辜先军



成都地铁1号线通信蓄电池的维护改进建议

辜先军

针对成都地铁1号线通信蓄电池的维护现状，从分析蓄电池劣化的原因和发展趋势着手，提出在蓄电池日常维护中内阻监测的重要性，并通过人工检测和在线监测的优缺点、性价比的分析比较，提出在1号线通信蓄电池的后期维护中引入在线监测系统的维护建议。

蓄电池；劣化；失效；内阻；在线监测

U231.7∶TM912。

图1　通信 UPS 系统供电示意图

0　引言

蓄电池作为电源系统的组成部分，起着储备电能、应付市电异常和特殊工作情况、维持用户系统正常运转的关键作用，是需要高可靠供电保障领域的最后一道防线。

阀控式密封胶体电池，由于采用了阀控式密封结构，不需要加酸、加水维护，无酸液、酸雾泄出，电解液呈胶状，可与设备同机房安装。由于其体积小、重量轻、自放电小、少维护、寿命长、使用方便、安全可靠等特点，深受用户欢迎。

1　通信用蓄电池的运行及维护现状介绍

1.1通信蓄电池及UPS系统介绍

成都地铁1号线通信系统蓄电池采用是 SEC 系列阀控密封式铅酸胶体电池，单体电池为 12 V/210 A·h，在20 ℃ 的工作环境下的设计寿命是 10 年，其与中达电通的不间断电源（UPS）主机系统一起构建了 UPS 系统，为通信各子系统及综合监控系统提供预定的不间断交流电能（图 1）

1.2蓄电池运行情况及维护现状介绍

成都地铁 1 号线通信蓄电池从 2010 年 9 月投入在线运行，至今已运行了 5 年有余，实践表明，蓄电池在投入运行的 2～3 年内性能稳定，随着充放电次数的增多和在线运行时间的增长，蓄电池逐渐步入劣化期是必然趋势，目前已经在倪家桥站的蓄电池组中发现了 1 个失效单体电池。同时，1 号线通信设备房在冬季或春夏过渡期机房环境温度都会大大超过 20 ℃ 的理想工作环境温度值，个别机房甚至常年维持在 30 ℃ 左右的环境温度，导致蓄电池内不必要的化学反应概率增加，这些因素都会加速蓄电池的劣化速度，缩短蓄电池的预期使用寿命。因此，在蓄电池进入衰退期如何及时发现蓄电池的劣化迹象或失效电池，防止出现由于没有及时发现劣化电池致使蓄电池劣化积累、加剧最终导致整组蓄电池报废的情况发生，是摆在维修人员面前需要迫切解决的问题。

1 号线通信蓄电池的预防性维护主要是定期人工对蓄电池进行放电测试并测试单体电池的电气特性：端电压和内阻，通过预防性维护能够发现劣化或失效的电池，但预防性维护周期为 1 年，在预防性维护周期之间，蓄电池组内部出现的单体电池失效又该如何发现、控制和处理呢？正在进行预防性维护的放电测试时，不排除市电停电的情况存在，这个时候如果市电突然停电，电池还能可靠地向通信系统供电达 4 h 吗？鉴于此，需要考虑改进目前的维护方式。

2　蓄电池的端电压、内阻与电池性能劣化的关联分析

2.1铅酸蓄电池的端电压等运行参数不能反映电池的容量特性

容量严重下降的电池，在整组浮充电的电池中，其浮充电压的区别不足以用来判断电池是否因容量降低而失效，很多早期性能劣化或早期失效的电池在浮充状态下表现出满意的端电压，一旦电池组进行放电，这些电池因为充电量少，端电压会很快跌落，并妨碍电池组的放电性能。电池组中失效电池过多造成电池组在系统需要电池供电时无法达到预定的启动电流从而起不到备份作用，这时可以从电池的端电压上很容易地发现劣化电池，但在实际应用中已为时已晚。

2.2铅酸蓄电池的内阻变化可以预示电池的内部与容量特性变化

蓄电池的性能与容量特性可以通过其内阻变化反映出来，以下是影响内阻变化的主要因素。

（1）腐蚀。随着栅板和汇流排的腐蚀，导致金属导电回路变化，使电池内阻增大。

（2）栅板钝化。长期使用导致活性物质腐蚀，栅板孔隙率增大，电解液供应量下降，栅板活性物质减少，使电池内阻增大。

（3）硫化。部分活性物质硫化，导致活性物质减少，涂膏的电阻亦增加。硫化消耗掉部分硫酸，使电解液的电阻率变大。这些都导致电池的内阻增大。

（4）失水。由于阀控密封铅酸蓄电池无法加水，失水后电解液供应不足，使电池内阻增大。

（5）制造缺陷。如铸铅和涂膏工艺不良，都可能导致较高的金属电阻和容量问题。

在其他已采用在线监测系统的案例中，通过在线监测系统所测试的 1 组存在有失效电池的蓄电池组的各单体电池内阻、端电压测试数据分析中，发现这样一种现象：各单体电池在浮充状态下的端电压差别不大，但测试内阻就发现失效电池与正常电池的数值差别很大。上述现象表明：电池性能已劣化的电池组，如果只是通过测试端电压是很难发现电池失效问题的。

多项研究和运行数据表明：准确、实时地监测蓄电池的内阻，可以在蓄电池失效前 3 个月，通过数据比较分析发现问题，为维护人员提供预警信息，并及时更换电池，帮助维护人员消除电池隐患。

