电力系统用闻控式铅酸蓄屯池试验方法 的 析与探讨 孟为群 ，陈 豪 ，白 恺 ，沈丙中 （１．大唐国际发电股份有限公司，北京１００１４０；２．华北电力科学研究院有限责任公司，北京１０００４５） 摘要：针对用于电力系统后备电源的阀控式铅酸蓄电池，对单体浮充电压测量、内阻测试、１０ 小时率容量试验３项维护试验进行了讨论。根据笔者的使用经验，对３项试验的方法和周期提 出了建议，为电力系统用阀控式铅酸蓄电池的维护提供了一定的启发。 关键词：阀控式铅酸蓄电池；后备电源；浮充电压；内阻；１０小时率容量 中图分类号：９１２．４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６—０８４７（２０１２）０１－２７—０４ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ＶＲＬＡ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ＭＥＮＧ Ｗｅｉ－ｑｕｎ ，ＣＨＥＮ Ｈａｏ ，ＢＡＩ Ｋａｉ ，ＳＨＥＮ Ｂｉｎｇ—ｓｈｅｎ ．Ｄａｔａｎｇ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒｔｉａｏｎ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１４０；２．Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｔｅｓｔｓ ｏｆ ＶＲＬＡ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｓｔａｎｄｂｙ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｉｃｒ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｓｅ ｔｅｓｔｓ ｉｎｃｌｕｄｅ ｃｅｌｌ ｆｌｏａｔｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ ｔｅｓｔ，ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｅｓｔ ａｎｄ １ ０ ｈ ｒａｔｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｔｅｓｔ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｄａｔａ ａｎｄ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ｓｏｍｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｐｅｒｉｏｄｓ ａｒｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｔｈｅｓｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｕｓｅｆｕｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｕｓｅｒｓ ｔｏ ｍａｉｎｔａｉｎ ｔｈｅ ＶＲＬＡ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＶＲＬＡ ｂａｔｔｅｒｙ；ｓｔａｎｄｂｙ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ；ｆｌｏａｔｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ；ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；１ ０ ｈ ｒａｔｅ ｃａｐａｃｉｔｙ １前言 由充电机供给，因此蓄电池长期处于浮充状态，实 际上电力系统使用的大部分蓄电池在整个使用寿命 内都处于浮充状态。长期浮充对蓄电池的主要影响 是导致蓄电池腐蚀——负极板腐蚀【ＩＪ、正极汇流排 目前阀控式铅酸蓄电池被电力系统广泛作为后 备电源使用，电力系统后备电源的使用主要有两个 特点： 腐蚀圜以及负极极耳及汇流排腐蚀『３ 等，甚至引起 蓄电池断路失效，例如２０１０年唐山建昌营、胡家 坨站蓄电池断路都是由于负极汇流排的严重腐蚀 造成的。 （１）在日常使用中蓄电池长期处于浮充状态。 电力系统直流负荷包括控制保护装置、开关操作负 荷以及直流电机负荷，蓄电池除了在较大功率电机 启动过程中会放电以提供冲击电流外，其它负荷都 （２）在事故情况下蓄电池必须能提供足够的 事故处理容量。