VRLA工作的環(huán)境及其溫度補(bǔ)償

溫度和浮充電壓的變化將給蓄電池帶來嚴(yán)重危害,造成蓄電池過量腐蝕、極板過度腐蝕或水分過量流失,從而使壽命銳減或容量陡降。為解決這一關(guān)鍵性問題,必須密切關(guān)注蓄電池的溫度補(bǔ)償問題,蓄電池必須與具有溫度補(bǔ)償功能的智能型開關(guān)電源配套使用。其實(shí)目前大多數(shù)智能型開關(guān)電源都有溫度補(bǔ)償功能,但由于未引起重視而使該功能長(zhǎng)期處于取消狀態(tài),造成不必要的損失。

蓄電池應(yīng)工作在適宜的環(huán)境溫度下,環(huán)境溫度對(duì)蓄電池的放電容量、壽命、自放電、內(nèi)阻等方面都有較大影響。開關(guān)電源都有電池溫度補(bǔ)償功能,每℃每只蓄電池補(bǔ)償1～3mV。樞紐樓由于冬季和夏季環(huán)境溫度在20℃～25℃之間,蓄電池的溫度補(bǔ)償應(yīng)該設(shè)定為1mV為佳;而對(duì)于環(huán)境差的模塊蓄電池的溫度補(bǔ)償應(yīng)該設(shè)定為3mV,總之,蓄電池的最佳工作環(huán)境溫度為20℃～25℃。

開關(guān)電源監(jiān)控模塊接入蓄電池的溫度傳感器應(yīng)盡可能放置在最接近每組電池溫度最高點(diǎn)的地方,建議將其放置在每組蓄電池的中間位置的電池上。當(dāng)啟動(dòng)電池溫度補(bǔ)償功能之后,浮充電壓和均衡電壓都按照以下方式進(jìn)行補(bǔ)償:

Utc=Un-TC×N(T-20)

其中Utc——經(jīng)溫度補(bǔ)償后的浮充或均充電壓,單位:V;

Un——未經(jīng)補(bǔ)償?shù)碾妷?即開關(guān)電源設(shè)置的浮充或均充電壓,單位:V;

TC——在監(jiān)控模塊前面板上設(shè)置的溫度補(bǔ)償系數(shù),單位:mV/℃;

N——每組電池的只數(shù),對(duì)于48V系統(tǒng)為24節(jié);

T-溫度傳感器指示的溫度(單位:℃)。溫度補(bǔ)償功能的溫度有效范圍是:10℃～35℃。

監(jiān)控模塊的面板上有“設(shè)定系數(shù)”按鍵,按設(shè)定系數(shù)按鍵后,監(jiān)控模塊上的字母數(shù)字顯示器將顯示當(dāng)前的補(bǔ)償系數(shù),該值可以通過“增加”、“減小”和“確認(rèn)”鍵進(jìn)行修改,電池溫度補(bǔ)償系數(shù)的范圍在0.1～5mV/℃。

當(dāng)監(jiān)控模塊檢測(cè)到蓄電池的溫度與設(shè)定的溫度相比有差異時(shí),監(jiān)控模塊能夠根據(jù)上述方程式設(shè)定的反比例關(guān)系對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)整,浮充電壓會(huì)自動(dòng)跟隨電池溫度變化而進(jìn)行補(bǔ)償,溫度高浮充電壓低,溫度低浮充電壓高。所以,由于蓄電池獨(dú)有的特性,應(yīng)采取相應(yīng)的維護(hù)管理措施,解決電池溫度補(bǔ)償問題,是根據(jù)環(huán)境溫度對(duì)蓄電池電壓補(bǔ)償最簡(jiǎn)單有效的方法,也是提高蓄電池使用年限,保障供電安全的最佳選擇。

VRLA的核對(duì)性放電試驗(yàn)和容量放電試驗(yàn)

1蓄電池的核對(duì)性放電試驗(yàn)

