基于在线均衡除硫技术的蓄电池智能专家管理系统的提出

       虽然我国从1986年才开始研制固定型阀控式密封铅酸蓄电池，但随着技术的进步和生产工艺的不断完善，固定型阀控式密封铅酸蓄电池以其突出的优势，在短短的几年时间内就几乎取代了所有的防酸隔爆式铅酸蓄电池、消氢式铅酸蓄电池及一些锅镍蓄电池，因此，目前我国电力系统直流装置应用多的就是固定型阀控式密封铅酸蓄电池。这种“免维护”铅酸蓄电池设计寿命一般在5年以上，但在实际使用中，大量投放在变电站直流系统的蓄电池由于没有科学地养护，有的蓄电池生命衰减曲线还是会以不正常的速度快速下滑，造成蓄电池组各单节电池均匀性出现差异，从而使整组蓄电池容量下降，因此使得蓄电池平均寿命往往低于5年。有的蓄电池即使在使用，也是在“带病”服役，一旦发生停电等紧急情况，直流系统不能正常工作，往往酿成重大事故。造成蓄电池潜在“带病”服役的原因主要是管理方法不当、维护方法不正确。

造成铅酸蓄电池劣化的主要原因有:

       (1) 均匀性差的蓄电池混串使用，或变电站长期不停电，蓄电池长期处于限压限流的浮充电运行方式或只限压不限流的运行方式，或因浮充电流调整不当造成蓄电池欠充，使蓄电池处于容量不均匀状态。

       (2) 未按技术规程定时(一般为3个月)给蓄电池进行补充充电，造成蓄电池组由于自放电和爬电漏电造成蓄电池的容址亏损和内阻不均匀。

       (3) 高温失水。有的变电站直流系统中只有一组蓄电池，由于不能退出运行，不方便作全核对性放电，因此无法判断蓄电池的现有容量、内部是否失水或干涸。

       (4) 蓄电池在安装使用前曾长时问搁置储存(超过3个月)、持续过放电或经常过量放电或小电流深放电、环境温度过高或过低、经常充电不足和没有定期执行均充等，造成蓄电池极板上生成白色坚硬的硫酸铅结晶，这种结品颗粒比较大，活性低，充电时难以转化为活性的硫酸铅，导致电池容量下降或功能衰退，称为蓄电池硫酸铅盐化或“硫化”。
以上这些都是导致铅酸蓄电池劣化的客观原因，分析其共性，其深层原因就是蓄电池组中各单节电池均匀性的差异，充电时“饱饿”不均匀(放电后的电池如不能及时充饱就会产生“硫化”)，蓄电池组中“饿”的某几节单节电池因充不饱而“硫化”，“硫化”的蓄电池内阻增大，这便使其与组内的其他各节电池的差异更大，均匀性差→充电中各单体“饱饿”不均匀→“硫化”→均匀性更差→“硫化”加重，形成恶性循环，使电池在充放电使用过程中容量累积性下降，这就是铅酸蓄电池劣化速度太快的根本原因。

       35 kV变电站直流系统的蓄电池标称电压一般是220 V，由18节12 V蓄电池串联组成，各单节蓄电池如果均匀性好，在规定的均浮充电压下可把各节电池充饱。但是往往因蓄电池制造工艺的原因、不合理的充放电等导致蓄电池“硫化”从而破坏了其均匀性，这必然造成充电时“饱饿”不均匀。可见要延长蓄电池的使用寿命就须提高蓄电池的均匀性，均匀性提高了，蓄电池就不会欠充，蓄电池不欠充就不易“硫化”，可见蓄电池的均匀性是蓄电池使用寿命的关键因素所在。

       长期不停电、蓄电池的均匀性差等都是客观存在的，也就是说铅酸蓄电池在使用过程中出现“硫化”是一个必然现象。

       《DL/T 724-2000电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》及国家电网公司《直流电源系统运行规范》中提及了防酸蓄电池的“硫化”及其处理方法，但未提及阀控式密封铅酸蓄电池的“硫化”’及其处理方法。其实，阀控式密封铅酸蓄电池除了免补加水维护，其他方面的维护和别的普通铅酸蓄电池是相同的。只有使用得当，阀控式密封铅酸蓄电池才能达到预期的使用寿命。

