摘要：文章針對閥控密封鉛酸蓄電池在使用過程中普遍存在的漏液現(xiàn)象，從工作原理及應(yīng)用現(xiàn)狀方面進行分析和探討，并提出了提高電池密封性能的改進意見和方法。
關(guān)鍵詞：閥控密封鉛酸蓄電池；漏液；電池槽蓋；安全閥；極柱端子
1引言?
?? 閥控密封鉛酸蓄電池是70年代末開發(fā)的一種新型蓄電池，在通信和電力等行業(yè)被廣泛用作備用電源，在我國已有十多年的歷史，由于具有少維護，無腐蝕、無污染等優(yōu)點，受到越來越多客戶青睞，現(xiàn)已基本取代了防酸隔爆和鎳鎘固定型電池。但在使用過程中也暴露出一些問題，如個別蓄電池壽命偏短、浮充電壓低和漏液等，特別是漏液現(xiàn)象很普遍。
2蓄電池組成及工作原理
2.1組成
?? 閥控密封鉛酸蓄電池主要由正負(fù)極極群、電解液、隔板、電池槽蓋、安全閥和極柱端子等零部件組成。
2.2工作原理
?? 由于正負(fù)極放電產(chǎn)物都是硫酸鉛，因此又稱為雙極硫酸鹽理論。在充電后期還存在水電解反應(yīng)，有一定量的氣體產(chǎn)生。在普通鉛酸電池中由于有氣體產(chǎn)生無法密封，因此要想實現(xiàn)密封必須抑制或消除H2和O2。通過在負(fù)極極板材料中加入鈣金屬提高了H2析出的電位，使電池在正常充電下不產(chǎn)生H2。同時采用貧液緊裝配技術(shù)，使正極O2很容易到達(dá)負(fù)極,發(fā)生如下反應(yīng)O2得到消除：
3電池漏液現(xiàn)象分析
3.1電池漏液與電解液量的關(guān)系
?? 密封電池設(shè)計的一個基本原理就是采用貧液技術(shù)，使正極產(chǎn)生的O2通過電池內(nèi)循環(huán)在負(fù)極上得到最大程度的復(fù)合吸收，以此完成電池內(nèi)部氣體的再化合，維護電解液中水的平衡，從而使得電池得以密封。如果電解液量過多，會使內(nèi)部氣體再化合通道受阻，電池內(nèi)部氣體增多，壓力增加，容易在電池密封處的缺陷部位產(chǎn)生漏液。因此電池的加酸量一定要適量。就密封電池10 h放電率放電而言，一般控制電解液密度為1.10，放電前電解液密度為1.30，根據(jù)電池反應(yīng)可以計算出每Ah電池最少用酸量。放電前所需的純H2SO4量為：W(H2SO4)=V·d·m，純H2O量為：W(H2O)=V·d(1-m)，放電后所需的純H2SO4量為：W(H2SO4)=V·d·n-3.36。
??? 注：每放出1 Ah電量，消耗純H2SO4 3.66 g、生產(chǎn)水0.67 g。
式中d——放電開始時電解液密度，為1.30；
m——放電開始重量百分比濃度，為38%；
n——放電后重量百分比濃度，為16%；
V——用d濃度的硫酸體積。?
