變電站蓄電池維護(hù)研究論文

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摘要：該文章從蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理出發(fā)，及對(duì)蓄電池的性能指標(biāo)、對(duì)閥控式密封鉛酸蓄電池的運(yùn)行維護(hù)作一介紹，并將這一新技術(shù)廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：蓄電池；閥控式密封鉛酸蓄電池；活性物質(zhì)

蓄電池是直流系統(tǒng)中不可缺少的設(shè)備，這種電源廣泛應(yīng)用于變電站中。正常時(shí)直流系統(tǒng)中的蓄電池組處于浮充電備用狀態(tài)，當(dāng)交流電失電時(shí)，蓄電池迅速向事故性負(fù)荷提供能量。如各類直流泵、事故照明、交流不停電電源、事故停電、斷路器跳合閘等，同時(shí)也必須為事故停電時(shí)的控制、信號(hào)、自動(dòng)裝置、保護(hù)裝置及通信等負(fù)荷提供電力。顯然在交流失電的事故狀態(tài)下，蓄電池應(yīng)作為變電站的備用能源。

1閥控密封式鉛酸蓄電池的運(yùn)行與維護(hù)

1.1閥控密封式鉛酸蓄電池與開(kāi)口式鉛酸蓄電池的區(qū)別

其區(qū)別見(jiàn)表1。

表1新型閥控式鉛酸蓄電池與開(kāi)口式鉛酸蓄電池的區(qū)別

1.2蓄電池運(yùn)行要求

按照電力系統(tǒng)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，閥控式鉛酸蓄電池的運(yùn)行要求如下：閥控式密封鉛酸蓄電池組在正常運(yùn)行時(shí)以浮充方式運(yùn)行，浮充電壓值一般控制為2.23V×n，在運(yùn)行中主要監(jiān)視蓄電池組的端電壓，浮充電流，及每只蓄電池的電壓。

1.3閥控式密封鉛酸蓄電池的充放電

1.3.1核對(duì)性充放電

新安裝或大修后的閥控蓄電池組，應(yīng)進(jìn)行全核對(duì)性額定容量放電試驗(yàn)，放電電流不應(yīng)變動(dòng)過(guò)大，待放電結(jié)束后，應(yīng)立即對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電，避免發(fā)生電池內(nèi)部的硫化現(xiàn)象，而導(dǎo)致蓄電池內(nèi)部短路。此時(shí)均采用0.1C10恒流充電，當(dāng)蓄電池組端電壓上升到2.23V×n時(shí)，將會(huì)自動(dòng)或手動(dòng)轉(zhuǎn)為恒壓充電。

1.3.2恒壓充電

在2.35V×n的恒壓充電下，0.1C10的充電電流逐漸減小，當(dāng)充電電流減小至0.1C10時(shí)，充電裝置的倒計(jì)時(shí)開(kāi)始起動(dòng)，并維持3h不變。當(dāng)整定的倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，充電裝置自動(dòng)或手動(dòng)轉(zhuǎn)為正常的浮充電運(yùn)行，浮充電壓為2.23V×n。同時(shí)在浮充電過(guò)程中要進(jìn)行溫度補(bǔ)償，即對(duì)每只單體蓄電池充電電壓隨環(huán)境溫度給予一定量的補(bǔ)償，避免蓄電池因失水干涸而失效。

中心溫度、補(bǔ)償下限、補(bǔ)償上限、補(bǔ)償斜率均可根據(jù)電池性能靈活設(shè)置。

1.3.3補(bǔ)充充電

為了彌補(bǔ)運(yùn)行中因浮充電流調(diào)整不當(dāng)，補(bǔ)償不了電池自放電和爬電漏電所造成蓄電池容量的虧損，設(shè)定1～3個(gè)月，自動(dòng)地進(jìn)行一次恒流充電-恒壓充電-浮充電的補(bǔ)充充電，確保蓄電池組隨時(shí)都具有額定容量，以保證運(yùn)行安全可靠。

