蓄电池运行维护及直流系统基础知识

电力行业

2006.10.30

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无论是在电厂、变电站的直流系统或UPS中，蓄电池组都扮演着极其重要和不可或缺的作用。平时蓄电池组处于浮充电备用状态，当交流失电或直流系统故障时，蓄电池组必须向负荷提供能量，如直流电机、电磁机构、保护装置、控制、通讯、照明等。显然，在平时蓄电池组并没有对电厂或变电站运行作出贡献，然而在事故状态下，蓄电池是负荷的唯一电源供给者，一旦蓄电池有问题，电厂或变电站将面临瘫痪及发生重大事故，造成重大损失。电池组电压等级：动力及故障负荷 110V 220V通讯 48V电池组容量以负荷大小确定。

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Ⅰ阀控式铅酸蓄电池失效机理

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阀控式铅酸蓄电池结构负极柱安全阀汇流排栅板外壳正极柱隔板

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阀控式铅酸蓄电池的优点开口式铅酸蓄电池的水和硫酸在使用过程中会蒸发散失，虽然可以通过加水加酸进行维护，但维护工作量大，且污染环境。为了减少维护，阀控式铅酸蓄电池应运而生。阀控式铅酸蓄电池具有如下优点：

无需加水加酸、调配电解液等维护工作。大电流放电特性优良，低温放电性能良好。无酸雾逸出，使用安全，对环境无污染，可与设备同室安装。结构紧凑，可立式或卧式安装，占地面积小。无“记忆效应”。

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——特点全密封结构，用一安全阀控制电池内气体压力。利用氧再复合“水循环”原理，使电池正极析出的氧气通过隔膜扩散到负极发生氧化反应生成 PbO2,并与 H2SO4反应，最终生成水，避免了水的散失。采用玻璃纤维或胶体作为隔膜，吸贮电解液，贫液式，紧装配。

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阀控式铅酸蓄电池VRLA拥有先进的设计思想和工作原理，理论上有较高的可靠性和较长的使用寿命，厂家也都宣传有10~15年的浮充使用寿命。然而实际使用情况却强差人意，有些厂家的电池仅使用了二三年，甚至更短时间就出现了失效电池——

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阀控式铅酸蓄电池的早期失效失水充电时氧再复合反应不完全板栅腐蚀硫酸铅的存在，使负极负极板硫酸盐化长期处于非完全充电状态，形成不可逆硫酸铅

热失控

充电过程中，由于紧装配密封结构使热量不易散出，导致电池温升过高失效

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阀控式铅酸蓄电池的早期失效工艺设计缺陷渗漏液、极耳腐蚀断裂、阀盖开闭失灵等

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阀控式铅酸蓄电池的氧再复合机理(1)在阀控式铅酸蓄电池中，为了防止充电后期氢气和氧气的逸出，在设计时，负极容量相对于正极过剩。即当充电进行至最终阶段，正极板首先产生氧气，即 O2+ 4H+ 2 H2O氧气经隔板中的气孔扩散到负极板，并与负极板活性物质——海绵状Pb和H2SO4发生

反应生成PbSO4,同时抑制了负极板氢气的产生，即 2PbO 2Pb+ O2

PbO+ H2SO4

PbSO4+ H2O

由于是在充电过程中，生成的PbSO4又被回复到了海绵状Pb。总的结果为 O2+ 4H++ 4e 2 H2O显然这是正极板产生氧气的逆过程，即正极板充电后期电解水所产生的氧气，在负极板被复合并还原成水。所以阀控式铅酸蓄电池在充电过程中没有氢气和氧气的冒出，亦没有水的损失。这就是阀控式铅酸蓄电池无需加酸加水，免维护的原因。

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阀控式铅酸蓄电池的氧再复合机理(2)正极 PbO2负极 Pb O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2

e-

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H2O= 2H++ O-2 2O-2 - 4 e-= O22↑ 2O-2 - 4 -= O↑ 2H2O - 4 e-= 4H+++ O22↑ 2H2O - 4 -= 4H+ O↑ 2Pb++O2 2= 2PbO 2Pb O= 2PbO PbO++H2SO4 4==PbSO4 4+H2O PbO H2SO PbSO+ H2O–+ 2H 2PbSO4 4+2H++++44e- -==2Pb++2HSO4 4– e 2Pb 2HSO 2PbSO O2 2+4H++++44e- -==2H2O e 2H2O O+ 4H

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阀控式铅酸蓄电池早期失效的原因——电池本身的离散性是电池早期失效的根本原因

电极材料的配方制备、安装化成工艺的非稳定因素和不一致因素，导致了电池性能的离散性，这给电池的运行留下了失效的隐患。当性能不一致的电池组成一组电池并投入运行时，各电池的浮充电压会有很大差异。经长时间运行后，浮充电压高的电池因长期过充导致失水和极板腐蚀；反之，浮充电压低的电池因长期欠充导致容量损失和极板硫酸化。电池性能劣化有自加速的趋势。

2.25v 2.29v 2.24v 2.25v

2.23v 2.25v 2.24v 2.25v

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阀控式铅酸蓄电池早期失效的原因——电池运行环境将影响电池使用寿命运行中过充、过放，没有定期进行检测维护。阀控式铅酸蓄电池的“贫液”式设计，使得电池对环境温度非常敏感(每增加10℃,寿命减少一半),所以良好的运行环境非常重要。同时对充电机也提出了较高的要求，要求纹波小，并有温度补偿(3~5mV/℃ )。

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Ⅱ阀控式铅酸蓄电池运行维护

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蓄电池的失效机理及运行维护开口式铅酸蓄电池(GGF)阀控式铅酸蓄电池(VRLA)由于电池不同，各自的失效机理也大不相同，当然，维护和管理的方法也各不相同。电池类型开口式铅酸蓄电池阀控式铅酸蓄电池失效机理活性物质脱落极板腐蚀失水极板硫酸化等维护管理电压、液面密度温度、核对性放电加水、加酸电压、核对性放电更换

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铅酸蓄电池(FM)运行维护(1)对阀控式铅酸蓄电池的维护有严格的要求，切莫因“密封”、“免维护”而松懈。 1)经常检查项目①检测蓄电池端电压是否符合要求②连接处有无松动③极柱、安全阀周围是否有渗酸及酸雾溢出④电池壳体有无渗漏和变形 2)如有以下情况之一应进行充电①浮充电

压有二只以上低于 2.18V②放出 20%以上额定容量