????要想做到貧液就要保證所需電解液必須完全吸附在隔板中，并且還有部分氣體通道，一般每Ah加入玻璃纖維隔板17 g，每g隔板飽和吸酸量為0.8 ml。因此最大吸酸量為13.6 ml，保證密封隔板吸酸量最大不能超過95%，一般為92%，即最大加酸量為12.5 ml，加酸量應(yīng)控制在10.9～12.5 ml之間。
3.2電池易漏部位分析
通過長期使用觀察，發(fā)現(xiàn)電池易漏部位主要在電池槽蓋之間密封處、安全閥處、極柱端子密封處。各部位產(chǎn)生漏液原因各不相同，應(yīng)進行全面分析后采取相應(yīng)措施解決。
3.3電池槽蓋密封方法
電池槽蓋密封一般采用環(huán)氧膠粘密封和熱熔密封2種方法。相對而言，熱熔密封效果較好，方法是通過加熱使電池槽蓋塑料（ABS或PP）熱熔后加壓熔合在一起。如果熱熔溫度和時間控制好，并且密封處干凈無污物，密封是可靠的。對熱熔密封漏液電池解剖觀察，密封處存熱熔層，有蜂窩狀沙眼，不是很致密，由于電池內(nèi)部存在O2，在一定氣壓下，O2帶著酸霧沿沙眼通道產(chǎn)生漏液。環(huán)氧膠粘接密封漏液較多，特別是臥放電池。如果環(huán)氧膠配方和固化條件控制好，可以實現(xiàn)密封。經(jīng)過對漏液電池解剖發(fā)現(xiàn)，密封膠與殼體粘接是界面粘接，結(jié)合力不大，容易脫落，漏液處有缺膠孔或龜裂。由于環(huán)氧膠流動性較差（特別是低溫固化）易造成密封槽某些局部沒有填滿膠，產(chǎn)生漏液通道，龜裂（細(xì)小裂紋）主要發(fā)生在架柜臥放電池中，由于重力作用，架柜變形使電池密封膠層受力，環(huán)氧膠固化又很脆，在外力作用下，容易產(chǎn)生龜裂造成漏液。
3.4安全閥漏液原因分析
??? 安全閥在一定壓力下起密封作用，超過規(guī)定壓力（開啟壓力）時安全閥自動打開放氣，保證電池安全，造成安全閥漏液主要原因如下。
a. 加酸量過多，電池處于富液狀態(tài)，致使O2再化的氣體通道受阻，O2增多，內(nèi)部壓力增大，超過開啟壓力，安全閥開啟，O2帶著酸霧放出，多次開啟，酸霧在安全閥周圍結(jié)成酸液。
b. 安全閥耐老化性差，使用一段時間后，安全閥的橡膠受O2和H2SO4腐蝕而老化，安全閥彈性下降，開啟壓力下降，甚至長期處于開啟狀態(tài)，造成酸霧，產(chǎn)生漏液。
3.5極柱端子漏液原因分析
??? 極柱端子密封的普遍方法是：先將極柱同電池蓋上的鉛套管焊接在一起，再灌上一層環(huán)氧密封膠密封。電池在安裝使用1 a以上就有個別電池極柱端子產(chǎn)生漏液，使用3～5 a端子漏液就較多了，并且正極比負(fù)極嚴(yán)重，這是目前國內(nèi)密封電池普遍存在的問題。通過解剖發(fā)現(xiàn)極柱端子已被腐蝕，H2SO4沿著腐蝕通道在內(nèi)部氣壓作用下，流到端子表面產(chǎn)生漏液，也叫爬酸或滲漏，端子腐蝕原因是在酸性條件下O2腐蝕所致：
正極：Pb+O2+4H+→PbO+H2O
負(fù)極：Pb+O2+ H2SO4→PbSO4+H2O
腐蝕產(chǎn)生的PbO和PbSO4都是多孔狀，H2SO4在內(nèi)部氣壓作用下，沿著腐蝕孔爬到外面而漏液。相對而言，腐蝕速度比較緩慢，因此要在使用較長一段時間才產(chǎn)生漏液，同時正極腐蝕速度大于負(fù)極，因此正極漏液嚴(yán)重。由于焊接一般采用的是乙炔氧氣氣體焊接，焊時極柱表面形成一層PbO，PbO很容易同H2SO4反應(yīng)更加快了腐蝕速度，縮短了漏液時間。架柜臥放硬連接安裝方式的電池更容易產(chǎn)生漏液，由于電池重力作用架柜橫梁變形，硬連接會使端子受力，密封膠層易脫離，更易漏液。
4電池漏液解決措施
4.1電池槽蓋漏液解決措施
a. 對于熱熔密封電池要嚴(yán)格控制熱熔溫度和時間，并保持熱熔表面干凈整潔。
b. 將熱熔和膠粘劑密封相結(jié)合，先采用熱熔密封，再用密封膠密封。
c. 對于環(huán)氧膠密封，應(yīng)建立高溫固化室，使環(huán)氧膠更好地固化。
d. 選用溶解類的密封膠進行密封，如ABS塑料電池槽蓋采用丙烯脂類密封膠，使電池槽蓋溶為一體，密封更加可靠。
4.2安全閥漏液解決措施
a. 采用耐老化的橡膠（如氟橡膠）制作安全閥，延長耐老化時間。
b. 定期更換安全閥，保證安全閥的可靠性，一般3 a更換一次較為適宜。
c. 改變安全閥結(jié)構(gòu)，使其開啟壓力可調(diào)。目前柱式安全閥是較為完美的結(jié)構(gòu)，柱式安全閥使用的橡膠較多，耐老化性能好，同時壓力可調(diào)，發(fā)現(xiàn)老化（開啟壓力下降）可適當(dāng)調(diào)整，增加開啟壓力，保證其密封性。
4.3極柱端子漏液解決措施
a. 采用惰性氣體保護性焊接（如氬弧焊）使焊接面不被氧化，延緩腐蝕速度。
b. 加高極柱端子，延長密封膠層高度，延長腐蝕漏液時間。
c. 取消焊接密封方式，采用橡膠壓緊密封，阻斷O2通道，延緩腐蝕速度。如果極柱端子密封高度設(shè)計合理，在電池使用壽命期可以實現(xiàn)不漏液。
?