在事故停电时间内，蓄电池一方面 要承受较大的短时冲击负荷，例如大量的直流油泵 收稿日期：２０１１－０６—２２ 负荷，另一方面蓄电池要提供足够的事故处理时 问，例如对于无人值守变电站，蓄电池应提供２ ｈ 的交流停电事故处理时间［８ｌ。 后备电源的使用特点对蓄电池的维护提出了相 应的要求，既需要发现长期浮充对蓄电池的影响， 特别是蓄电池的腐蚀情况，即要有效防止蓄电池失 效，又需要将维护工作“最小化”， “最优化”是 最经济有效的维护方式。目前电力系统阀控式铅酸 断路或是短路缺陷，例如２０１０年唐山建昌营发生 断路故障时２ Ｖ蓄电池浮充电压为１０＿３ Ｖ。 电力系统中该项试验的周期一般为一个月对所 有蓄电池进行一次电压普测Ｉｌｌｌ。由于该项试验主要用 于反映蓄电池的短路或开路故障，笔者建议该项试 验可以３０ ６０ ｄ进行一次，对于浮充电压偏差超过 ９０ ｍＶ的蓄电池，结合内阻测试结果判断蓄电池内 蓄电池的维护项目主要包括单体浮充电压测量和 １０小时率容量试验，内阻测量是近几年才被重视 并发展起来的试验方法。下面根据笔者的使用维护 经验，对３种试验方法进行讨论，为电力系统 ＶＩＲＡＬ蓄电池的维护提供参考。 ２试验方法分析 ２．１单体浮充电压测量 根据国标规定，单体浮充电压测量的方法是在 浮充２４ ｈ后，进行蓄电池单体浮充电压测量，浮 充电压最高值和最低值的差值≤９０ ｍｇ［９］。 对于该项试验，电力系统一般认为当单体浮充 电压差值超出９０ ｍＶ，即认为蓄电池失效，需要进 行更换，但笔者认为单体浮充电压偏差大并不能简 单地证明蓄电池性能不合格。 蓄电池单体最高和最低电压的试验数据如表１ｌ１ｑ， 被试蓄电池组共计有１０３只２ Ｖ ３００ Ａｈ单体电池。 如表１所示，单体浮充电压最高的蓄电池的内阻为 ０．４１２ ｍＱ，接近内阻平均值０．４０８ ｍ ，放电终止电 压为１．９１５ Ｖ，为终止放电电压最高的单体；而单体 浮充电压最低的蓄电池的内阻也为０．４１２ ｍＱ，放电 终止电压为１．８９８ Ｖ，并不是终止电压最低的单体， 放电终止电压最低的单体电池的电压为１．８８４ Ｖ。 表１ 最高和最低浮充电压单体电池的相关试验数据 根据以上数据，结合以往的使用经验说明，单 体浮充电压高低并不能反映蓄电池性能的好坏。但 当浮充电压过高或者过低时，能反映出蓄电池出现 部的腐蚀情况。 ２．２内阻测试 根据文献【 ２１中规定：实际测量的内阻值与制造 厂提供的内阻值偏差范围应在±１０％以内。但不 同制造厂和用户的测量方法往往不同，因此实际测 量数据是无法进行比较的。正是由于这个原因，内 阻测试一直没有得到用户的重视，也没有用于蓄电 池的维护。 实际上内阻主要反映的是由极柱、汇流排和板 栅等金属部件及其焊接组成的欧姆电阻，能比较直 观地反映蓄电池内部的腐蚀情况，因此认为内阻测 量能够作为检测蓄电池腐蚀情况的有效手段。结合 蓄电池１０年的使用寿命，建议对蓄电池内阻采用 “１／３，３，ｌ，１，１”的测试方式。即在投运之前进 行一次测试，以取得内阻的原始数据；对于运行的 新电池，由于腐蚀情况很轻，每３年测试一次即 可；６年之后的老旧蓄电池，腐蚀情况会加剧，需 要每年测试一次。这样即可以进行蓄电池内阻测试 的横向比较，发现蓄电池的腐蚀情况，又不会显著 增加维护人员的工作量。 ２３ ｌ０小时率容量试验 一般来讲，１０小时率容量试验的目的有两个： 一是恢复由于长期浮充导致的容量损失，也就是通 常所说的消除“记忆效应”；另一方面是检查蓄电 池性能多少。 大多数人都认为容量试验能为蓄电池恢复由于 “记忆效应”而丢失的容量。蓄电池容量的丢失实 际上是蓄电池内部活性物质的损失，蓄电池长期浮 充除了主要导致腐蚀，还会引起水分的损失＿ｌ３１、大 颗粒ＰｂＳＯ 的形成㈣、正负极活性物质与ＡＧＭ中 电解液脱离Ｉ１５１等现象，而这些现象最终导致的都是 电解液或是极板中反应物质的流失，从而引起蓄电 池容量下降。笔者认为，容量试验除了在一定程度 上有助于还原较大颗粒的ＰｂＳＯ 晶体 ，对其它损 失的活性物质恢复都没有作用。根据华北电网的使 用经验，对于容量损失在２０％以上的蓄电池组， 一少维护工作量，提高维护工作效率，又能延长蓄电 池的使用时间，发挥蓄电池作为后备电源的作用。 但是该种维护方式也对蓄电池制造提出了相应的要 求：在正常运行维护条件下，新投运蓄电池应在６ 次试验能恢复的容量在５％以内。因此，容量试 验对容量恢复的作用是十分有限的，蓄电池容量的 保留依赖于蓄电池的质量，而不是进行试验来恢复 年之内无故障，６年以外维持所需的８０％容量 ， 容量。 容量试验能全面反映活性物质流失对蓄电池造 成的影响，是检测蓄电池性能最有效的试验方 法——容量不足，蓄电池也就失效了。