       中国电力出版社出版的《变电站直流设备使用与维护培训教材—阀控密封铅酸蓄电池》一书中对阀控式密封铅酸蓄电池硫酸盐化故障及预防措施有如下描述:

       故障现象:

       核对性放电时，蓄电池放不出额定容量。

       原因分析:

       (1) 蓄电池长期欠充电，浮充电压低于2.23-2.28 V (25℃).造成极板硫酸盐化。

       (2) 深度放电频繁(如每月一次)。

       (3) 蓄电池放电后没有立即充电，极板硫酸盐化。

       (4) 蓄电池长期过充电，浮充电压高于2.23-2.28 V (25℃).造成蓄电池失水严重。 蓄电池失水后电解液密度过大，使极板硫酸盐化加快。

预防措施:

       (1) 浮充电运行时,单体电池电压应保持在2.23-2.28 V，取2.25 V/单体(25℃)。

       (2) 避免深度放电。

       (3) 对核对性放电达不到额定容量的蓄电池，应进行三次核对性放充电，当容量仍达不到额定容量的80%以上时，应更换蓄电池。

       这些对蓄电池“硫化”的修复方法明显的缺陷都是在蓄电池组劣化后进行蓄电池活化，而且大都是蓄电池须退出运行才能进行离线式修复。

       为解决阀控式密封铅酸蓄电池的科学维护问题，我们提出了阀控式密封铅酸蓄电池主动维护的理念，并研发出了可以提早发现铅酸蓄电池隐患的智能监测分析设备—蓄电池在线监测系统和消除铅酸蓄电池“硫化”的利器—蓄电池智能在线均衡除硫器，同时还开发了蓄电池智能专家管理系统软件。通过在三门峡市绳池县电业局和灵宝市电业局近10个35 kV变电站直流系统的220 V蓄电池(12 V/18节)的在线试用，我们又开发出了新一代蓄电池智能监侧在线均衡除硫一体仪，基本解决了变电站直流系统阀控式密封铅酸蓄电池在线除硫和智能维护的问题，从而提高了变电站直流系统阀控式密封铅酸蓄电池的科学维护水平，了变电站直流系统运行的安全可靠性。

       蓄电池智能在线均衡除硫器可在蓄电池组不退出运行的情况下对蓄电池组进行在线除硫，消除蓄电池的“硫化”，提高各单体电池的均匀性，恢复蓄电池的容量，延长蓄电池的使用寿命。

       有了蓄电池主动维护监测仪和蓄电池智能专家管理系统软件平台，就可提早发现蓄电池故障隐患，并为解决这些问题提供预警信息;有了蓄电池智能在线均衡除硫器就可解决大量因“硫化”造成的蓄电池劣化问题，从而延长电池的使用寿命，变电站直流系统蓄电池的供电能效，提高变电站直流系统运行的安全可靠性。

       综上所述，基于在线均衡除硫技术的蓄电池智能专家管理系统的理念就是主动维护，早发现问题早解决，把导致蓄电池劣化的诱因消除在萌芽状态，从而降低蓄电池的劣化速度。基于在线均衡除硫技术的蓄电池智能专家管理系统由蓄电池智能专家管理系统软件和蓄电池主动维护监测仪及蓄电池智能在线除硫器或蓄电池智能监测在线均衡除硫一体仪组成，主要管理蓄电池容量、负载用电量、环境温度、供电时长等信息，通过传输系统显示在网络管理平台上，使维护人员实时了解蓄电池的动态信息，系统发现蓄电池容量下降时及时启动在线除硫功能;维护人员可通过网页浏览的方式查看各个变电站蓄电池劣化的原因、存在的隐患、处理办法等维护信息，并通过短信平台实时发布重要的隐患及具体的维护指令.科学指导直流电源的维护。