基本概念
波在介質(zhì)中傳播時不斷向前推進，故稱行波。
行波測距式距離保護原理
1引言
高壓輸電線路是電力系統(tǒng)的命脈。線路發(fā)生故障后能快速地切除故障線路并及時找到故障點加以修復(fù)，是繼電保護工作者孜孜以求的目的。
然而迄今為止，輸電線路保護無論是利用工頻分量還是暫態(tài)高頻分量，都只能判斷出故障發(fā)生的區(qū)域，只能達(dá)到切除故障的目的。微機距離保護雖然能給出故障距離，但因精度不高不能滿足生產(chǎn)需要，要及時找到故障點對線路加以修復(fù)仍需要配備專門的故障測距裝置，兩個裝置有很多相似的功能模塊，使得線路投資增加，裝置的作用得不到充分發(fā)揮。
行波距離保護由于采用輸電線路故障后的行波，使得保護裝置具有超高速動作的特性；而且利用行波折反射的特點可以精確地計算出故障距離，并同時兼作保護動作判別量和測距輸出結(jié)果，即集保護和測距為一體，有效解決了以上問題，因而行波距離保護裝置的研究極具實用價值。
利用行波進行故障測距［1］的方法早在20世紀(jì)50年代就已被提出，并在實際中得到應(yīng)用。70年代末，G．W．Swift等指出了行波頻率與故障距離之間的關(guān)系［2］。1983年,P.A.Crossly等人提出了利用相關(guān)算法計算行波傳播時間進而求得故障距離，通過對故障距離和被保護線路長度的比較決定保護是否動作的行波距離保護方案［3］。1989年，我國學(xué)者根據(jù)輸電線路故障行波的特征，提出了行波特征鑒別式距離保護［4］，該保護首先利用行波的特征，判斷出故障發(fā)生的區(qū)間，若判斷為正方向區(qū)內(nèi)故障，再進一行波特征鑒別式距離保護。來源:www.tede.cn
早期行波測距式距離保護的主要不足之處在于：①沒有指出正方向區(qū)外故障時保護誤動的問題；②采用相關(guān)算法提取與初始正向行波對應(yīng)的反向行波誤差較大，距離計算精度不高；③由于相關(guān)算法的實質(zhì)是比較兩波形的相似性，因而受線路參數(shù)的影響較大，當(dāng)線路為有損或接地電阻較大時，V－、V＋波形的相關(guān)性降低；④靈敏度不高，要求V－和V＋信號有足夠的能量，以保證能被正確檢測。其后的研究者對行波測距式距離保護方案存在的問題提出了解決的方法［5］，并對這一原理的實現(xiàn)做了進一步的補充［6］，但因其結(jié)果不能滿足實際要求，最終沒有在實際系統(tǒng)中得到應(yīng)用。
近年來，國內(nèi)學(xué)者將現(xiàn)代電子技術(shù)和新興數(shù)學(xué)工具用于行波測距，使得測距精度大大提高［7，8］。行波測距裝置的成功應(yīng)用無疑為進一步研制行波測距式距離保護打下了良好的基礎(chǔ)。
小波變換是近年來大量應(yīng)用于工程計算的一種新的數(shù)學(xué)工具。實際工作表明［7，9，10］：利用小波變換提取行波信號中的故障信息不僅可以使保護的靈敏度和抗干擾能力大大提高，而且可使其不受工頻分量和線路參數(shù)等的影響。同時，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，高速數(shù)據(jù)采樣和處理的應(yīng)用也為行波測距式距離保護的計算精度提供了保證。
2行波測距式距離保護的基本原理
行波測距式距離保護是根據(jù)A型故障測距原理［1］實現(xiàn)的。如圖1所示，當(dāng)輸電線路F點故障時，故障點會產(chǎn)生向線路兩端傳播的行波。設(shè)故障點的故障附加電壓為uf，當(dāng)行波沿輸電線路傳播到達(dá)M點時（設(shè)故障發(fā)生在0時刻），向母線方向運動的反向行波為