正因为如 此，电力系统规定新安装的阀控式铅酸蓄电池每隔 ３年要进行一次容量试验，运行６年以后的蓄电池 每年进行一次试验 。但该规定存在一定的局限 性：对于发电厂来说，由于蓄电池集中在同一地 区，维护较为便利，该试验周期易于实施；而对于 供电公司，由于地域很广，要按照上述年限来完成 容量试验难度很大。根据２０１０年张家口供电公司 的统计，以３年为一个周期，要完成公司蓄电池的 容量试验，在休息日、节假日不作为工作日的情况 下，需要２．６人整年进行。该情况还不计及公司 １７７组６年以上蓄电池组每年一次的容量试验同。 实际上由于容量试验工作量太大，许多供电公司在 完成的质量和数量上都存在一定的折扣，难以达到 容量试验的应有效果。 作为一项工作量很大的试验项目，笔者认为不 宜过于频繁地进行这样的试验，特别是对６年以上 的蓄电池每年进行一次试验，会使试验的工作量成 倍增长，给维护人员带来很大的工作压力，甚至导 致工作质量大为降低。而且容量试验是对蓄电池加 速老化的过程，会对蓄电池造成一定的损坏，对于 ６年以上容量满足要求的蓄电池，没有必要进行加 速老化，而应该让其继续按照３年的试验周期进 行。由于容量试验的目的是检测蓄电池性能，根据 蓄电池１Ｏ年的使用寿命，并结合内阻测量试验， 笔者建议采用“１／６，３”的试验周期。即在投运前 进行一次新电池的试验，作为基础数据；由于新电 池在６年之内出现腐蚀、水分损失、大颗粒ＰｂＳＯ 形成、正负极活性物质脱落等现象不严重，可不进 行容量试验；６年及９年后分别进行一次容量试 验，并结合内阻试验结果对蓄电池性能进行评估， 同时也对蓄电池容量进行恢复；第１０年即可进行 蓄电池更换处理。如此安排试验周期，既能有效减 并保证ｌ０年使用寿命。 ３结论 根据以上分析，提出如下观点： （１）单体浮充电压测量主要用于反映蓄电池 的短路或开路故障，建议每３０～６０ ｄ进行一次，对 于不合格的蓄电池结合内阻测试结果判断内部腐蚀 情况。 （２）内阻测量是检测蓄电池腐蚀情况的有效 手段，建议采用“１／３，３，１，１，９”的维护周期， 这样既可以发现蓄电池的腐蚀情况，又不会显著增 加维护人员的工作量。 （３）１０小时率容量试验工作量很大，建议结 合内阻测试，采用“１６／，３”的试验周期，既能极 大地减少维护工作量，又能有效地检测蓄电池性 能，提高工作效率。 无论维护手段多么完善，要想蓄电池安全稳定 运行，都需要制造商提供经久耐用的蓄电池。只有 制造工艺和运行方式、维护手段相互协调，才能实 现蓄电池在整个生命周期内制造、运行和维护成本 的最小化，才是最“划算”的蓄电池。 参考文献： ［１】Ｗｉｌｌｉａｍ Ｅ．Ｍ．Ｊｏｎｅｓ，Ｄｒ．Ｄａｖｉｄ Ｏ．Ｆｅｄｅｒ．Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ＶＲＬＡ ｃｅｌｌｓ ｏｎ ｌｏｎｇ ｔｅｒｍ ｆｌｏａｔ：ｐａｒｔ ２［ｃ１． Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔｅｅｎｔｈ ＩＮＴＥＬＥＣ，１ ９９６： ２５８－２６６． ［２］冻胜洋．ＧＦＭ型ＶＲＬＡ电池正极汇流排腐蚀机 理研究［Ｊ］．蓄电池，２００１，（２）：３—５． ［３］Ｂｅｒｎｄｔ Ｄ．Ｐｒｏｃ．ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｔｔａｃｋ ａｔ ｔｈｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｂａｒ ［Ａ１．８ｔｈ ＥＲＡ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｏｎｆ［Ｃ］．Ｕ Ｋ，１ ９９４． ［４］Ｖａｅｃａｒｏ Ｆ．Ｊ．Ｎｅｇａｔｉｖｅ ｓｔｒａｐ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｉｎ ＶＲＬＡ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ａｎｄ ｉｔｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｙ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｌｉｆｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ［Ａ］．Ｉｎｔｅｌｅｃ’９５，ＩＥＥＥ［Ｃ］，１９９５：４－２． ［５】张华，赵金珠，童一波．ＶＲＬＡ电池ＮＧＢＣ现象及 ［１３】Ｊ．Ｍ．Ｈａｗｋｉｎｓ，Ｌ．Ｅ．Ｅ．Ｍｏｏｒｅ，Ｌ．Ｏ．Ｂａｒｌｉｎｇ．Ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｏａｔ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｌｅａｄ－ａｃｉｄ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｉｎ ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ． Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｖｅｎｔｅｅｎｔｈ ＩＮＴＥＬＥＣ，１９９５： ３６８－３７３． 其机理［Ｊ］．电池，２００１，３ｌ（６）：２８４—２８６． ［６］林雪平，郭永榔．贫液式铅酸蓄电池负极极耳和 汇流排腐蚀机理研究『Ｊ１．蓄电池，２００８，（１）：３—８． 【７】陈豪，等．华北电网有限公司２０１０年直流专业工 作总结． ［１４］Ｔａｈｅｈａｒａ Ｚ．Ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｌｅａｄ ｓｕｌｆａｔｅ ｉｎ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ａｎｄ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｄｅｃｔｒｏｄｅｓ ｉｎ ［８】刘百震，等，编．电力工程直流系统设计技术规程 ［ｓ］．ＤＬ／Ｔ ５０４４—２００４．北京：中国电力出版社， ２００４． ｌｅａｄ ａｃｉｄ ｂａｔｔｅｒｙ ｆＪ］．Ｊ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ．２０００，８５（１）： ２９－３７． ［９］伊晓波，等．固定型阀控密封式铅酸蓄电池［ｓ】． ＧＢ１９６３８．２—２００５．北京：中国标准出版社，２００５． 【ｌＯ】陈豪，等．阀控密封铅酸蓄电池工艺调研及Ｉ生能 比对检测试验总结报告［Ｒ】．北京：华北电力科学 研究院，２０１０． ［１５】宿占寰．阀控式铅酸蓄电池早期失效的原因分 析【Ｊ】．蓄电池，１９９７，（４）：１６—２０、２６． 【１６］包有富，尹鸽平，林道勇．ＶＲＬＡ电池正极失效 机理研究［Ｊ］Ｉ电池，２００３，（４）：９６—９８． 【１７］国家电网公司．国家电网公司十八项电网重大 反事故措施：防止直流系统事故［Ｍ】．北京：中国 电力出版社，２００５． ［１８］王典伟，等．ＤＬ／Ｔ７２４—２０００电力系统用蓄电池 直流电源装置运行与维护技术规程．北京：中国 电力出版社，２００１． ［１１］康健民，沈丙申．华北电网有限公司预防直流系 统事故措施ＩＳ］．Ｑ／ＨＢＷ１６１０７—２００８． ［１２］李嘉，等，编．阀控式密封铅酸蓄电池订货技术 条件［ｓ］．ＤＬ／Ｔ６３７—１９９７．北京：中国电力出版社， １９９８ ・＋”＋ｎ—・＋－一—— 一— ”＋ （上接第２０页） ６结语 温度（０ ｏＣ）下进行浮充电时，持续放电时间下降 非常严重，所以不建议在此种温度下进行充／放电 维护。 我们对其它型号的ＶＲＬＡ蓄电池也做了相 从上述对比实验可以看出，浮充电压的大小会 似实验，得到的结论完全相同。从众多实验和数 据分析得知，浮充电压对ＶＲＬＡ蓄电池循环寿 命有较大影响。为了延长蓄电池的循环寿命，在 实际充电过程中，要根据温度的变化进行合理的 浮充电压调节，当ＶＲＬＡ蓄电池持续浮充电达到 两个月以上时，必须进行一次深循环充／放电维 护，这样能更好地延长ＶＲＬＡ蓄电池的持续供电 能力。 严重影响ＶＲＬＡ蓄电池的循环寿命。浮充电压过低 会造成蓄电池硫酸盐化的积累，使活性物质不可 逆，最终导致蓄电池提前失效；浮充电压过高会造 成蓄电池温升加大，失水过快，严重影响蓄电池的 循环寿命。实际充电操作中，还应根据环境变化对 浮充电压给予一定的温度系数补偿，环境温度升高 则浮充电压要适当降低，反之，就要适当提高浮充 电压。根据大量实验数据分析，浮充电压与环境温 度的关系可用式（１）来进行调整。 参考文献： ｆＴ－ｒ０）ｃ （１） ［１］王平．阀控式密封铅酸蓄电池的维护 铁道通 信信号，２００３，（１Ｏ）：１８—１９． 其中 为充电过程中的实际浮充电压， ＶＲＬＡ蓄电池的不同， 和 分别为基准电压和基准温度值（２５ ｃｃ），根据 略有不同，一般取值为 ２．３０ Ｖ， 为实际充电时的环境温度。Ｃ为温度补 ［２］邵双喜，等．阀控密封铅酸蓄电池电导／内阻与 电池性能关系研究『Ｊ］．蓄电池，２００７，（１）：３—８． ［３］胡杰，等．浮充电压对阀控式铅酸蓄电池寿命的 影响ｆＪ１．蓄电池，２０１ １，（１）：３１—３５． 偿系数，取值为４．５ ｍＶ／￣Ｃ。