智能電網(wǎng)：變電站閥控密封式鉛酸蓄電池的

引言

21ic智能電網(wǎng)：閥控密封式鉛酸蓄電池以其電壓穩(wěn)定、價(jià)格低廉、無污染、無需添加蒸餾水等優(yōu)點(diǎn)已成為變電站直流系統(tǒng)中不可或缺的設(shè)備。日常工作中，蓄電池組只是處于浮充電備用狀態(tài)，一旦發(fā)生交流失電，蓄電池作為變電站的備用能源迅速向事故性負(fù)荷提供能量,是變電站安全運(yùn)行的保證，具有不可替代的作用。蓄電池是變電站安全運(yùn)行的最后一道保險(xiǎn)，因此可以形象的將蓄電池組比喻成變電站的心臟。

1 閥控式鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)與原理

如右圖所示，蓄電池結(jié)構(gòu)組成由安全閥、極柱、隔膜、外殼等部分組成，采用的是全密封、貧液式結(jié)構(gòu)及陰極吸附式的工作原理。

蓄電池以硫酸為電解液的方式可分為兩類，分別是采用超細(xì)玻璃纖維隔板來吸附電解液的吸液式電池(AGM型蓄電池)和采用硅凝膠電解質(zhì)的膠體電池(膠體型蓄電池)，他們都是利用陰極吸收原理使電池得以密封。所謂陰極吸收原理即電池在充電過程中，正極會(huì)析出氧氣，負(fù)極則析出氫氣，但正極析氧在正極充電量達(dá)到70%時(shí)就開始了，而負(fù)極析氫則要在充電量達(dá)到90%時(shí)才開始，析出的氧到達(dá)負(fù)極，跟負(fù)極發(fā)生反應(yīng)：2Pb+O2=2PbO;2PbO+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。通過這個(gè)原理達(dá)到陰極吸收的目的，這樣即避免了大量析氫反應(yīng)，同時(shí)使水再生。

2 影響蓄電池的使用壽命的原因

為做好蓄電池維護(hù)工作，我們應(yīng)了解蓄電池的各種運(yùn)行狀態(tài)及其使用壽命。根據(jù)不同的運(yùn)行狀態(tài)，可將蓄電池的壽命可分為循環(huán)壽命、浮充壽命和存放壽命。影響蓄電池壽命的因素有以下幾點(diǎn)：

1. 環(huán)境溫度：過高的環(huán)境溫度是導(dǎo)致密封免維護(hù)電池使用壽命縮短的重要原因。一般環(huán)境溫度控制在25℃左右,當(dāng)溫度增加1℃,就會(huì)導(dǎo)致電池的實(shí)際使用壽命縮短一半。而溫度太低，也會(huì)使蓄電池容量下降，溫度每下降1度，其容量則下降1%。可見溫度直接影響了蓄電池的使用壽命。

2. 過充電：蓄電池充電時(shí)間過長(zhǎng)或者充電電壓過高對(duì)正常的電池造成過充,將不可避免的造成電池失水、電解液干枯，從而減少了蓄電池的正常使用壽命。

3. 過放電：蓄電池放電到終止電壓后繼續(xù)放電稱為過放電，過放電時(shí)間越長(zhǎng)，其循環(huán)使用次數(shù)就越少，按廠家的數(shù)據(jù)，當(dāng)電池放電深度為100%時(shí),電池實(shí)際使用壽命約為200～250次充放電循環(huán);放電深度為50%時(shí),電池實(shí)際使用壽命約為500～600次充放電循環(huán)。

4. 長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)：蓄電池(組)長(zhǎng)期處于浮充電狀態(tài),使得電極被厚厚的氧化膜所覆蓋,造成電池的陽(yáng)極極板鈍化,電池的內(nèi)阻急劇增大,電池的實(shí)用容量大大低于其標(biāo)稱容量。

5. 電池本身的離散性：這也是蓄電池早期失效的最根本原因，由于電池材料的配方制備、安裝、化成、工藝的不穩(wěn)定、不一致等因素，導(dǎo)致電池本身性能離散性，這給電池運(yùn)行壽命的減少留下了隱患。當(dāng)性能不一致的電池組成一組投入運(yùn)行時(shí)，各電池的浮充電壓會(huì)存在很大差異。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，浮充電壓高的電池因長(zhǎng)期過充導(dǎo)致失水和極板腐蝕;反之，浮充電壓低的電池因長(zhǎng)期欠充導(dǎo)致容量損失和極板硫酸化，電池性能劣化便有了自加速的趨勢(shì)。

3 變電站蓄電池的運(yùn)行與維護(hù)

如果要延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，避免在應(yīng)急情況下造成重大損失甚至安全事故，就一定要在日常運(yùn)行過程中應(yīng)做好相應(yīng)維護(hù)。

目前，變電站蓄電池的維護(hù)管理基本是對(duì)蓄電池所處的環(huán)境溫度的控制及使用過程中電流電壓的控制，并利用定期的充放電來對(duì)蓄電池進(jìn)行的系統(tǒng)性維護(hù)：