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式中τm為行波在檢測母線M和故障點F之間的傳播時間。由于阻抗不連續(xù)，行波在M點發(fā)生折反射現(xiàn)象。設(shè)其電壓反射系數(shù)為kfm，則其向著故障點方向運動的正向行波為
同理，在故障點處行波將再次發(fā)生折反射，到達(dá)M端的反射波為
式中kff為電壓行波在故障點處的反射系數(shù)。因此若在檢測點能夠檢測到初始正向行波和故障點反射行波，則其時間差2τm與故障距離d滿足
式中v為行波的傳播速度。用網(wǎng)格圖可以更清楚地看到這一關(guān)系。
設(shè)線路全長為L，當(dāng)d＞L時，判斷為外部故障；當(dāng)d＜L時，判斷為內(nèi)部故障，這就是行波測距式距離保護的基本原理。
3行波測距式距離保護的動作特性分析
行波傳播受對端母線、背側(cè)相鄰母線的影響，因而行波測距式距離保護在正方向區(qū)內(nèi)、區(qū)外及反方向故障時的動作情況不盡相同。仍以圖1所示線路為例，設(shè)在線路MN的M端裝設(shè)行波距離保護，首先對區(qū)內(nèi)故障的動作情況進行分析。
(1)區(qū)內(nèi)故障
1)故障距離d＜L/2
當(dāng)故障距離小于L/2時，若不考慮相鄰母線的影響，則如式(1)～(4)所示，保護應(yīng)測得實際故障距離，裝置正確動作。
2)故障距離d＝L/2
設(shè)故障點產(chǎn)生的向?qū)Χ四妇€運動的反向行波為un1</SUB>－＝uf(t－τn)(τn為行波在故障點F和對端母線N之間的傳輸時間)，對端母線的反射系數(shù)為kfn。當(dāng)故障點位于線路中點時，故障點二次反射波與對端母線反射波將同時到達(dá)檢測點(τm＝τn)，若兩者極性相反則實際裝置中將有可能因為兩者的互相抵消而造成故障點二次反射波信號減弱，甚至可能引起保護動作失效。
3)故障距離d＞L/2
故障距離大于L/2時，由于對端母線的反射波先于故障點二次反射波到達(dá)，故實際測得NF的距離。
對上述三種情況，考慮背側(cè)相鄰母線的影響，在不用方向行波的條件下，當(dāng)相鄰線路長度(Lxl)小于故障距離(d)時，保護實際測得相鄰線路長度；當(dāng)Lxl＞d時相鄰線路對保護不造成影響。
2)區(qū)外正方向故障
以圖2進行分析。對線路KM的K端保護1而言，當(dāng)正方向區(qū)外F點發(fā)生故障時，其初始波頭在到達(dá)M母線處時發(fā)生折射，設(shè)其電壓折射系數(shù)為kzm，則K母線檢測到的初始和二次反向行波為
式中τmk為行波在線路MK上的傳輸時間。
由式(5)(6)可知，保護1計算出的故障距離亦滿足式(4)，即所測出的故障距離為故障點到對端母線之間的距離MF。當(dāng)MF的距離小于MK線路長度時，保護1會因把區(qū)外故障判斷為區(qū)內(nèi)故障而誤動作。
(3)區(qū)外反方向故障
與區(qū)外正方向故障相同，在不用方向行波的條件下，當(dāng)圖2中保護2的反向F點發(fā)生故障時，保護2實際測得NF距離，測距失?。煌瑯?，當(dāng)NF距離小于NP時，保護2也會誤動作。
綜上所述，為保證在反方向故障時能正確動作，應(yīng)利用方向行波實現(xiàn)行波測距式距離保護。
4行波測距式距離保護存在的主要問題
從上述分析可以看出，對行波距離保護來說，要做到集保護和測距為一體需要解決的關(guān)鍵問題是：
1)消除對端和相鄰母線的影響，找出與初始波頭對應(yīng)的故障點二次反射波頭，保證測距結(jié)果的正確性；
