廣州地鐵廣州地鐵四號(hào)線蓄電池現(xiàn)狀分析及優(yōu)化措施

李真有++梁紹昌++鄧智明

摘 要：蓄電池廣泛應(yīng)用于變電站直流系統(tǒng)，蓄電池的穩(wěn)定運(yùn)行一直是備用電池領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注研究的內(nèi)容，蓄電池屬于直流系統(tǒng)可靠性依賴的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是最薄弱的一個(gè)環(huán)節(jié)。蓄電池是一種易損材料，運(yùn)行環(huán)境溫度和自身生產(chǎn)日期都會(huì)影響其使用性能。通過對(duì)廣州地鐵廣州地鐵四號(hào)線蓄電池性能進(jìn)行詳細(xì)分析，制定改進(jìn)的措施。

關(guān)鍵詞：蓄電池 直流系統(tǒng) 健康狀態(tài) 異損材料 運(yùn)行

中圖分類號(hào)：U270.381；TM912 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）03（b）-0034-02

1 設(shè)備概況

廣州地鐵四號(hào)線變電所使用的蓄電池，除廣州地鐵四號(hào)線金州、黃閣汽車城站兩站使用的是德國荷貝克蓄電池外（型號(hào)為：power.com SB12 V100，12 V，94.8 Ah），其他的都是德國陽光生產(chǎn)的A600系列，型號(hào)主要有A612/100，12 V，91Ah 、A602/280，2 V，280 AH兩種。蓄電池安放置在每一個(gè)地鐵站變電所控制室蓄電池柜內(nèi)。

2 相應(yīng)規(guī)定

國家標(biāo)準(zhǔn)/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

（1）在沒有備用蓄電池組情況下，對(duì)蓄電池容量核定時(shí)，可按50%容量來核定，核定的標(biāo)準(zhǔn)是在放電過程中蓄電池端電壓不能低于108 V。

（2）在有備用蓄電池組的情況下，對(duì)蓄電池容量核定時(shí)，可進(jìn)行全核定放電，如果蓄電池組容量達(dá)不到80%，即認(rèn)為閥控式蓄電池已到年限。

（3）同一組閥控蓄電池中，運(yùn)行電壓偏差值不能超過0.3 V，開端電壓最電壓差值不允許超過0.6 V[1]。

3 廣州地鐵四號(hào)線蓄電池系統(tǒng)運(yùn)行情況

3.1 部件故障率情況

自廣州地鐵四號(hào)線蓄電池投入使用以來，我們嚴(yán)格按照規(guī)范的要求對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，對(duì)性能較差的設(shè)備進(jìn)行了處理。

3.2 目前設(shè)備運(yùn)行性能參數(shù)分析

廣州地鐵四號(hào)線蓄電池組性能呈現(xiàn)下降趨向。廣州地鐵四號(hào)線以黃閣站為例：2006年、2010年、2016年蓄電池充放電曲線圖如圖1所示，蓄電池組端電壓基本相同的情況下恒流放電，放電電流為0.1C。2006年放電120 min，蓄電池組端電壓下降到109.65 V；10年放電96 min，蓄電池組端電壓下降到109.22 V；2016年放電74 min，蓄電池組端電壓下降到109.07 V；以此計(jì)算，2010年的只有2006年的80%，2016年的只有2006年的61.6%。

據(jù)統(tǒng)計(jì)四號(hào)線80%以上的蓄電池組其容量大約只有開通時(shí)蓄電池容量的65%。

4 運(yùn)行存在問題及需解決問題

目前廣州地鐵四號(hào)線蓄電池蓄電池組浮充電壓及內(nèi)阻不均勻、蓄電池漏液、極柱端子處爬酸較多及運(yùn)行環(huán)境較高，經(jīng)長時(shí)間的運(yùn)行積累，蓄電池組的容量已大幅度下降，它已對(duì)直流系統(tǒng)可靠性的構(gòu)成了隱患，已不能承擔(dān)變電所直流系統(tǒng)最后屏障的作用，如遇上緊急情況，已無法供應(yīng)變電所站直流系統(tǒng)二次回路DC110V所需的容量，將造成全所直流電機(jī)、電磁機(jī)構(gòu)、控制保護(hù)裝置、儀表、自動(dòng)化系統(tǒng)的失電，全所使全所供電設(shè)備失去保護(hù)，無法監(jiān)控，直流小車跳閘，無法正常提供電客車的供電，直接影響地鐵的運(yùn)營。