1) 日常巡視檢查工作

a.在日常巡視過程中檢查蓄電池組所處工作環(huán)境溫度是否良好，一般環(huán)境溫度應(yīng)控制在5℃～25℃之間，要求通風(fēng)散熱良好;

b.檢查連接片有無松動(dòng)和腐蝕，殼體有無滲漏變形，在均充電時(shí)電流應(yīng)不大于0.1C10;

c.要檢查蓄電池單體電壓值是否異常，保證浮充電時(shí)各單體電池電壓差不大于50mV。

2) 定期的核對(duì)性放電和活化性放電

核對(duì)性放電在DL/T724-2000《電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)規(guī)程》和《直流電源系統(tǒng)管理規(guī)范》中都有明確規(guī)定：新電池安裝后每2～3年進(jìn)行一次核對(duì)性試驗(yàn)，運(yùn)行6年以后的，應(yīng)每年進(jìn)行一次核對(duì)性測(cè)試。當(dāng)然，可根據(jù)變電站實(shí)際情況采用50%或100%核對(duì)性放電，核對(duì)性放電也是反映蓄電池健康狀況的最直接方法;而活化性放電一般采用0.1C10的電流，0.5h～1h的放電時(shí)間，使蓄電池極板有效物質(zhì)得到活化，可有效活化集結(jié)的硫酸鹽，使電池容量得到恢復(fù)，使用壽命得到延長(zhǎng);

3) 對(duì)蓄電池內(nèi)阻進(jìn)行檢測(cè)

在蓄電池運(yùn)行過程中應(yīng)定期進(jìn)行測(cè)試，通常測(cè)試周期為一季度到一年不等，內(nèi)阻值如果明顯變化，表明單體電池的性能也發(fā)生了明顯的變化。

4) 對(duì)落后電池進(jìn)行處理

如果發(fā)現(xiàn)有異常電池則應(yīng)及時(shí)處理，宜采用對(duì)單體電池進(jìn)行充電放電處理，以達(dá)到活化的效果。否則可能導(dǎo)致單節(jié)的落后電池影響到了整組電池的一致性，阻礙整組電池的正常使用。當(dāng)活化效果不顯著，不能達(dá)到整組電池的使用水平則應(yīng)果斷更換。

4 變電站蓄電池維護(hù)新理念

在日常維護(hù)中，如何綜合預(yù)判浮充狀態(tài)下的電池組的健康性能狀態(tài)及變化趨勢(shì)，并對(duì)性能劣化電池進(jìn)行在線維護(hù)，提高電池組電壓的一致性，進(jìn)而延緩電池失效是我們的維護(hù)重點(diǎn)及難點(diǎn)。

我院與杭州高特電子設(shè)備有限公司合作，研發(fā)了智能蓄電池組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，極大地提高了變電站蓄電池的運(yùn)行維護(hù)水平。將以往的日常巡檢、定期維護(hù)、內(nèi)阻檢測(cè)等繁瑣的工作進(jìn)行了系統(tǒng)性的整合，實(shí)時(shí)掌控著蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)，將“定期維護(hù)檢修”轉(zhuǎn)變成“狀態(tài)檢修”，同時(shí)還可對(duì)蓄電池進(jìn)行在線自動(dòng)均衡維護(hù)，降低蓄電池組離散性，提高蓄電池組性能一致性。確保了供電系統(tǒng)的安全，具有十分重要的意義，該系統(tǒng)從以下幾點(diǎn)提高了其實(shí)用性和可靠性：

(1)該系統(tǒng)配備了完善的計(jì)算機(jī)管理分析監(jiān)控軟件，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，采用了先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)電池的多項(xiàng)測(cè)量進(jìn)行綜合計(jì)算分析，對(duì)劣化失效的蓄電池提高預(yù)警;

(2)該系統(tǒng)在保證蓄電池處于正常運(yùn)行狀態(tài)的情況下，對(duì)蓄電池過充、欠充狀態(tài)給出及時(shí)、正確的提示及警告，對(duì)即將失效的蓄電池給出維護(hù)建議，并提示維護(hù)人員及時(shí)處理;

(3)利用在線監(jiān)測(cè)功能對(duì)蓄電池進(jìn)行就地維護(hù)功能，對(duì)異常蓄電池進(jìn)行及時(shí)活化處理、定期的核對(duì)性放電，無需攜帶大量工具就能實(shí)施維護(hù)工作，減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度;

(4)通過現(xiàn)代通信技術(shù)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程智能化蓄電池監(jiān)測(cè)絡(luò)系統(tǒng)，將信息集中并可遠(yuǎn)程式控制，從現(xiàn)場(chǎng)人員到管理決策層都能夠通過局域網(wǎng)內(nèi)的任何一個(gè)終端，采用IE瀏覽的方式實(shí)時(shí)掌控各變電站蓄電池的運(yùn)行狀況及其性能變化趨勢(shì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)變電站現(xiàn)有的蓄電池組管理與維護(hù)工作的了解后不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在變電站所采用方式方法尚過于粗糙、復(fù)雜、繁瑣。采用先進(jìn)的蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)變電站蓄電池的日常維護(hù)、巡檢及管理是很有必要的，這不僅減少了維護(hù)人員的工作強(qiáng)度，減低現(xiàn)場(chǎng)檢查的難度，還使得整個(gè)蓄電池維護(hù)管理工作變得簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、可靠，即降低或杜絕因蓄電池故障而導(dǎo)致的直流系統(tǒng)事故。

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