蓄電池端電壓的測(cè)量不能只在浮充狀態(tài),還應(yīng)在放電狀態(tài)下進(jìn)行。端電壓是反映這種電池工作狀況好壞的一個(gè)重要參數(shù)。浮充狀態(tài)下進(jìn)行電池端電壓測(cè)量,由于外加電壓的存在,測(cè)量出的電池端電壓易造成假象。即使有些電池反極或斷路也能測(cè)量出正常數(shù)值,實(shí)際上是外加電壓在該蓄電池兩端造成的電壓差。當(dāng)市電停電時(shí),蓄電池若有容量有問題則放電時(shí)間很短,若電池開路停電時(shí)通信設(shè)備直接掉電,造成通信阻斷故障。所以每年定期對(duì)電池進(jìn)行一次帶載核對(duì)性放電試驗(yàn),讓蓄電池內(nèi)部有效物質(zhì)充分的進(jìn)行一次活化,以防止蓄電池內(nèi)部硫酸鉛形成鈍化。根據(jù)環(huán)境溫度和負(fù)載電流的大小,計(jì)算出蓄電池的實(shí)際容量,放出蓄電池實(shí)際容量的30%～40%,并利用電池監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)蓄電池組進(jìn)行檢測(cè)截圖打印存檔,同時(shí)檢查蓄電池連接條接觸情況,對(duì)蓄電池連接條有松動(dòng)的進(jìn)行緊固,確保蓄電池組安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

2蓄電池的容量放電試驗(yàn)

目前各通信電源直流供電系統(tǒng)中,開關(guān)電源與蓄電池為并聯(lián)浮充供電,蓄電池組無法脫離供電系統(tǒng),無法單組做蓄電池容量試驗(yàn)。

根據(jù)維護(hù)規(guī)程每三年對(duì)蓄電池組進(jìn)行容量試驗(yàn),蓄電池使用6年后每年進(jìn)行容量試驗(yàn)一次,電池組放出容量的80%以上合格。

1

第一種方法

將直流供電系統(tǒng)中的一組電池組脫離系統(tǒng),接上智能假負(fù)載,調(diào)整負(fù)載大小使放電電流保持在某值(一般0.1C10放電率),當(dāng)電池組中某一單體電池的端電壓最先到達(dá)放電終止電壓時(shí),放電測(cè)試結(jié)束。根據(jù)電池組的放電時(shí)間和放電電流來計(jì)算其容量,然后用備用的開關(guān)電源設(shè)備對(duì)放電后的電池組按0.1C10的充電率進(jìn)行充電,充電結(jié)束后并入直流供電系統(tǒng)。電池組離線式容量試驗(yàn),測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,電池組實(shí)際容量計(jì)算方便,便于了解電池組實(shí)際容量。但當(dāng)該供電系統(tǒng)只剩下一組電池后備,系統(tǒng)備用電池供電時(shí)間明顯縮短,且不清楚在線電池組是否存在質(zhì)量問題;尤其使用六年以上的電池組,一旦市電中斷,該電池組對(duì)通信設(shè)備放電保障風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)增大。所以用此種方法對(duì)電池組進(jìn)行容量試驗(yàn)時(shí),要求油機(jī)發(fā)電機(jī)組必須處于最佳工況狀態(tài)下,以確保發(fā)電機(jī)組、開關(guān)電源等設(shè)備正常運(yùn)行。

放電結(jié)束后的電池組充滿電后再并入供電系統(tǒng),此時(shí)與在線電池組間存在電壓差,若操作不當(dāng)將引起開關(guān)電源對(duì)并入的電池組進(jìn)行大電流充電,產(chǎn)生火花,易發(fā)生安全事故。為了解決打火花問題,必須調(diào)整開關(guān)電源輸出電壓,然后與充滿電的電池組電壓相等后進(jìn)行并聯(lián)浮充。

