城市轨道交通行业电池的使用与维护_杨斌.pdf

第 53 卷 第 2 期2023 年 4 月电池BATTERY BIMONTHLYVol.53,No.2Apr.,2023作者简介:杨 斌(1983-),男,湖南人,长沙市轨道交通集团有限公司工程师,研究方向:地铁设备设施运营管理,通信作者;罗盎捷(1996-),男,湖南人,长沙市轨道交通集团有限公司工程师,研究方向:地铁设备设施供电技术;曾 旺(1996-),男,湖南人,长沙市轨道交通集团有限公司工程师,研究方向:地铁建筑技术;万 伟(1990-),男,江西人,长沙市轨道交通集团有限公司工程师,研究方向:地铁设备设施供电技术。DOI:10.19535/j.1001-1579.2023.02.017城市轨道交通行业电池的使用与维护杨 斌,罗盎捷,曾 旺,万 伟(长沙市轨道交通集团有限公司,湖南 长沙 410001)摘要:使用与维护的规范化管理,有利于提升城市轨道交通行业电池的安全、延长使用寿命。对使用与维护现状进行分析,剖析城市轨道交通行业电池使用与维护中存在的安全风险大、成本高和缺乏维护标准等问题,结合实际经验,给出电池容量测试、核对性放电测试的技术参数建议和更换标准建议,提出采购和回收的优化方式,对使用与维护给出优化建议。关键词:城市轨道交通;电池;维护中图分类号:TM912.1,TM912.9 文献标志码:A 文章编号:1001-1579(2023)02-0196-03Use and maintenance of batteries in urban rail transit industryYANG Bin,LUO Ang-jie,ZENG Wang,WAN Wei(Changsha Metro Group Co.,Ltd.,Changsha,Hunan 410001,China)Abstract:The standardized management of use and maintenance was conducive to improving safety of batteries in the urban rail transit industry and extending service life.The current situation of use and maintenance was analyzed.The problems of high safety risks,high costs and lack of maintenance standards in the use and maintenance of batteries in the urban rail transit industry were analyzed.Based on actual experience,the technical parameter recommendations and replacement standards recommendations for battery capacity testing and verification discharge testing were provided,the optimization methods for the procurement and recycling were proposed.Optimization suggestions were provided for the use and maintenance.Key words:urban rail transit;battery;maintenance 电池在城市轨道交通系统的车辆、自动化、通信和机电等方面得到广泛应用。电池一般为组合使用,寿命受环境温度、使用率等外部因素影响较大,应根据使用环境进行综合判断。电池的维护保养及更换策略会直接影响城市轨道交通的运营成本。城市轨道交通用电池主要为阀控式铅酸(VRLA)电池、镉镍电池和锂离子电池等,标称电压为 1.224.0 V,目前使用广泛的是 VRLA 电池。电池可分为储能型和动力型,其中储能型占 90%以上。储能型电池主要用于车站或场段通信、信号和票务等设备的不间断电源(UPS)及电客车、变电系统等设备的控制系统;动力型电池主要用于工程车、叉车动力,部分城市地铁电客车实现了电池应急牵引。城市轨道交通电池体量大,各城市轨道交通运营单位在电池使用与维护过程中面临规范化管理的挑战,因此,本文作者对相关工作进行分析、讨论。1 使用与维护存在的问题1.1 安全风险大城市轨道交通电池主要供地下车站机房、工程车动力等使用,工作环境中存在振动、灰尘、高温等影响电池性能的因素。电池存在漏液、鼓包、短路等常见的问题,严重时会引发电池起火,造成恶性事件。1.2 无相应维护标准城市轨道交通行业内暂未建立相应的维护标准,目前各城市轨道交通运营单位主要是参考 DL/T 7242021电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程1、YD/T 1970.102009通信局(站)电源系统维护技术要求 第 10 部第 2 期杨 斌,等:城市轨道交通行业电池的使用与维护分:阀控式密封铅酸蓄电池2等相关标准。1.3 运营成本高电池组中单个电池的故障会影响整组电池的性能。电池投入使用 5 a 左右后,陆续每年会有 5%10%出现外观问题或内阻超标或容量降低等问题。各地铁公司线网化运营(4 条线路以上)每年的电池采购成本超过 1 000 万元。电池的日常检修维护中,常见的维护周期与内容如表 1所示。城市轨道交通运营单位需要配备足够数量的员工来满足维护保养的要求,而电池占用了城市轨道交通运营单位大量的采购成本和维护保养人工成本。