變電站直流電源系統(tǒng)蓄電池組的使用問題及替代改進(jìn)

標(biāo)簽：直流電源 變電站 蓄電池 智能電網(wǎng)

摘要： 直流電源變電站的供電系統(tǒng)當(dāng)中有著極其重要的作用，直流電源系統(tǒng)蓄電池組的主要作用為：分合閘的操作以及控制、保護(hù)變電站的通信設(shè)備、變電站的自動裝置操作機(jī)械以及為調(diào)節(jié)設(shè)備的傳動機(jī)構(gòu)提供電源，必要的時候還能夠為事故提供照明的電源。因此，直流電源系統(tǒng)蓄電池組的性能和可靠性對變電站的整個供電系統(tǒng)的正常工作有著直接的影響。

當(dāng)前，我國變電站的直流電源系統(tǒng)一般采用蓄電池作為系統(tǒng)的儲能元件，蓄電池組的容量在選擇上應(yīng)當(dāng)滿足以下條件：(1)為合閘等的沖擊性負(fù)荷提供其所需要的最大放電的電流;(2)為經(jīng)常性的負(fù)荷持續(xù)地提供所需電源。可因為蓄電池的功率密度較小，導(dǎo)致其大電流的輸出能力較差，為了保證變電站直流電源操作的可靠性，應(yīng)當(dāng)選擇大容量的直流電源系統(tǒng)的蓄電池組?？捎捎诖蛛姵亟M在使用上存在一定的缺陷，因此需要變電站的相關(guān)人員擁有較高的職業(yè)素質(zhì)和技術(shù)水平，同時可對其進(jìn)行替代改進(jìn)。

1 變電站直流電源系統(tǒng)蓄電池組存在的缺陷

變電站的直流電源系統(tǒng)的蓄電池組由于長時間得處在浮充電的備用狀態(tài)以及對其維護(hù)缺乏及時性，將會導(dǎo)致諸多問題的出現(xiàn)。比如鎬鎳電池，由于對其多級串聯(lián)操作將會引起故障率的增加;倘若任一電池出現(xiàn)故障將會導(dǎo)致整個蓄電池組無法正常地工作;個體的差別將會導(dǎo)致電池電壓缺乏均衡性任何一節(jié)電池有問題，都將影響整個蓄電池組的正常工作;蓄電池組的充電電流過大將會引發(fā)“析氧反應(yīng)”等。由于變電站直流電源系統(tǒng)的蓄電池組的充電裝置相對較為復(fù)雜，因此要求其配備的充電機(jī)能可依照電池充電曲線進(jìn)行限壓、限時以及限流充電。

1.1 鎬鎳蓄電池組

由于變電站當(dāng)中的鎬鎳蓄電池組于加工生產(chǎn)環(huán)節(jié)中無法保證每一個電池的充電、放電的特征一致，在使用當(dāng)中使用同一個充電的電源，又必須向同一個負(fù)荷放電，導(dǎo)致個別電池性能差越來越大，對整個裝置的性能產(chǎn)生一定消極的影響。由于鎬鎳蓄電池組于工作當(dāng)中長時間地處在浮充的狀態(tài)，致使浮充電流過大，使得電解液當(dāng)中的水電解成為氫與氧，氫氣與氧氣混合是危險的爆炸氣體，倘若通風(fēng)條件較差將會出現(xiàn)極大的事故。

1.2 密封的鉛酸蓄電池組

因為鎬鎳蓄電池組的維護(hù)量過大，因此免于維護(hù)的密封錯酸蓄電池組得到廣泛的運(yùn)用?？墒敲芊忏U酸蓄電池組由于以下原因?qū)е缕涫褂脡勖鄬Χ虝海?1)對溫度較為敏感。當(dāng)工作環(huán)境超過25 攝氏度時，每升高10 攝氏度其壽命將會縮短一半;(2)過度放電。由于密封鉛酸蓄電池組會過度地放電，而當(dāng)蓄電池被過度地放電至輸出的電壓是零時，將會導(dǎo)致電池的內(nèi)阻越來越大，電池的充電與放電的性能便越來越差，密封鉛酸蓄電池組的使用壽命便會越短。

