常 榮，鄧成蘭

（1.云南電網(wǎng)公司玉溪供電局，云南 玉溪653100；2.云南電網(wǎng)公司昆明供電局，云南 昆明650011）

1 電力通信直流電源系統(tǒng)概述

在電力通信系統(tǒng)中，通信設(shè)備采用－48 V直流電源。電力通信直流電源系統(tǒng)中蓄電池為閥控式密封鉛酸蓄電池（簡(jiǎn)稱VRLA），充電裝置采用高頻開關(guān)電源。正常情況下，蓄電池組以浮充電方式運(yùn)行（連續(xù)浮充），即將充足電的蓄電池與高頻開關(guān)電源并聯(lián)運(yùn)行（圖1）。高頻開關(guān)電源除了給通信設(shè)備供電，同時(shí)，還以小電流向蓄電池組浮充，以補(bǔ)償蓄電池自放電的損耗，使蓄電池處于充滿電的狀態(tài)。但交流失電時(shí)，全部直流負(fù)荷由蓄電池供電。如果蓄電池的性能不滿足要求，將導(dǎo)致電力通信系統(tǒng)的中斷，從而威脅到電網(wǎng)安全運(yùn)行。大量的研究和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)［1－4］表明：蓄電池長(zhǎng)期處于只充電，不放電的工作狀態(tài)，會(huì)造成蓄電池陽(yáng)極極板鈍化，導(dǎo)致蓄電池內(nèi)阻增大，蓄電池可用容量遠(yuǎn)低于其標(biāo)稱容量，從而導(dǎo)致蓄電池提供的實(shí)際后備供電時(shí)間減少。一旦交流失電，蓄電池組只能向負(fù)載提供極短的供電時(shí)間。因此，對(duì)于長(zhǎng)期處于“浮充”狀態(tài)的蓄電池，應(yīng)定期進(jìn)行充放電試驗(yàn)，保持蓄電池長(zhǎng)期活性。

此外，充電方式、環(huán)境溫度、老化等因素都會(huì)對(duì)蓄電池的容量造成影響，使蓄電池組的實(shí)際容量比其標(biāo)稱額定容量?。?］。對(duì)蓄電池定期進(jìn)行充放電試驗(yàn)，可以準(zhǔn)確掌握蓄電池可供使用的容量，發(fā)現(xiàn)蓄電池容量衰減引起的后備供電時(shí)間縮短，消除隱患。從這兩個(gè)方面來說，定期對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電試驗(yàn)，是電力通信運(yùn)行維護(hù)中一項(xiàng)重要的工作，但在實(shí)際的運(yùn)行維護(hù)中也存在著一些誤區(qū)。

圖1 電力通信直流電源系統(tǒng)

2 核對(duì)性放電試驗(yàn)和全核對(duì)性放電試驗(yàn)

為了規(guī)范通信電源的管理，提高通信電源的維護(hù)水平，《南方電網(wǎng)通信電源技術(shù)規(guī)范》［6］中對(duì)蓄電池的定期充放電做了如下的規(guī)定：新安裝或大修后的閥控蓄電池組，應(yīng)進(jìn)行全核對(duì)性放電試驗(yàn)，以后每隔2～3年進(jìn)行一次核對(duì)性試驗(yàn)，運(yùn)行6年以后的閥控蓄電池，應(yīng)每年作一次核對(duì)性放電試驗(yàn)?！赌戏诫娋W(wǎng)通信電源技術(shù)規(guī)范》中沒有對(duì)全核對(duì)性放電試驗(yàn)和核對(duì)性試驗(yàn)的區(qū)別進(jìn)行詳細(xì)的說明。然而，對(duì)這兩個(gè)概念是否理解，會(huì)影響到對(duì)蓄電池進(jìn)行定期充放電的方法。

目前，玉溪供電局對(duì)蓄電池的定期充放電一般按每3年／2年／1年一次的規(guī)程周期進(jìn)行，一般采用3 h率放電，放出額定容量的70%～80%，實(shí)際上，這是全核對(duì)性放電試驗(yàn)而不是核對(duì)性放電試驗(yàn)。核對(duì)性放電試驗(yàn)一般放出額定容量的30%～40%（10 h率）［7］。因此，應(yīng)理解全核對(duì)性放電試驗(yàn)和核對(duì)性試驗(yàn)這兩個(gè)概念的區(qū)別，科學(xué)地對(duì)蓄電池進(jìn)行定期充放電，避免頻繁地對(duì)蓄電池進(jìn)行全核對(duì)性放電試驗(yàn)，這不僅造成了人力物力等資源的浪費(fèi)，而且也會(huì)縮短了蓄電池使用壽命。