表 1 维护的周期与内容Table 1 Cycle and contents of maintenance周期维护内容月检外观检查、运行状态检查;清洁电池箱体季检包括月检内容;测量单体浮充端电压半年检、年检包括季检内容;电池内阻测试(核对性实验前后);核对性实验、容量测试(使用超过 6 a 的电池)三年检包括半年检或年检内容;容量测试(使用未超过 6 a 的电池)1.4 维护过程中遇到的问题1.4.1 电池种类多目前,城市轨道交通电池各类品牌高达几十、上百种,质量参差不齐,设计寿命 815 a,实际使用寿命很难达到 10 a以上。城市轨道交通站点分散,信号、通信和票务等系统用电池的规格容量多种多样,检修维护工作量较大。1.4.2 维护难度高城市轨道交通行业内电池的维护作业主要是人工定期巡检(季检、半年检和年检等),通过手持式测量仪器或在线式测量仪器,测量电压、内阻等关键参数,费时费力,周期长,容易存在维护盲点,不能及时发现安全隐患。电池的性能与工作环境、充放电参数、电池日常管理等因素相关,技术上存在欠充、过充电、过放电、长期浮充、充电参数不合理、新旧电池混用和未合理设置充放电保护等情况,对作业人员的要求较高,目前人员技术水平有一定差距。2 城市轨道交通电池的检修维护2.1 降低使用安全风险城市轨道交通电池使用环境恶劣,针对电池使用环境存在振动、灰尘、高温和潮湿等情况,建议定期对电池箱体、电池设备房开展外观检查、环境清洁、螺栓紧固和温湿度测量等工作,减少电池运行环境中的不利因素,保障安全运行。2.2 运营维护建议城市轨道交通行业内,各公司均投入使用大量电池,电池使用与维护成本、更换成本巨大,但暂未建立相对应的电池维护标准,而切实可行的维护标准及实验标准,对降低使用与维护成本、减少运行风险有很重要的作用。对于一般维护标准,表 1 的维护周期与内容参考文献2,可满足城市轨道交通行业的电池维护,现针对电池的容量测试、核对性放电实验、更换建议、备用电池的维护等提出如下建议。2.2.1 容量测试建议容量测试是将电池组按规定进行充电,电池充满容量后,按规定的电流进行恒流放电,直到放到规定的终止条件为止,并按式(1)计算电池容量(C,Ah)。C=Ift(1)式(1)中:If为恒流放电的电流,A;t 为放电时间,h。设备中仅有一组的电池,容量测试需放出额定容量的50%;有两组或多组的电池,需放出额定容量的 80%。电客车、工程车和变电专业用电池,每年进行一次容量测试;其他专业的新电池组,每 3 a 进行一次容量测试,使用达到 6 a 的电池组,每年进行一次容量测试。容量测试时,应每小时测量并记录电压一次,在放电末期应随时测量,以确定电池放电到终止电压的准确时间。表 2 容量测试建议Table 2 Capacity test recommendations电池类型额定电压/V恒流值时间/h放电终止电压/V镉镍1.20.2I141.0铅酸2.0I1081.8铅酸2.0I541.75铅酸6.0I545.7铅酸12.0I10810.82.2.2 核对性放电测试建议核对性放电测试是指为了检验正常运行中的电池组的实际容量,将电池组脱离运行,按规定的电流进行恒流放电,直放到规定的终止条件为止,容量计算公式同式(1)。核对性实验放出额定容量的 30%40%。通信、信号、自动化和票务用电池,每半年进行一次核对性放电实验;需进行容量测试的年份,仅需进行一次核对性放电实验。机电专业用电池,每年进行一次核对性放电实验;需进行容量测试的年份,可不进行核对性放电实验。核对性放电实验时,应每小时测量并记录电压一次,在放电末期应随时测量,以确定电池放电到终止电压的准确时间。2.2.3 电池更换建议2.2.3.1 城市轨道交通车辆电池电池发生外壳形变、鼓胀、漏液和极柱腐蚀严重等情况,应更换;容量测试时,在规定放电时间内单体电池电压提前下降至放电终止电压,应更换;更换单只电池时,应选择同品牌、同型号(或该型号的升级型号)且参数相同的电池。更换单只电池时,更换进电池组的电池浮充状态 24 h后,各电池之间的端电压差应符合以下要求:电池组由不多于 24 只 2 V 电池组成时,各电池之间的端电压差不大于90 mV;电池组由多于 24 只 2 V 电池组成时,各电池之间的端电压差不大于 200 mV;标称电压为 6 V 的电池,各电池之间的端电压差不大于 240 mV;标称电压为 12 V 的电池,各电池之间的端电压差不大于 480 mV。2.2.3.2 车站储能型电池单只电池更换标准:电池发生外壳形变、鼓胀、漏液和极柱腐蚀严重等情况,应更换;放电实验时,在规定放电时间内791电池BATTERY BIMONTHLY第 53 卷单体电池电压提前下降至放电终止电压,应更换;更换单只电池时,应选择同品牌、同型号(或该型号的升级型号)且参数相同的电池。更换单只电池的要求及技术标准,可参考城市轨道交通车辆电池更换单只电池的标准执行。电池组的更换标准:电池组按容量测试方法计算出的容量低于额定容量的 80%,或实际放电时间低于设计放电时间,应更换整组电池。在一次放电实验中,同组电池需更换的电池数量比例高于 30%时,应更换整组电池。当更换电池组中单只或多只电池时,没有与原电池同品牌、同型号(或该型号的升级型号)的电池备件时,应更换整组电池。2.2.4 备用电池的维护建议备用电池应贮存于清洁、通风良好、干燥(环境温度在1030、相对湿度应保持在 20%80%)的环境中;避免阳光直射,距离热源不得小于 2 m;并将电池正确放置(电池极柱、安全阀应垂直于放置平台),避免电池漏液,且避免与任何有毒气体、有机溶剂接触。每年清洁一次电池表面,避免灰尘积聚;切勿使用干燥的化纤织物擦拭,以免引起静电放电事故。电池应在满充电状态下进行储存,为弥补储存期间的自放电,各专业备用电池至少每 6 个月应进行一次充电,防止因长期欠充导致报废。备用电池重新配组时,开路电压参照 GB/T 19638.12014固定型阀控式铅酸蓄电池 第 1 部分:技术条件3执行。2.3 其他建议建议城市轨道交通行业各运营单位明确电池维护作业的周期及内容,明确关键参数、实验步骤和相关技术条款,并组织专门的维护工作人员进行培训,提高维护人员技术水平,降低电池