該放電方式操作難度偏大,既要脫離電池組的正極電源線,又要脫離電池組的負(fù)極保險(xiǎn),尤其是脫離電池組負(fù)極保險(xiǎn)時(shí)需要特別小心并做好絕緣處理,操作不當(dāng)引起負(fù)極短路,將造成系統(tǒng)供電中斷和人身安全事故的發(fā)生。同時(shí)放電電池組通過假負(fù)載以熱量形式消耗,浪費(fèi)電能,增大了機(jī)房空調(diào)的制冷時(shí)間,影響機(jī)房設(shè)備運(yùn)行環(huán)境,需要維護(hù)人員時(shí)刻守護(hù),以免假負(fù)載高溫引發(fā)通信供電設(shè)備故障。電池組離線放電原理圖如圖3所示。

2

第二種方法

將供電系統(tǒng)的開關(guān)電源輸出電壓設(shè)定為46.4V,讓蓄電池組對(duì)通信設(shè)備供電,并根據(jù)負(fù)載電流的情況,接入(或不接入)假負(fù)載進(jìn)行調(diào)整放電電流,使之達(dá)到電池組標(biāo)準(zhǔn)的放電倍率。放電時(shí)要每小時(shí)測(cè)量電池組的總電壓和單體電池的端電壓、室溫和負(fù)載電流,并利用電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)定電池組放電電壓和單體電池電壓的告警點(diǎn),測(cè)試和監(jiān)控任何一只電池達(dá)到告警門限停止放電。同時(shí)柴油發(fā)電機(jī)組處于最佳的工況狀態(tài),確保放電后期市電停電造成供電系統(tǒng)中斷。放電完成后,調(diào)整直流供電系統(tǒng)的輸出電壓對(duì)負(fù)載供電,同時(shí)按0.1C10的充電率限流對(duì)電池組進(jìn)行充電。為了保證供電系統(tǒng)安全,所以帶實(shí)際負(fù)載的放電電流和放電時(shí)間掌控較困難,對(duì)電池組容量評(píng)估不夠準(zhǔn)確,對(duì)電池性能測(cè)試存在不確定因素,尤其對(duì)使用3年以上電池組性能檢測(cè)難以達(dá)到試驗(yàn)的預(yù)期效果,若兩組電池的單體電池都有失容、落后等質(zhì)量問題,其放電至輸出保護(hù)值的時(shí)間,不易被維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn),此時(shí)可能后備電池組容量所剩無幾,因此該放電方式比離線放電方式不安全系數(shù)更大。同時(shí)由于放電深度有限,對(duì)電池組測(cè)試的目的無法達(dá)到,關(guān)鍵是在全容量放電的實(shí)踐中會(huì)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有些單體電池在放電前期電壓正常,但到中后期,有些落后電池才開始逐步暴露出來。這一部分落后單體電池,由于放電深度不夠而沒有被及時(shí)發(fā)現(xiàn),此放電方式只能大致評(píng)估電池組容量,而無法準(zhǔn)確檢測(cè)具體放電多長(zhǎng)時(shí)間。同時(shí)兩組電池組間放電電流不完全均衡,各電池組將根據(jù)自身情況自然分?jǐn)傁到y(tǒng)的負(fù)載電流,落后電池組內(nèi)阻大,放電電流小,而正常電池組內(nèi)阻小,放電電流大,這就造成某些落后電池因放電電流不夠大而無法暴露出來,達(dá)不到進(jìn)行電池組放電性能質(zhì)量檢測(cè)目的。電池組全在線放電原理圖如圖4所示。

3

第三種方法

全在線充、放電過程:被測(cè)電池組的正極與全在線(充)放電設(shè)備串聯(lián),不需要調(diào)整開關(guān)電源的浮充電壓值,使被測(cè)組電池組所在支路的電壓略高出開關(guān)電源輸出或另一組電池的浮充電壓,這樣使該電池組對(duì)實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行放電,放電過程中被測(cè)電池組電壓隨著放電時(shí)間的變化而逐漸下降,通過全在線(充)放電設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)電壓補(bǔ)償調(diào)整,保證被測(cè)電池組始終保持恒定電流或恒定的功率進(jìn)行放電,當(dāng)電池組放電終止即電池組總電壓、容量、時(shí)間和單體電池電壓達(dá)到預(yù)期所設(shè)置的放電門限值時(shí),放電試驗(yàn)自動(dòng)結(jié)束。自動(dòng)轉(zhuǎn)入對(duì)被測(cè)電池組的全在線充電恢復(fù)過程,以消除兩組電池之間存在的電壓差,并引導(dǎo)在線開關(guān)電源輸出,經(jīng)過充電、等電位控制保護(hù)電路自動(dòng)對(duì)被測(cè)放電后的電池組進(jìn)行限流充電,自動(dòng)完成在線等電位連接,恢復(fù)系統(tǒng)的正常連接后,全在線充、放電設(shè)備退出,結(jié)束蓄電池組充電恢復(fù)等電位連接過程。實(shí)現(xiàn)了該電池組在線充、放電試驗(yàn)?zāi)康暮土私饬嗽撾姵亟M的續(xù)航能力。