3 蓄電池的放電方法

無論是全核對(duì)性放電試驗(yàn)，還是核對(duì)性試驗(yàn)，其本質(zhì)都是對(duì)蓄電池進(jìn)行定期充放電，目的是為了活化蓄電池和測(cè)量蓄電池的容量。因此維護(hù)人員有必要了解蓄電池方法的原理及優(yōu)缺點(diǎn)，這將有助于提高蓄電池的運(yùn)行維護(hù)水平。目前，常用的蓄電池的放電方法有離線式、在線評(píng)估式、全在線放電三種方法［7］。

3.1 離線式放電法

離線式放電法是將其中一組電池脫離系統(tǒng)，加以負(fù)載箱放電的方式。目前玉溪供電局對(duì)蓄電池放電時(shí)，均采用該方法。而且大多數(shù)維護(hù)人員認(rèn)為，這是一種安全可靠的放電方式 ，其原因是假如交流失電，另外一組電池還能繼續(xù)給設(shè)備供電。在進(jìn)行該項(xiàng)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí)，認(rèn)為最大的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)在于若操作不慎，會(huì)造成電池兩極短路，導(dǎo)致電池?fù)p壞，燙傷作業(yè)人員。事實(shí)上，這種放電方式事故風(fēng)險(xiǎn)是比較高的，主要表現(xiàn)在：一旦市電中斷或整流模塊故障，系統(tǒng)備用電池供電時(shí)間明顯縮短，而此時(shí)尚不清楚另一組在線電池是否存在質(zhì)量問題，如果該組電池存在質(zhì)量問題，將造成設(shè)備失電，導(dǎo)致通信的中斷。在目前玉溪供電局蓄電池放電作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析書中沒有充分考慮到該風(fēng)險(xiǎn)，缺少相應(yīng)的控制措施，因此有必要進(jìn)一步完善玉溪供電局蓄電池充放電作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析書，對(duì)該風(fēng)險(xiǎn)制定控制措施，提供該風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)控能力。此外，從節(jié)能降耗的角度來說，該方法是通過假負(fù)載以熱量的形式消耗電池存儲(chǔ)的電能，造成電能的浪費(fèi)，同時(shí)造成室內(nèi)溫度升高，增加空調(diào)負(fù)擔(dān)，不利于節(jié)能。

3.2 在線評(píng)估式放電法

在線評(píng)估式放電法是以實(shí)際負(fù)荷對(duì)蓄電池進(jìn)行放電的方式。通過調(diào)整流模塊輸出電壓至保護(hù)低壓值（如－46 V），使所有后備電池組直接對(duì)實(shí)際的負(fù)荷進(jìn)行放電至整流模塊輸出電壓保護(hù)設(shè)置值。但目前玉溪供電局所屬的二級(jí)電網(wǎng)通信網(wǎng)負(fù)載較小，采用該放電方法，存在這樣的問題：

負(fù)載較小，導(dǎo)致放電時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)于實(shí)際負(fù)載的放電時(shí)間掌握比較困難；

放電深度有限，評(píng)估電池容量難以準(zhǔn)確，對(duì)保持電池組活性這一放電測(cè)試目的難以達(dá)到維護(hù)預(yù)期工作效果。

采用這種方法放電時(shí)，兩蓄電池組之間放電電流不均衡。各組蓄電池將根據(jù)自身情況自然分?jǐn)傁到y(tǒng)的負(fù)荷電流來放電，落后電池，內(nèi)阻大，分?jǐn)傠娏餍?；而健康的電池組，內(nèi)阻低，分?jǐn)傠娏鞔?，造成某些落后電池因放電電流過小而無法查出，達(dá)不到測(cè)量蓄電池真實(shí)容量的目的。

這種放電方法也存在著風(fēng)險(xiǎn)。如果兩組電池都有失容或欠容、落后等質(zhì)量問題，在其放電至整流模塊輸出保護(hù)值的時(shí)間內(nèi)，不易被維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，此時(shí)可能后備電池容量所剩無幾，存在風(fēng)險(xiǎn)。在線評(píng)估式放電方法，只能大概評(píng)估電池組的性能，或檢測(cè)此電池組可以放電至此保護(hù)電壓的時(shí)間長(zhǎng)短，而無法檢測(cè)出蓄電池的最長(zhǎng)放電時(shí)間。但與離線式放電法相比，該方法蓄電池儲(chǔ)能被負(fù)載利用，是一種節(jié)約能源的放電方法。