2)正確區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，特別是正方向區(qū)內(nèi)外故障。
另外，當(dāng)故障出現(xiàn)在正方向出口時，受采樣率的限制，采集到的故障行波初始波頭和后續(xù)的故障點反射波頭相互疊加，由于不能正確識別故障點二次反射波，使得計算結(jié)果不正確，這說明行波距離保護在線路出口存在死區(qū)。由于這一問題不難用其它方法克服，故在此不過多討論。
5方向行波測距式距離保護
正向模量行波的表達(dá)式如下：
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式中V0＋，Vα＋，Vβ＋為正向模量方向行波；u0，uα，uβ為模量行波電壓；i0，iα，iβ為模量行波電流；Z0，Zα，Zβ為各模波阻抗。
同理三相輸電線路的反向模量行波表達(dá)式為
式中V0－，Vα－，Vβ－分別為各模的反向行波分量。
方向行波距離保護的優(yōu)點如下：
1）利用正反向行波到達(dá)的先后順序判斷出故障方向，保證反方向故障時保護正確不動作。正方向故障時，反向行波或與正向行波同時到達(dá)檢測點，或先于正向行波到達(dá)（后者發(fā)生在母線上僅有兩條出線時）；而反方向故障時，初始行波中只有正向行波而無反向行波，即正向行波先于反向行波到達(dá)檢測點，據(jù)此可以判斷出故障方向。
2）正向故障時，背側(cè)相鄰母線的反射波中由于只含正向行波，故不會對測距和判斷結(jié)果造成影響。
3）根據(jù)正向行波和其后續(xù)反向行波的極性關(guān)系，可以正確提取故障點二次反射波，保證其不受對端母線反射波的影響。
如圖2所示，考慮兩端母線上均有三條出線的情況。當(dāng)F點發(fā)生故障時，由于在同一點電壓反射系數(shù)與電流反射系數(shù)大小相等、符號相反，故檢測點的初始正向行波為
式(13)(14)說明初始正向行波與故障點二次反射波的極性相反，而與對端母線反射波極性相同，據(jù)此可以區(qū)分故障點和對端母線的反射波，保證測距和保護結(jié)果的正確性。
此外，方向行波距離保護仍存在如何區(qū)分正方向區(qū)內(nèi)外故障的問題。這一問題可考慮用零模分量解決。眾所周知，零模分量的傳播速度與線模是不同的，因而初始波頭中線模和零模到達(dá)檢測點的時間也就不同，它們的時間與速度存在關(guān)系：t0＝d/v0，tα＝d/vα，其中d為故障距離。用t0、v0、tα、vα表示d得到：
式(15)表明，只用初始波頭中線模和零模的行波信息就可以求出故障距離。這種方法雖然可行，但仍有其局限性：
1）零模分量在實際傳輸中衰減很快且速度隨頻率的變化會發(fā)生變化，因而只適用于較短的線路。
2）由于兩相短路故障時沒有零模分量出現(xiàn)，因而這一方法只適用于接地故障。請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)瀏覽更多信息
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綜上所述，對于方向行波測距式距離保護來說，如何正確區(qū)分正向區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障仍是一個有待解決的重要問題。不借助通信手段，利用單端量所測得的行波信息來區(qū)分區(qū)內(nèi)、外故障是一個很值得深入研究的課題。
6小波變換在行波距離保護中的應(yīng)用
上面已經(jīng)提及，與相關(guān)算法相比較小波變換具有良好的消噪功能和分頻特性；特別地，由于它具有良好的時頻局部化性能，因而能準(zhǔn)確捕捉到各次行波到達(dá)的時刻，比起相關(guān)算法來說其可靠性更高。