3　蓄电池在线监测与人工检测的比较

结合以上的分析可以看出，蓄电池的测试与维护是一项防患于未然的工作，加强对蓄电池电气特性的监测，特别是加强对电池内阻值变化的监测，能够及时掌握电池的劣化状况和容量变化并采取相应措施，达到提高电池的后备保障能力和延长电池组的使用寿命的目的。电池内阻的监测主要是维护人员用测试仪表定期人工测试或利用自动测试系统中的内阻测试功能模块在线自动测试。

3.1人工检测存在的不足

（1）由于不同厂家的内阻测试仪准确度和抗干扰能力有很大差别，因此，测试值存在较大的差别，不利于技术人员对测试数据进行分析比较。

（2）测量夹子很难与电池极柱直接接触，测试值中含有夹子与极柱的接触电阻，每次产生的接触电阻不尽相同。

（3）除上述因素外，人工检测的准确度还会受其他诸多因素的影响。

（4）由于人工检测定期进行，很难及时发现劣化电池和失效电池。

（5）放电测试不但对电池有伤害隐患，而且存在放电测试过程中市电中断导致蓄电池放电时间不足的系统风险。

（6）人工检测工作周期长，费时费力，有人身触电伤害风险。

3.2在线监测的优点

（1）维护人员可以通过在线监测系统很方便地调看车站各单体电池的实时数据，由于测试数据是由同一套设备测试，因此，数据可靠性高，有利于维护人员分析了解电池的性能劣化趋势，有针对性地提前更换个别劣化失效电池，减少了因个别电池劣化未及时更换造成整组电池失效的可能，延长了电池组的寿命。

（2）在线监测可以不间断地监测电池的内阻、电压及温度等参数，一旦出现异常情况，系统会第一时间发出声光报警，提醒维护人员处理，避免了事故的发生，提高了 UPS 系统的安全性和可靠性。

（3）运用交流测试法，向电池内注入一个交流信号来测试电池内阻，无须蓄电池放电测试，对电池寿命无额外的影响。

（4）节约成本。蓄电池在线监测可以随时了解现场数据，减少了人工检测的工作量，人工费用和车辆费用大大减少。

表1　人工检测与在线监测的对比

（5）减少人员伤害事故。在线监测可以自动完成各项数据测试，无需人员到现场进行例行检测和接线，减少了人员伤害事故发生的可能性，同时也避免了人工检测对设备造成损坏的可能性。

4　蓄电池在线监测的性价比分析

目前，对蓄电池的内阻数据进行在线监测的测试值精准度已可以达到毫欧级，完全可以与离线式人工测量的精准度媲美，这是由于应用了如锁相、电导测试等技术的结果。1 号线每个车站通信蓄电池配置了 2 组蓄电池，每组蓄电池由 29 节电池串联，一共有 58 节蓄电池。表 1 就单站采用在线监测的性价比进行分析比较。

从表 1 可以看出，蓄电池投入在线监测维护方式后，其良好的性价比是显而易见的。

5　通信蓄电池在线监测系统的技术方案

5.1系统组网方案

目前各蓄电池在线监测设备制造厂家将内阻、电压、温度等监测功能模块集成到监测主机上，因此,蓄电池在线监测系统组网是比较简单方便的，

主机监测线缆连接到蓄电池相应只需在设备房内将监测极柱上即可实现数据监测，同时为了便于集中管理和远程查看，利用1 号线传输设备丰富的以太网资源，可将监测主机通过TCP/IP 接口与设在控制中心的上位机，组成 1 个小型的局域网，实现远程的日常数据监测管理。具体的系统组网方案见图 2。

5.2系统功能

配置的蓄电池在线监测系统应该具有以下基本功能。

（1）可以测试单体电池的内阻、电压和温度，以及电池组电压；对电池的各项参数可以设定上下门限并在电池参数超过门限值时系统自动发出声光报警提示。

图2　成都地铁 1 号线通信蓄电池在线监测系统组网方案

（2）测试数据可以在本地存储查看，也可以由系统上位机以定期轮询方式收集各站的测试数据，存储在数据库中，以备维护人员随时调看，而且系统具备自动导出测试数据功能。

6　结束语

对蓄电池组进行在线监测可使电池的寿命达到最长，接近设计寿命甚至超过设计寿命，通过有效的监测确保无需过早地更换蓄电池组，对劣化电池进行早期觉察，维护人员可以有足够地应对时间来对蓄电池进行有针对性的更换，同时在线监测采集的大量测试数据，为设备维护管理决策提供科学有效的数据依据。

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2009-12-06）[2015-04-20]. http://www.docin.com/ p-36253331.html.

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《现代城市轨道交通》编辑部

Suggestion on Maintenance Improvement of Communication Battery on Chengdu Metro Line 1

Gu Xianjun

Aiming at the current maintenance situation of the communication battery on Chengdu metro line 1, the paper starts from the analysis of the causes and the development trend of battery deterioration, puts forward the importance of monitoring the resistance in the battery in the daily maintenance work and makes comparison and analysis of manual inspection and on-line monitoring, cost-effectiveness and the advantages and disadvantages. The paper puts forward suggestions on maintenance of communication battery in the late period maintenance of the introduced online monitoring system on Line 1.

battery, deterioration, failure, internal resistance, online monitoring。

辜先军：成都地铁运营有限公司自动化监控中心，工程师，四川成都 610000

2015-05-11责任编辑 冒一平