全在線充、放電設(shè)備串接電池組進(jìn)行的操作過程,拆、接線只在電池組正極,無須拆電池組負(fù)極,只在負(fù)極接一根放電設(shè)備的工作電源線,操作過程不存在短路危險(xiǎn),充、放電全部在線自動(dòng)運(yùn)行;充、放電電流保持恒定;測(cè)試記錄自動(dòng)進(jìn)行;被測(cè)電池組按0.1C10率直接對(duì)負(fù)載放電和對(duì)電池組充電;無須看守;大大減輕工作強(qiáng)度,提高工作效率。全在線電池組充放電的連接圖如圖5所示。

綜上所述三種電池組的容量試驗(yàn)方法,對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行檢查,確保容量實(shí)驗(yàn)時(shí)市電停電,柴油發(fā)電機(jī)組供電正常。同時(shí)針對(duì)各直流供電系統(tǒng)的負(fù)載情況,確定電池組的放電倍率和單體電池的終止端電壓,舉例說明(如表4所示,以1000Ah蓄電池為例)。

符合1h率、3h率、5h率或10h率放電,1h率放電電流為0.55C10、3h率放電電流為0.25C10、5h率放電電流為0.168C10、10h率放電電流為0.10C10,目前用智能負(fù)載按10h率進(jìn)行蓄電池放電容量試驗(yàn),電池組的能量完全釋放給負(fù)載,節(jié)約電能。

VRLA浮充電壓和充電限流的設(shè)定

蓄電池目前多采用在線浮充方式運(yùn)行,在線蓄電池的浮充電壓必須保持恒定電壓,在該恒定電壓工作下,充放電量應(yīng)該足以補(bǔ)償蓄電池由于本身自放電而損失的電量及氧循環(huán)的需要,保證短時(shí)間內(nèi)使放電的蓄電池充足所需電量,使蓄電池在浮充情況下長(zhǎng)期處于充足電狀態(tài),該浮充電壓的設(shè)定值即滿足用電設(shè)備的供電電壓的要求,又滿足蓄電池浮充電壓需要,也使蓄電池因過充電所造成的損壞程度最低,所以必須設(shè)定好開關(guān)電源的充電限流數(shù)值和開關(guān)電源模塊個(gè)數(shù),達(dá)到浮充限流安全系數(shù),以確保蓄電池運(yùn)行在最佳狀態(tài)下,延長(zhǎng)蓄電池使用年限,節(jié)約維護(hù)投資成本。通信基站開關(guān)電源參數(shù)設(shè)置表如表5所示。

具體操作方法:某樞紐樓的電源機(jī)房蓄電池的浮充限流設(shè)置,樞紐樓為有人值守機(jī)房,兩路市電引入,一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組為備有電源,事故停電極少。直流供電系統(tǒng)負(fù)載電流為480A,蓄電池2000Ah兩組,開關(guān)整流模塊100A的14塊,環(huán)境溫度保持在23℃～25℃之間。由于市電停電后,可以在15min內(nèi)起動(dòng)油機(jī)發(fā)電,為了使開關(guān)電源工作在最佳效率狀態(tài),同時(shí)為了節(jié)約電能,對(duì)開關(guān)電源監(jiān)控模塊充電限流設(shè)置為0.1C10,即每組蓄電池充電電流為200A,開關(guān)整流模塊N+1配置開啟10塊,使每塊工作在額定功率50%左右,同時(shí)使開關(guān)電源工作在最佳的節(jié)能狀態(tài)。

