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蓄电池的选择与故障分析

时间:2020-10-09 来源:广播电视信息 本文字数:3784字
作者:徐铭泽. 单位:国家广播电视总局542台

  摘    要: 诊断蓄电池状态,不能仅依靠一些智能监测设备,也要掌握全面的维护技能,在日常巡视检查过程中,可运用“看、听、嗅、摸”的方式,诊断运行中的蓄电池是否存在异常。一般来说,个别蓄电池使用维护不当导致整组蓄电池过早发生老化故障的情况比较常见,因此做好蓄电池的故障分析,可以在很大程度上帮助预防事故发生。

  关键词: UPS蓄电池; 充放电; 蓄电池组;

  1 、引言

  当前,在UPS的整个系统成本中,蓄电池所占的比例是很高的,一般成本可达到整个UPS的1/4~1/3。对于长延时UPS而言,往往蓄电池组的成本超过主机成本。蓄电池是易耗品,性能下降或到使用寿命期限必须更换,当今机房的UPS电源通常使用免维护铅酸蓄电池,这种蓄电池维护得当,使用寿命能达到十年,但多方面的因素使UPS蓄电池的使用达不到其设计的使用寿命。若想让蓄电池的使用寿命更长,就得避免让蓄电池损坏的因素出现,必须要注意UPS配置的蓄电池的放电效率比,提高蓄电池的利用效率,确保选好、用好蓄电池是使用者应该考虑的重要因素之一。

  大中型UPS后备时间可根据蓄电池数量进行调整,可以使用几十只甚至更多的蓄电池通过串联与并联相互组合构成的蓄电池组,其中蓄电池个体对于整个蓄电池组而言均是一个故障点,一只蓄电池出现故障,一组内的蓄电池在短时间内也会被影响。部分蓄电池性能下降,时间越长故障的蓄电池越多,导致整个UPS系统的可靠性降低,存在安全隐患。

  2 、蓄电池的选择

  2.1 、蓄电池内各组件

  单只蓄电池是由正极群、负极群、多孔性隔膜、蓄电池槽盖、电解液、排气阀6个主要组件组成的,其中任何一个组件故障都会给蓄电池可靠性带来损害,降低整块蓄电池的可靠度。

  蓄电池正极群与负极群指的是将许多正、负极片分别相并联且焊接在一起,正负极极板之间需要插入隔板,在每个蓄电池中,负极板的总数量要比正极板的总数量多一片,这样做可以使蓄电池的容量增加。

  多孔性隔膜指的是蓄电池正负极板之间的隔板,所用材料要具有良好的渗透性,且不易被电解液和氧化物腐蚀,化学稳定性高。其在蓄电池中一般起到两种作用:一是防止正负极之间相互接触导致短路;二是为了增强蓄电池的空间利用率和减小蓄电池的内部阻值,让蓄电池内部正负极极板尽可能的缩小间距。

  蓄电池槽盖一般是整体式结构,一般材料有橡胶、聚丙烯、聚苯乙烯等,分3到6个独立不相互连通的槽体,底部有间隔放置极板的底座,底座之间的空间是存放沉积的活性物质,防止脱落物在极板之间形成短路。
 

蓄电池的选择与故障分析
 

  蓄电池电解液是由专用硫酸和蒸馏水按比例配制而成,密度一般是1.24g/cm3~1.30g/cm3,电解液在充放电的电能和化学能反应中起到离子间转化的导电作用,所以电解液密度也是影响蓄电池的性能和使用寿命的重要环节。需要注意的一点是,电解液中若有异物掉落,要用木棍夹出,不可用金属物质伸入,否则被电解液溶解的金属物质会损害蓄电池。

  2.2 、蓄电池使用可靠性分析

  冗余设计是提高可靠性设计技术之一,在设计蓄电池时,采用冗余设计使蓄电池的设计容量按一定比例大于额定容量。这样设计一方面可以保证蓄电池的容量高于额定值,实现可靠输出;另一方面会对延长蓄电池使用寿命有利。蓄电池在使用过程中,需要特别注意的是长期充电不足、过充电、过放电都会严重影响蓄电池的性能,进而降低使用寿命。

  3、 蓄电池故障分析

  3.1 、蓄电池早期失效及解决方法

  早期失效是指部分蓄电池在使用阶段,一年左右或数个月内电容量低于标准额定值的80%,或一组蓄电池内的少部分蓄电池性能急剧下降。发生这类情况时,对整组蓄电池的危害主要表现在两个方面:一是已经失效的蓄电池在恒定的电流充电情况下,电压会迅速升高,在一组蓄电池没充满电前,其中失效的蓄电池已处在过充电状态,使当前蓄电池的运行温度超出正常运行时的温度,蓄电池内的液体温度快速提升,电解质溶液分解流失速度加快,最终导致整组蓄电池充电时电压升高、电流下降,蓄电池充电时间延长,蓄电池使用寿命缩短;二是失效的蓄电池内部有短路现象,该蓄电池充电时电压就会低于其他正常蓄电池电压,当整组蓄电池充满电时,该落后的失效蓄电池却尚未充好,大电流放电时,落后蓄电池端电压迅速下降为零。这两种情况长期如此,就会出现恶性循环。

  蓄电池失效后一般都直接表现为内阻增大、端电压升高、容量不足、使用性能明显下降等,为避免早期失效蓄电池混入蓄电池组中,在新的整组蓄电池安装入电源系统投入使用前需先进行一次深放电检查,例如额定电压为2V的蓄电池以10h放电率电流放电终止电压至1.8V,然后再充足电装入系统中运行。若各个蓄电池放电终止前的电压差别不大,比较均匀,则本组蓄电池性能良好;若其中个别蓄电池电压下降的很快,则说明有落后的蓄电池,必须甄别更换。

