鉛酸蓄電池壽命評估及延壽技術

1概述
１.１ 鉛酸蓄電池發展概況
１.１.１ 鉛酸蓄電池技術發展概況
１.１.２ 鉛酸蓄電池在我國的發展
１.１.３ 變電站用鉛酸蓄電池發展歷程
１.２ 變電站直流電源系統概況
１.２.１ 變電站直流電源系統組態標準
１.２.２ 變電站直流電源系統技術要求
１.２.３ 閥控式密封鉛酸蓄電池直流系統特點
１.３ 鉛酸蓄電池在變電站應用現狀
１.３.１ 站用鉛酸蓄電池概況
１.３.２ 南方電網站用鉛酸蓄電池抽檢情況

２ 鉛酸蓄電池基礎知識
2.１ 鉛酸蓄電池的工作原理
２.２ 鉛酸蓄電池的基本構造
２.２.１ 正、負極板
２.２.２ 隔板
２.２.３ 正、負極柱
２.２.４ 安全閥
２.２.５ 電解液
２.２.６ 電池槽和電池蓋
２.３ 鉛酸蓄電池的製造工藝
２.４ 鉛酸蓄電池的性能參數及特點
２.４.１ 鉛酸蓄電池性能參數
２.４.２ 鉛酸蓄電池性能特點
２.５ 變電站用鉛酸蓄電池
２.５.１ 鉛酸蓄電池型號及字母含義
２.５.２ 變電站用鉛酸蓄電池主要名詞術語
２.５.３ 變電站用鉛酸蓄電池技術指標

３ 鉛酸蓄電池的浮充壽命
３.１ 迴圈壽命與浮充壽命
３.２ 鉛酸蓄電池浮充壽命的影響因素
３.２.１ 浮充電壓
３.２.２ 環境溫度
３.２.３ 正極板柵的腐蝕
３.２.４ 負極極板硫酸鹽化
３.２.５ 失水控制
３.２.６ 熱失控
３.２.７ 犃犌犕隔板彈性疲勞
３.２.８ 均充電壓
３.２.９ 蓄電池的不一致性
３.３ 變電站用鉛酸蓄電池壽命曲線
３.３.１ 站用鉛酸蓄電池歷史運維資料總體情況分析
３.３.２ 站用鉛蓄電池內阻和浮充電壓資料分析
３.３.３ 站用鉛酸蓄電池核容資料分析
３.３.４ 高溫加速浮充老化實驗

４ 站用鉛酸蓄電池的典型失效模式
４.１ 鉛酸蓄電池的常見失效方式
４.１.１ 正極板柵腐蝕
４.１.２ 正極活性物質軟化脫落
４.１.３ 負極硫酸鹽化
４.１.４ 電解液乾涸
４.１.５ 熱失控
４.１.６ 微短路
４.１.７ 匯流排腐蝕
４.１.８ 電池漏液
４.２ 站用鉛酸蓄電池的典型失效模式分析
４.２.１ 失效蓄電池基本資訊
４.２.２ 失效蓄電池電極電位分析
４.２.３ 失效蓄電池解剖分析
４.２.４ 失效蓄電池的材料分析
４.２.５ 站用犞犚犔犃電池典型失效模式分析

５ 鉛酸蓄電池線上監測及核容技術
５.１ 鉛酸蓄電池傳統維護技術
５.１.１ 鉛酸蓄電池傳統維護措施
５.１.２ 鉛酸蓄電池傳統維護技術
５.１.３ 鉛酸蓄電池傳統維護技術的不足
５.２ 鉛酸蓄電池線上監測技術
５.２.１ 鉛酸蓄電池實現線上監測的意義
５.２.２ 鉛酸蓄電池線上監測技術現狀
５.３ 鉛酸蓄電池線上核容技術
５.３.１ 線上快速容量測試法（蓄電池容量分析儀）
５.３.２ 電導（內阻）測量法（電導測試儀）
５.３.３ 線上安時法
５.３.４ 建模法
５.４ 鉛酸蓄電池線上監測／核容／壽命預測系統實例
５.４.１ 系統架構
５.４.２ 系統功能
５.５ 蓄電池線上監測技術發展趨勢

６ 鉛酸蓄電池檢測技術
６.１ 鉛酸蓄電池的標準
６.１.１ 國家標準
６.１.２ 行業標準
６.１.２ 團體標準
６.２ 鉛酸蓄電池檢測標準比較
６.３ 鉛酸蓄電池檢測與品質評價方法
６.３.１ 外觀與結構
６.３.２ 電池材料
６.３.３ 單體蓄電池性能
６.３.４ 蓄電池組性能
６.３.５ 檢驗規則

７ 鉛酸蓄電池本體參數對浮充壽命的影響研究
７.１ 正極板柵合金的影響
７.２ 正極板柵合金投鉛量的影響
７.３ 匯流排合金的影響
７.４ 裝配壓縮比的影響
７.５ 安全閥壓的影響
７.６ 電解液密度的影響
７.７ 電解液飽和度的影響
７.８ 蓄電池中雜質含量的影響
７.８.１ 鐵離子的影響
７.８.２ 氯離子的影響