1.3.4事故放電和自動(dòng)充電

當(dāng)電網(wǎng)解列或故障、交流電源中斷時(shí)，蓄電池組立即承擔(dān)起主要負(fù)荷和事故照明負(fù)荷，若蓄電池組端電壓下降到2V×n時(shí)，電網(wǎng)還未恢復(fù)送電，應(yīng)自動(dòng)或手動(dòng)斷開(kāi)蓄電池組的供電，以免因蓄電池組過(guò)放電而損壞。交流電源恢復(fù)送電時(shí)，充電裝置將自動(dòng)或手動(dòng)進(jìn)入恒流充電-恒壓充電-浮充電，并恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。

1.4蓄電池維護(hù)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，閥控式鉛酸蓄電池的故障，有50%以上是因VRLA蓄電池組故障，或因VRLA蓄電池維護(hù)不當(dāng)造成的。通常所說(shuō)的“免維護(hù)”即為：在規(guī)定條件下使用期間不需維護(hù)的一種蓄電池。所謂蓄電池的免維護(hù)是相對(duì)傳統(tǒng)鉛酸蓄電池維護(hù)而言，僅指使用期間無(wú)需加水。在實(shí)際工作中，仍需履行維護(hù)手續(xù)。在電力行業(yè)中極為重視蓄電池的維護(hù)工作，包括閥控式鉛酸蓄電池的運(yùn)行與維護(hù)。一般應(yīng)做好以下工作。

圖1充電程序

圖2溫度補(bǔ)償示意圖

經(jīng)常檢查的項(xiàng)目：

•檢測(cè)蓄電池端電壓；

•連接處有無(wú)松動(dòng)；

•極柱、安全閥周圍是否有滲酸與酸霧逸出；

•蓄電池殼體有無(wú)滲漏和變形。

如有以下情況之一應(yīng)進(jìn)行充電（充電程序見(jiàn)圖1）：

•浮充電壓低于21.8V；

•放出10%以上的額定容量；

•擱置不用時(shí)間超過(guò)三個(gè)月；

•全浮充運(yùn)行達(dá)三個(gè)月。

運(yùn)行中的維護(hù)：

•應(yīng)經(jīng)常檢查蓄電池浮充狀態(tài)是否正常，蓄電池的浮充電壓（25℃）應(yīng)按說(shuō)明書(shū)規(guī)定值進(jìn)行；

•蓄電池端子應(yīng)用螺栓、螺母連接，蓄電池間的連接電壓降ΔU<8mV；

•蓄電池組中各單體蓄電池間的開(kāi)路電壓最高與最低差值不大于20mV；浮充時(shí)單體蓄電池端電壓的最大差值應(yīng)不大于50mV。

閥控式鉛酸蓄電池的電壓偏差值及終止電壓值：

•標(biāo)稱電壓/V：2、6、12；

•閥控式鉛酸蓄電池運(yùn)行中的電壓偏差值/V：±0.05、±0.15、±0.3；

•開(kāi)路電壓最大差值/V：0.03、0.04、0.06；

•放電終止電壓/V：1.80、5.25（1.75×3）、10.5（1.75×6）。

2閥控式鉛酸蓄電池使用中應(yīng)注意事項(xiàng)

應(yīng)注意鉛酸蓄電池在每次放電完后，應(yīng)及時(shí)充電，需充電的時(shí)間在10h以上。

應(yīng)注意不應(yīng)使蓄電池被過(guò)電流或過(guò)電壓充電。

應(yīng)注意盡量避免使蓄電池長(zhǎng)期擱置不用。

應(yīng)注意不要使蓄電池長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)而不放電。

應(yīng)注意不使蓄電池過(guò)放電。

閥控式鉛酸蓄電池對(duì)充電設(shè)備及溫度等外部環(huán)境因素較為敏感。要求充電機(jī)有較小的紋波系數(shù)，并對(duì)電池有溫度補(bǔ)償功能。電池的充電電壓應(yīng)隨著溫度的上升而下降，一般每升高1℃，充電電壓下降2～4mV。溫度補(bǔ)償示意圖見(jiàn)圖2。