3.3 全在線放電技術(shù)

前面介紹的兩種蓄電池放電方法各有特點(diǎn)，又各有弊端。離線放電方法雖然可以達(dá)到蓄電池容量測(cè)試的目的，但是工作量大，風(fēng)險(xiǎn)高，浪費(fèi)能源；而在線評(píng)估式放電方法雖然工作量較小，節(jié)約能源，但達(dá)不到蓄電池容量測(cè)試的目的，存在安全隱患。全在線放電技術(shù)是一種全新的、科學(xué)的容量測(cè)試技術(shù)，在確保電池放電容量測(cè)試達(dá)到預(yù)期的維護(hù)質(zhì)量檢測(cè)效果的同時(shí)，操作簡(jiǎn)單安全，工作效率高，達(dá)到安全節(jié)能維護(hù)效果。全在線放電技術(shù)通過在被測(cè)電池組的正極串聯(lián)電池組全在線放電設(shè)備，使被測(cè)電池組所在支路的電壓略高出整流模塊輸出或另一組電池的電壓，這樣能使該電池組對(duì)實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行放電。在放電過程中，隨著放電時(shí)間的延長(zhǎng)，蓄電池組電壓將逐漸下降，此時(shí)，全在線放電設(shè)備對(duì)蓄電池組電壓自動(dòng)補(bǔ)償調(diào)整，使被測(cè)電池組以恒流或恒定功率的方式進(jìn)行放電。通過設(shè)定蓄電池組放電終止電壓、時(shí)間、容量、單體電壓閥值，完成放電測(cè)試，實(shí)現(xiàn)該電池組在線放電測(cè)試目的和預(yù)期維護(hù)效果［10］。

被測(cè)蓄電池組完成放電測(cè)試后，全在線放電設(shè)備將自動(dòng)進(jìn)入充電程序，自動(dòng)調(diào)整整流模塊的輸出，等電位控制保護(hù)電路以限流方式對(duì)被測(cè)蓄電池組進(jìn)行充電，充電結(jié)束后，全在線放電測(cè)試設(shè)備自動(dòng)退出服務(wù)，實(shí)現(xiàn)蓄電池組全在線放電、充電恢復(fù)等電位正常連接全過程。另一組電池以同樣的方式進(jìn)行在線放電容量測(cè)試。這里需要特別指出的是，為了確保電池放電測(cè)試的安全性，電池組全在線放電設(shè)備在串聯(lián)接入電池組正極時(shí)需要采用無縫連接方式。表1比較了這三種放電方法的特點(diǎn)。

4 蓄電池的充電方式

在電力通信電源中，對(duì)蓄電池的充電方式主要有浮充和均衡充電兩種方式，理解這兩種不同充電方式的特點(diǎn)和要求，對(duì)延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命是很有益處的。

表1 蓄電池放電技術(shù)比較

4.1 浮 充

蓄電池和其它直流電源并聯(lián)供電，稱為浮充，浮充可分為半浮充和全浮充兩種方式［11］。當(dāng)負(fù)荷較大時(shí)進(jìn)行浮充供電，而負(fù)荷較小時(shí)由蓄電池組單獨(dú)供電的工作方式，稱為半浮充工作方式，或稱定期浮充工作方式。若無論負(fù)荷較大或較小均由電源線路與蓄電池組并聯(lián)浮充供電，則稱為全浮充工作方式，或稱連續(xù)浮充工作方式。電力通信系統(tǒng)中均采用全浮充。

浮充電壓的高低會(huì)直接影響到蓄電池的使用壽命。持續(xù)過高的浮充電壓會(huì)造成浮充電流增大而使蓄電池過充，加速蓄電池水份蒸發(fā)，縮短蓄電池使用壽命，最壞的情況可能導(dǎo)致電解液干涸而損壞蓄電池；持續(xù)過低的浮充電壓會(huì)造成浮充電流減小而使蓄電池欠充，導(dǎo)致電解液導(dǎo)電率下降，內(nèi)阻增大，兩極活性物質(zhì)中不能復(fù)原的硫酸鹽增加，使蓄電池容量下降。因此，浮充電壓和浮充電流的選擇對(duì)蓄電池的使用壽命，對(duì)直流系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行都具有十分重要的作用。文獻(xiàn)［12，13］對(duì)閥控式鉛酸蓄電池浮充電運(yùn)行問題進(jìn)行了探討。文獻(xiàn)［14］在分析目前鉛酸蓄電池浮充電運(yùn)行中存在的極板氧化問題，提出在充電周期中，通過加入短暫的逆變放電，且使逆變放電的時(shí)間和次數(shù)可控、可調(diào)，來改善浮充電運(yùn)行中的極板氧化問題。