８ 鉛酸蓄電池運維工況對浮充壽命的影響
８.１ 環境溫度的影響
８.２ 浮充電壓的影響
８.３ 電池一致性的影響
８.４ 存儲條件的影響

９ 鉛酸蓄電池修復再生技術
９.１ 鉛酸蓄電池修復再生技術概況
９.１.１ 常見的蓄電池修復方法
９.１.２ 蓄電池修復的意義
９.２ 鉛酸蓄電池單體修復再生
９.２.１ 修復試驗
９.２.２ 修復效果驗證
９.２.３ 修復機理分析
９.３ 整組鉛酸蓄電池修復再生
９.３.１ 修復流程
９.３.２ 修復案例

參考文獻

隨著變電站自動化、智慧化的程度越來越高以及值守無人化的推廣，變電站直流電源承擔的角色越來越重要。在變電站中，直流系統的蓄電池組與充電機並聯，一起對繼電保護、自動裝置、自動化設備、斷路器跳合閘機構等重要的直流負荷進行供電，當交流失電時，充電機不能輸出直流電，蓄電池組作為唯一的直流電源對直流負荷進行供電。緊急情況下的蓄電池失效將可能導致變電站的重大運運行事故。因此，蓄電池組是直流電源系統的核心，其性能品質關係整個變電站的安全穩定運行。近年來發生了多起蓄電池故障引起的變電站全站失壓事件，影響惡劣。此外，蓄電池組的使用壽命普遍縮短，遠遠低於１０～１２年的設計使用壽命，也引起了電網人的重視。

銅酸蓄電池作為變電站主要的備用電源，卻歷來是電網研究的薄弱點，也是基層運維人員維護的難點。一方面由於蓄電池平時都處於待命狀態，真正發揮作用的機會不多，很容易被忽略；另一方面蓄電池核容時間長，工作量大，且兩次核容間隔的時間過長，中間留下很長的電池健康狀態空白期。日常巡檢僅靠巡檢儀記錄蓄電池單體電壓，不能準確、有效地反映電池實際情況。為了延長蓄電池的使用壽命和提高使用可靠性，南方電網組織對變電站用銅酸蓄電池進行了研究。

本書基於設備全生命週期管理理念，在對變電站用銅酸蓄電池壽命曲線和典型失效模式研究的基礎上，對影響蓄電池浮充壽命的各種本體參數、運維工況進行分析，對蓄電池線上監測及核容技術、檢測技術、修復再生技術也進行了介紹。

內容覆蓋蓄電池全生命週期，對蓄電池設備採購過程中的品質控制、運行過程中的維護管理、退役後的修復利用具有參考意義。
 
全書共分九章，第１章介紹了銅酸蓄電池發展概況、變電站直流電源系統概況和銅酸蓄電池在變電站應用現狀；第２章介紹了銅酸蓄電池的基礎知識，包括工作原理、基本構造、製造工藝、性能參數和特點等；第３章介紹了鉛酸蓄電池浮充壽命的影響因素，並結合歷史資料和加速老化試驗結果對變電站用蓄電池的壽命曲線進行分析；第４章介紹了鉛酸蓄電池常見的失效模式，以及變電站直流電源特定應用場景下的典型失效模式；第５章介紹了鉛酸蓄電池線上監測技術、在線核容技術以及發展趨勢；第６章在分析比較蓄電池檢測標準的基礎上，提出了一套檢測與品質評價方法；第７章介紹了蓄電池本體參數對浮充壽命的影響，包括正極板柵合金、投鉛量、匯流排合金、裝配壓縮比、安全閥壓、電解液密度、電解液飽和度和雜質含量等；第８章介紹了鉛酸蓄電池運維工況對浮充壽命的影響，包括環境溫度、浮充電壓、電池一致性和存儲條件等；第９章介紹了銅酸蓄電池修復再生技術，特別是一種高分子材料修復液技術的應用效果和案例。書中內容主要出自作者及其團隊的研究成果，研究工作和本書的出版由南方電網公司重點科技項目（K-GD２０１４-１６５））資助。

廣東電網有限責任公司電力科學研究院的鐘國彬編寫了第１～９章，並對全書進行了校核，陳天生參與了第１章的編寫，王超博士參與了第６章的編寫；廣東電科院能源技術有限責任公司的蘇偉、魏增福參與了第１～３章的編寫，並對研究提供了大量的技術支撐；浙江南都電源動力股份有限公司的陳冬博士參與了第４、７、８章的編寫；合肥工業大學的劉新天研究員參與了第５章的編寫；廣州泓淮能源科技有限公司的黃尚南為第９章的編寫提供了案例資料。在編寫過程中，作者參閱了大量國內外鉛酸蓄電池有關的論文、專著和資料，在此對這些論文、專著和資料的作者和編者們表示感謝。

限於編者水準，書中難免存在不妥之處，敬請廣大讀者批評指正，並給予諒解。

編者
２０１８年