试、不放电、不发热、安全快速
    大容量测试范围(通常可以高达6000Ah)
    测试电压范围:1.0~20VDC
    中文菜单指引操作
    多组电池存贮功能、32M存储卡 (最大可存储500组电池的测试结果,每组可测试480个电池)
    蓄电池数据管理
    轻巧的测试探针
    数字式多功能表
    蓄电池产商数据
    蓄电池参考电导值
    充电电池,满足连续1000次测试要求
    快速、简易的重新测试(RETEST)功能
    配合S
Spider1.2U蓄电池分析管理软件,对电池进行统计分析管理,自动生成电池分析报表,建立长期的数据库,方便维护人员全面了解辖区内的蓄电池健康状况,并可上报给上级主管部门,作为蓄电池更换的依据,真正做到对蓄电池进行长期有效的管理。
    四、 电导容量测试法在实际中应用
    以下是一次在某通信公司测试的比较,分别使用
CTU-6000 UPS蓄电池电导容量测试仪,配合Spider1.2U分析管理软件和容量监测设备、恒流放电容量测试设备对1组32只12V UPS电池进行测试。
    先用CTU-6000进行测试,使用安装加长杆的仪表探针对UPS电池在电池极柱上进行在线测试,将参考电导值设置为1800S,将测试完的结果通过红外数据线导入电脑中,用配套的Spider1.2u软件对所测数据进行分析,结果如图1所示。

1 CTU-6000测试生成的报表

    再用容量监测设备配合恒流放电容量测试设备以10小时率进行放电测试,结果如图2所示:

2 深度放电生成的容量报表

    通过测试比较,CTU-6000测试所得的结果第5号电池电导率为94%最高,第22号电池最低为83.80%,深度放电测试结果第5号电池容量最高,第22号电池容量最低,印证了电导测试结果与电池实际容量。

    结论
    随着VRLA电池应用的日益广泛,监控电池健康状况也成为使用部门越来越重要的工作,而电导容量测试正是提供给用户最好的技术。同时配合分析管理软件,使电导容量测试仪成为维护人员迅速改进其检测和维护的有效手段,从而起到确保VRLA电池良好的工作状态,提高维护工作效率,减轻维护人员工作量的作用。

 
 
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