4.2 均衡充電

為補(bǔ)償蓄電池在使用過程中產(chǎn)生的電壓不均衡現(xiàn)象，使蓄電池組中所有單體電池的電壓達(dá)到均衡一致而進(jìn)行的充電，以及大容量放電后的補(bǔ)充充電，稱為均衡充電，簡(jiǎn)稱均充［11］。合適的均充電壓和均充頻率是提高蓄電池使用壽命的基礎(chǔ)。均充時(shí)，通常采用恒壓限流的方式。充電電壓的設(shè)置也要根據(jù)電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和環(huán)境溫度來確定。《南方電網(wǎng)通信電源技術(shù)規(guī)范》［6］給出了環(huán)境溫度25℃時(shí)，蓄電池浮充和均充電壓取值見表2。

表2 浮充電壓和均充電壓

5 重視放電數(shù)據(jù)的分析

目前玉溪供電局對(duì)蓄電池放電試驗(yàn)中，采用設(shè)置放電時(shí)間及蓄電池單體終止電壓來檢測(cè)是否存在落后電池。在放電的過程中，通過放電時(shí)間和蓄電池單體終止電壓來判斷是否終止放電。也就是說，蓄電池單體電壓先達(dá)到終止電壓，則停止放電，否則繼續(xù)放電，直到放電時(shí)間到。這是一種檢測(cè)落后蓄電池簡(jiǎn)單而有效的方法。如果蓄電池在放電過程中放電時(shí)間先達(dá)到，蓄電池單體終止電壓未到時(shí)，就認(rèn)為蓄電池全部合格，而不會(huì)進(jìn)一步去分析蓄電池組的實(shí)際容量是多少。但對(duì)蓄電池進(jìn)行定期核對(duì)性放電試驗(yàn)其目的之一是測(cè)量蓄電池的實(shí)際容量，如果不重視蓄電池定檢數(shù)據(jù)分析，就達(dá)不到蓄電池放電的目的。

蓄電池在一定放電條件下所能給出的總電量稱為蓄電池的容量，常用C表示［15］。由于蓄電池的端電壓是一個(gè)變量，為更準(zhǔn)確地表示蓄電池的電源特性，實(shí)際工作中一般用安時(shí)（Ah）來表征蓄電池的容量，其值為恒定電流與時(shí)間的乘積，可用公式（1）定義如下：

文獻(xiàn)［16－20］對(duì)VRLA蓄電池容量計(jì)算方法進(jìn)行了研究，但總體可以歸納為兩類。一類是研究VRLA內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)，分析蓄電池容量的隔板、正負(fù)極板等材料屬性及電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)，計(jì)算蓄電池容量。另一類研究則通過測(cè)量蓄電池的工作電壓、電流、溫度等參數(shù)，總結(jié)出一定規(guī)律和算法，來計(jì)算蓄電池容量。由于外部參數(shù)比較容易測(cè)量到，而且這些參數(shù)與電池的剩余電量之間也是有一定規(guī)律性，目前大多數(shù)研究者采用該方法計(jì)算蓄電池容量。因此，對(duì)蓄電池進(jìn)行放電試驗(yàn)，測(cè)量蓄電池工作電壓、電流、溫度等參數(shù)來計(jì)算蓄電池的容量是目前最可靠的方法之一［17］，其原理如圖2所示。

圖2 蓄電池放電試驗(yàn)原理圖

目前我們采用的假負(fù)載一般為智能電子假負(fù)載，可以實(shí)現(xiàn)剩余電量檢測(cè)的精度。根據(jù)公式（1）可以很容易計(jì)算得到蓄電池的容量。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)通信電源蓄電池維護(hù)過程中的一些概念進(jìn)行了探討，提出了自己的見解。在實(shí)際工作常用的方法不一定是最好、最合理的，這就要求在工作中要不斷地進(jìn)行思索，做到“知其然，更知其所以然”，才能不斷提高業(yè)務(wù)技能和理論水平。

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