  3.2、 蓄电池的充电故障分析

  个别蓄电池充电受阻时,需要检查充电线路的连接是否紧固可靠,是否有损伤或中断;检查蓄电池的充电电路有无故障;检查蓄电池内的电解液是否远低于正常值;检查蓄电池是否因长时间欠充电导致极板存在无法处理的硫酸盐化。

  蓄电池发生充电受阻故障时,先确认充电回路的连接紧固,当蓄电池不能有效充电时,若表现无电流显示却有高电压,则可判断该蓄电池开路故障。若测量蓄电池的电压低于正常标定值,充电时蓄电池电压值上升差别不大,充电后蓄电池放置一段时间电压仍低于正常标定值,则可判断该蓄电池内部有短路现象。如果蓄电池使用时间不长,则属于碰撞、震荡等导致的装机故障。如果使用时间很长,需查看蓄电池底部沉积物情况,若不多,则属于电解液不纯、杂质结晶过多引起的短路,若底部沉积物很多,则属于蓄电池底部沉积物堆积导致极板之间产生接触的慢性短路。

  3.3、 蓄电池内部短路故障分析

  蓄电池短路可简单理解为,蓄电池内极板上沉积有污物,长时间积累最终引起短路,或电极板变形导致正极板与负极板相互接触。蓄电池内部短路故障现象表现为:充电时蓄电池端电压很低,甚至接近于零;充电时电解液的温度上升快,密度上升较慢;蓄电池开路时电压低,放电时很快达到终止电压;蓄电池自行放电严重。

  造成蓄电池短路的主要原因如下:正负极极板变形导致二者之间有接触;隔板损坏、移位导致极板相连造成短路;极板脱落的活性物质堆积在蓄电池槽底部引起短路;电解液不纯、杂质结晶引起短路;蓄电池内落入异物导电造成短路。

  3.4 、蓄电池漏液故障分析

  蓄电池发生漏液故障,除了运输、搬运造成的蓄电池碰撞损伤外,主要是由于制造质量缺陷引起的,如蓄电池的电解液过多、密封胶口开裂、槽盖密封不好、材料质量不好和材料出现老化等。

  对于漏液的蓄电池,应先做外观检查,找出渗漏液位置。一般国内外生产的蓄电池存在漏夜问题,主要表现在极柱漏液、安全阀渗液、壳体密封不良等方面。各部位产生漏液原因各不相同,要在分析后采取相应措施解决。

  极柱漏液处理方法如下:采用惰性气体焊接,使焊接面不氧化;加高极柱端子,延长密封胶层高度;采用橡胶压紧密封等。

  防止安全阀漏渗液的方法如下:采用质量好、抗老化的橡胶制作安全阀;按期更新安全阀,确保可靠;改变安全阀结构,开启压力可调,适当调整增大开启压力,保证密封性。

  针对壳体密封不良问题,可将热熔和胶黏剂密封相结合,先热熔密封,再用密封胶密封。

  3.5、 蓄电池的变形故障

  蓄电池变形鼓包是由于蓄电池内部压力急速增加导致的,蓄电池的通气孔堵塞或不畅通,致使蓄电池在充电过程中内部产生大量的爆炸性气体,若无法及时排出就会积压在蓄电池壳内,压力越来越大,会将蓄电池外壳胀破,进而减少蓄电池使用寿命。

  若对蓄电池组过充电,个别性能较差的蓄电池会出现内部气体复合不良情况,进而导致蓄电池变形。

  充电电流过大以及浮充电压设计过高,会导致蓄电池正极板上氧气析出加快,不能及时在负极板上复合,电池温度也会很快升高,导致排气不及时,压力到达一定程度时会变形。

  3.6、 温度对蓄电池的影响

  蓄电池在使用时对环境条件的要求较为苛刻,每低于或高于标准环境温度10℃时,使用寿命减少一半。蓄电池使用环境温度低于标准,其放电容量会下降,进而会产生充电不足现象,长期积累可能导致内部硫酸盐化;蓄电池使用环境温度高于标准,蓄电池恒压下的充电电流接受量将增加,同时也加快了内部组件腐蚀速度和气体生成析出。

  蓄电池的温度最好能够保持在20℃~25℃范围内,且安放在通风、干燥、洁净的场所,这种条件下,可使蓄电池状态保持最有利,使用寿命延长。一方面,需要使用者合理安装空调来改善蓄电池使用环境;另一方面,最好选用温度适应性较宽泛的蓄电池。

  4、 结语

  UPS一般是为重要设备设施配置的不间断电源,一旦出现供电中断故障往往会造成严重的损失和不良影响。为了使UPS的蓄电池工作稳定,有较长的使用寿命,在蓄电池使用过程中,要充分结合蓄电池制造的原材料及结构特点和环境状态几个方面情况制定合理的检修维护制度,平时按周、月、季度对电池进行电压、内阻测量,每季度根据UPS所带负载进行一次合理放电测试,负载最好不要超过UPS额定负载的60%,若发现异常数据,要及时查明原因,并采取相应措施予以解决。高度重视日常的检查维护,是保证蓄电池稳定长效使用的重要保障。同时,蓄电池的数量和总电压要符合UPS的要求,如此才能确保正常放电,避免因蓄电池的故障隐患导致UPS作用失效。

  参考文献

  [1] 周志敏,纪爱华.UPS供电系统设计与工程应用实例[M].北京:中国电力出版社,2012.
  [2] 周志敏,周纪海,纪爱华.UPS应用与故障诊断[M].北京:中国电力出版社,2008.

  原文出处:徐铭泽.UPS蓄电池的故障分析[J].广播电视信息,2020,27(10):103-105.
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