VRLA的運(yùn)行維護(hù)

1蓄電池的運(yùn)行環(huán)境要求

蓄電池運(yùn)行環(huán)境要求:安裝蓄電池的機(jī)房應(yīng)配有通風(fēng)換氣裝置,溫度不宜超過28℃,建議環(huán)境溫度保持在10℃～25℃之間。避免陽(yáng)光對(duì)電池直射,朝陽(yáng)窗戶應(yīng)作遮陽(yáng)處理。確保電池組之間預(yù)留足夠的維護(hù)空間。

2蓄電池使用的注意事項(xiàng)

不同規(guī)格、型號(hào)和使用壽命不同的蓄電池禁止在同一直流供電系統(tǒng)中使用,新舊程度不同的蓄電池不應(yīng)在同一直流供電系統(tǒng)中混用。如具備動(dòng)力及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng),應(yīng)通過動(dòng)力及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)電池組的總電壓、電流、電池單體電壓及溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè),并定期對(duì)蓄電池組進(jìn)行檢測(cè)。通過電池監(jiān)測(cè)裝置了解電池充放電曲線及性能,發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)處理。

3蓄電池經(jīng)常檢查的項(xiàng)目

蓄電池應(yīng)經(jīng)常檢查極柱、連接條是否清潔;有否損傷、變形或腐蝕現(xiàn)象;連接處有無松動(dòng),電池極柱處有否爬酸、漏液;安全閥周圍是否有酸霧、酸液溢出;電池殼體有無損傷、滲漏和變形,電池及連接處溫升有否異常。根據(jù)廠家提供的技術(shù)參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件,檢查電池組及單體均、浮充電壓是否滿足要求,浮充電流是否穩(wěn)定在正常范圍。檢測(cè)電池組的充電限流值設(shè)置是否正確。檢測(cè)電池組的低壓告警、高壓告警設(shè)置是否正確。如直流供電系統(tǒng)中設(shè)有電池組脫離負(fù)載裝置,應(yīng)檢測(cè)電池組脫離電壓設(shè)置是否準(zhǔn)確。

4蓄電池均衡充電的注意事項(xiàng)

1

蓄電池的均衡充電:一般情況下,密封蓄電池組遇有下列情況之一時(shí),應(yīng)進(jìn)行均衡充,均衡充電電流不得大0.2C10:浮充電壓有兩只以上低于2.18V/只,擱置不用時(shí)間超過三個(gè)月。放電深度超過額定容量的20%。如有特殊技術(shù)要求的,按廠家產(chǎn)品技術(shù)說明書要求為準(zhǔn),不能隨意進(jìn)行均衡充電,均衡充電時(shí)電壓設(shè)定值不能高于通信設(shè)備電壓上限值。一般開關(guān)電源均衡充電電壓設(shè)定55～56.4V為最佳。

2

蓄電池充電終止的判據(jù),達(dá)到下述三個(gè)條件之一者,可視為充電終止:充電量不小于放出電量的1.2倍;充電后期充電電流小于0.01C10;充電后期,充電電流連續(xù)3小時(shí)不變化。

5蓄電池浮充運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)

蓄電池平時(shí)處于浮充狀態(tài),蓄電池的浮充電壓嚴(yán)格按照廠家說明書要求設(shè)置。一般蓄電池的浮充電壓為2.23～2.25V(25℃,每2V單體),溫度補(bǔ)償U(kuò)=Ua(25℃)+(25-t)*0.003(t為環(huán)境溫度)。浮充是全組各電池端電壓的最大差值不大于100mV。每月測(cè)量蓄電池浮充電壓、浮充電流和單體電池的端電壓。如果廠家技術(shù)說明書有特出的說明,以說明書為準(zhǔn)。

作者簡(jiǎn)介

武亞波:聯(lián)通集團(tuán)廊坊市分公司望樓維護(hù)中心電源主管,高級(jí)工程師,《UPS應(yīng)用》雜志編委。