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北京铁塔表白了,气溶胶自动灭火技术提升基站安全性!

发布时间:2017-07-21 浏览:702

铁塔基站使用动力电池的探索


中国铁塔股份有限公司(以下简称“铁塔公司”)作为国有大型通信基础设施综合服务企业,拥有超过194万个基站站址,对备电有较大需求。长期以来,铁塔公司的基站备用电源主要使用铅酸电池,每年采购铅酸电池约10万吨。铅酸电池存在使用寿命短、性能低、含有大量重金属铅等缺点,废弃后若处理不当将造成二次污染。为减少污染和支持国家新能源战略,铁塔公司2015年开始陆续在3000多个基站开展动力锂电池替换铅酸电池试验,截至2018年底,中国铁塔股份有限公司北京市分公司(以下简称“北京铁塔”)已在1000余个站址使用了动力电池。

对于铁塔公司来说,使用动力电池属于全新的探索和尝试,需要加强电池出厂检测、运输安全、不同基站环境下的安全使用等问题进行深入研究,以便为后期批量使用提供依据。铅酸电池的消防采用传统的干粉灭火器,而传统消防手段难以有效扑灭动力电池 化学燃料产生的明火,甚至可能进一步引燃周边的易燃物。北京铁塔通过分析动力电池的燃烧原理,认为气溶胶可以有效抑制其燃烧,通过在不同类型的动力电池上加装气溶胶灭火系统进行试验,验证了气溶胶灭火系统能够对三元锂电池与磷酸铁锂电池火灾进行自动预警和探测,能够扑灭三元锂电池以及磷酸铁锂电池明火并有效防止复燃。这满足了铁塔公司动力电池安全使用要求,为后期电池安全使用提供重要依据。



气溶胶灭火原理分析



动力电池在存储和运输的过程中会因为挤压、穿刺等原因导致短路燃烧,并引燃周边包装物导致火灾,在网运行的蓄电池也可能因为老化或者短路产生大电流,从而引发火灾。使用传统的干粉灭火器可以短时间把火源与周边隔离,但无法阻止动力锂电池内部化学反应持续产生氧气,在干粉失效后容易发生复燃。

气溶胶产品的主要成分是硝酸钾、硝酸锶等,存储时为固体状态,在达到一定温度或者通过明火触发之后,可迅速发生氧化还原反应,产生大量气体及直径约为0.1微米的钾盐、锶盐微粒,该气化过程能够吸收大量热量,快速降低锂电池内部温度,抑制燃烧。钾盐、锶盐微粒进入锂电池内部后,与氧分子等活性基因发生化学反应,通过消耗氧分子有效灭火并防止复燃。




实验验证



为了验证梯次电池加装气溶胶防火系统的可靠性,先后选取三元锂电池和磷酸铁锂电池进行燃烧试验。

首先使用一组100AH的三元锂电池进行实验,主要目的是验证气溶胶消防的有效性,以及消防设备对各类告警监测的准确性。由于三元锂电池相对磷酸铁锂电池活性更高,如果该试验成功可以为后续实验打下基础。之后将现网采购的三组100AH磷酸铁锂电池并联为300AH进行实验,除了验证气溶胶消防的有效性之外,还验证在三组同时过充的情况下,最先燃烧的蓄电池对其他蓄电池的影响。两组实验的步骤基本相同,在按照原理图连接后,通过大功率充电机对电池箱内的锂电池进行过充,主要区别:一是三元锂电池充电电流50A,磷酸铁电池由于有3组,充电电流为100A;二是为了使电池充分燃烧并监测到明火告警,三元锂电池的电池箱顶盖加装了自动升降阀,气溶胶自动灭火装置放置在升降阀上,在开始过充时该升降阀是升起的。

三元锂电池在开始过充电24分钟之后,电芯因过充导致热失控,开裂并释放电解液和可燃气体等,实验箱内的温度逐渐升高,探测器探测到烟雾及有毒气体并发出声音和图文报警信号。对三元锂电池继续过充1分钟后,电池组爆燃并出现明火,探测器探测到明火并发出火灾报警信号。在锂电池组充分燃烧到一段时间后,关闭电池箱顶盖的自动升降阀并断开充电电源,气溶胶灭火装置瞬间启动, 明火逐渐熄灭。气溶胶灭火剂释放15分钟后打开实验箱,三元锂电池组已经部分燃烧,其余未燃烧的三元锂电池未发生二次复燃。

磷酸铁电池实验过程类似,开始过充20分钟后,探测器探测到烟雾及有毒气体,试验台发出声音和图文报警信号,系统自动启动气溶胶灭火装置,释放灭火剂。为保证安全,手动断开充电电源,此后实验箱内温度持续下降。15分钟后打开电池箱,发现第一个电池箱内磷酸铁锂电池组泄漏液体明显,充斥整个梯次电池箱,磷酸铁锂电池组有明显爆裂痕迹,无复燃的情况发生。另外两个电池箱内探测器因未探测到报警信号,装置完好,电池箱内电池除因过充电温度略高外,无其他异常。



对生产的指导意义



动力锂电池目前在铁塔公司已完全替代铅酸电池作为备电使用,从运输、仓储及在网运行等安全方面考虑,在梯次电池出厂时,建议加装气溶胶自动灭火系统。在人口密集、重点站址及敏感区域等必须加装气溶胶自动灭火系统,确保特定区域基站的安全运行,降低电池使用风险。

根据不同电池容量及体积定制安装不同容量的气溶胶,具体配置及参数如下:

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随着通信基站使用动力电池数量的逐步增多,铁塔公司牵头出台相应的企业标准,大力推动动力蓄电池利用,在此过程中,确保动力电池产品安全可靠尤为重要。本文开展的相关研究和实验证明,气溶胶自动灭火系统能够在一个相对封闭的空间内实现自动探测、启动和扑灭动力锂电池箱内火灾,并防止二次复燃,同时对其他电池的影响达到最低,对于铁塔公司大规模使用动力锂电池、支持国家新能源战略落地具有重要的意义。

文章来源:中国铁塔股份有限公司北京市分公司


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