4.1 蓄電池組浮充電壓及內(nèi)阻不均等

電池機(jī)能的離散性給蓄電池運(yùn)行帶來了隱患。性能各異電池構(gòu)成一組電池投入運(yùn)行時(shí)，就呈現(xiàn)了不同的浮充電壓，在長時(shí)間的運(yùn)行后，浮充電壓高的電池因長久過充導(dǎo)致失水和極板腐蝕。而浮充電壓低的電池則因長久欠充導(dǎo)致容量減少和極板硫酸鹽化，電池性能加快劣化。如果蓄電池經(jīng)常處于充電不夠或過分放電，負(fù)極就會(huì)逐漸形成一種粗大堅(jiān)硬不溶解的硫酸鉛，常規(guī)充電方法很難使它轉(zhuǎn)換成活性物質(zhì)。硫酸鉛逐漸積累，減少了電池容量，漸漸地蓄電池失去性能。

4.2 蓄電池液

廣州地鐵四號(hào)線蓄電池采用的是貧液技術(shù)，這必須要保證所需電解液完全吸附在隔板中，而且一些氣體通道，使正極產(chǎn)生的氧氣通過電池內(nèi)循環(huán)在負(fù)極獲得復(fù)合輪回吸收，以此完成電池內(nèi)部氣體的再化合，維護(hù)電解液中的水平衡，從而使電池密封。如果電池內(nèi)部氣化再化合的通道受阻，很容易在電池密封缺陷處如電池槽蓋處、安全閥處，極柱處產(chǎn)生漏液。在極柱表面行成一層Pbo，Pbo很容易與H2SO4反應(yīng)，加速腐蝕速度，加劇漏液程度，造成電池電解液量減少及電解液中水的平衡失調(diào)。一旦電池失水，就會(huì)引起電池正負(fù)極板跟隔板中電解液脫離接觸，引起電池放不出電，造成閥控式密封鉛酸蓄電池組容量下降，當(dāng)水分損失到3.5mL/Ah時(shí)，電池容量會(huì)降至初始容量的75%以下；當(dāng)水分損失到25%時(shí)，電池將會(huì)作廢。同時(shí)極柱端子漏液處，將會(huì)引起電池端子腐蝕氧化生銹，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起短路起火，造成嚴(yán)重的安全事故。

5 優(yōu)化措施

由于蓄電池浮充電壓、內(nèi)阻的差異，容量的下降趨向及生產(chǎn)年限綜合考慮，建議按照《GD01廣州地鐵變電設(shè)備維修規(guī)程（3.0）》[2]中規(guī)定，對(duì)廣州地鐵四號(hào)線蓄電池進(jìn)行大修?？梢詮囊韵聨c(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。

（1）繼續(xù)注重蓄電池的日常維護(hù)和保養(yǎng)，將每次測(cè)量蓄電池的電壓和內(nèi)阻，作為原始資料保存，并進(jìn)行相關(guān)比較，如發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)處理。

（2）核查蓄電池的有效使用期，更換逾期的蓄電池。

（3）增加對(duì)設(shè)備所環(huán)境的監(jiān)控，嚴(yán)格將環(huán)境溫度保持在25 ℃左右，減少環(huán)境溫度對(duì)蓄電池的損傷。

（4）根據(jù)環(huán)境溫度變化，運(yùn)用電壓調(diào)節(jié)系數(shù)-4 mV/℃來調(diào)整浮充電壓的數(shù)值。

（5）引進(jìn)蓄電池在線監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)，對(duì)蓄電池進(jìn)行在線監(jiān)護(hù)，能起到預(yù)警防護(hù)作用。

6 結(jié)語

廣州地鐵四號(hào)線變電所環(huán)境溫度限制了蓄電池的使用壽命，而且同一組蓄電池性能的離散性，導(dǎo)致蓄電池運(yùn)行中的浮充電壓不一致。經(jīng)長期的運(yùn)行積累，如今蓄電池的容量已大幅度降低，性能很難達(dá)到設(shè)計(jì)初始水平，建議對(duì)廣州地鐵四號(hào)線生產(chǎn)年限超過7年，性能不合格的蓄電池進(jìn)行更換，并在日常巡視注意維護(hù)和保養(yǎng)，引進(jìn)有效的在線監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 國家標(biāo)準(zhǔn).DLT_724-2000，電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)[S].

[2] 廣州地鐵.GD01廣州地鐵變電設(shè)備維修規(guī)程（3.0）[Z].