2 變電站直流電源系統(tǒng)蓄電池組的替代改進(jìn)

2.1 超級電容器單獨(dú)儲能直流電源系統(tǒng)的可行性

在中小型的變電站中，其經(jīng)常性的負(fù)荷通常比5A 還小。依據(jù)電力工程的規(guī)定，直流電流系統(tǒng)所控制的母線電壓波動范圍是85%至110%Un，當(dāng)電壓為220V 的時候，所控制的母線電壓波動范圍是：187V 到242V 之間。當(dāng)所控制的母線電流比2A 還小時，將保證30s 的跳合閘能力。于實(shí)際的運(yùn)用當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)配備多臺的電容作為備用，在極端的情況之下，經(jīng)常性的負(fù)荷將達(dá)4A，維持母線的電壓可數(shù)十秒。對于任一繼電保護(hù)，由于動作時間可在數(shù)秒之內(nèi)完成，有較為充足的跳合閘能力，因此具有極大的可靠性。由于該種超級電容器的直流電源裝置當(dāng)中沒有蓄電池，因此不必有復(fù)雜的充電電路，可免于維護(hù)。而且超級電容器物理儲能相對較為環(huán)保，其使用壽命也較長，不但節(jié)約變電站的成本，而且符合節(jié)能減排的政策。

2.2 超級電容器與蓄電池混合儲能直流電源

目前變電站使用的斷路器當(dāng)中，其配備為CD—X 型的電磁操作機(jī)構(gòu)，它的合擊電流遠(yuǎn)在120A 之上，為變電站經(jīng)常性的負(fù)荷電流10 倍多。于進(jìn)行分合閘的操作中，使得蓄電池大電流地進(jìn)行放電，對蓄電池造成了嚴(yán)重的損壞，使得蓄電池的使用壽命大大縮短。倘若使用超級電容器儲能所組成的直流電源，雖然能夠滿足分合閘的操作要求，但是對于一些大型的變電站與電網(wǎng)停電之后需要2 到4 小時進(jìn)行直流供給，由于超級容器的能量密度相對較低，因此無法確保持續(xù)性的供電。但是，超級電容器與蓄池所組成的混合儲能系統(tǒng)能夠較好地這一難題。使用超級電容器，讓其承擔(dān)分合閘的沖擊性荷，繼而使用容量較小的能量型蓄電池組，便可滿足變電站經(jīng)常性的負(fù)荷需求。不僅可保證變電站直流電源系統(tǒng)運(yùn)行具有可靠性，又可相對降低其成本、減少對其的維護(hù)量，并且能夠使得蓄電池組避免受到大流的沖擊，使其使用壽命延長。由于蓄電池和超級電容器于技術(shù)性能方面有著極強(qiáng)的相互補(bǔ)助的性能，蓄電池組的能量密度相對較大，其功率密度相對較小，充電、放電的效率較低，其循環(huán)使用壽命較短。而超級電容器則更其相反，超級電容器的功率密度相對較大，充電、放電的效率較高，其循環(huán)使用壽命較長，但是其但能量密度相對偏低，因此不適合進(jìn)行大規(guī)模的電力儲能。倘若把超級電容器和蓄電池組進(jìn)行混合使用，將會大幅度地提高其儲能的裝置性能。

3 總結(jié)

變電站的直流電源系統(tǒng)蓄電池組存在維護(hù)量大、使用壽命短、缺乏不可靠性等缺陷，因此必須對其進(jìn)行有針對性地改進(jìn)替代。而超級電容器直流的儲能方案與超級電容器與蓄電池混合儲能直流電源兩個方案的提高，在一定程度上解決了變電站直流電源系統(tǒng)蓄電池組的缺陷。不僅使得其使用壽命延長，還使得其具有較高的可靠性，滿足變電站對于電源供給的需求。

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