3常見(jiàn)失效機(jī)理及檢測(cè)

3.1閥控蓄電池的失效機(jī)理

閥控式鉛酸蓄電池是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)體系，蓄電池的性能和壽命取決于電極的材料、工藝、活性物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)、及蓄電池運(yùn)行狀態(tài)和條件等。它的失效因素也是比較多的，基本上可分為三類。

3.1.1蓄電池設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上的因素

•極板的腐蝕：對(duì)浮充電使用的蓄電池，板柵腐蝕是限定電池壽命的重要因素，在電池過(guò)充電狀態(tài)下，負(fù)極產(chǎn)生水，降低了酸度，而正極反應(yīng)產(chǎn)生H＋，加速了正極板柵的腐蝕。

•水損失：由于再化合反應(yīng)不完全及板柵腐蝕引起水的損失，當(dāng)每次充電時(shí)，由于產(chǎn)生氣體的速率大于氣體再化合速率，導(dǎo)致一部分氣體逸出，造成水的損失。正極柵的腐蝕也是造成水損失的因素之一。

•枝狀結(jié)晶生成：當(dāng)電池處于放電狀態(tài)，或長(zhǎng)期以放電狀態(tài)放置，這種情況下，負(fù)極pH值增加，極板上生成可溶性鉛顆粒，促進(jìn)板狀結(jié)晶生成穿透隔膜造成極間短路，使蓄電池失效。

•負(fù)極板硫酸鹽化：由于自化合反應(yīng)的發(fā)生，無(wú)論蓄電池處于充電或放電狀態(tài),負(fù)極板總有硫酸鉛存在，使負(fù)極長(zhǎng)期處于非完全充電狀態(tài)，形成不可逆硫酸鉛，使電池容量減少，導(dǎo)致電池失效。

•熱失控：在充電過(guò)程中，電池內(nèi)的再化合反應(yīng)將產(chǎn)生大量的熱能，由于蓄電池的密封結(jié)構(gòu)使熱量不易散出，以及周圍環(huán)境溫度升高，導(dǎo)致浮充電流的增大，進(jìn)而使浮充電壓升高，以致蓄電池溫升過(guò)高而失效。

3.1.2電池工藝質(zhì)量的因素

在實(shí)際情況中，由于電池生產(chǎn)工藝質(zhì)量的問(wèn)題，如原材料成分不穩(wěn)定，極板涂膏量不一致，極耳腐蝕斷裂，殼體和殼蓋間滲透漏液，閥蓋開(kāi)閉不靈等，都造成蓄電池性能離散性大，也是蓄電池早期失效的主要因素。

3.1.3使用環(huán)境因素

由于過(guò)充電使產(chǎn)生的氣體不可能完全被再化合，從而引起電池內(nèi)部壓力增加。當(dāng)?shù)揭欢▔毫r(shí)，安全閥打開(kāi)，氫氣和氧氣逸出，同時(shí)帶出酸霧，消耗了有限的電解液，導(dǎo)致蓄電池容量下降或早期失效。為避免產(chǎn)生多余的氣體，閥控蓄電池對(duì)充電機(jī)穩(wěn)壓、限流精度提出了較高的要求，而現(xiàn)有的可控硅相位控制穩(wěn)壓的充電機(jī)幾乎都不能做到。

據(jù)國(guó)外資料介紹，當(dāng)高于25℃時(shí)，每升高6～10℃，蓄電池壽命縮短一半。因?yàn)檫^(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致浮充電流的增加，從而由于過(guò)充電量的累積，而使得電池循環(huán)壽命的縮短。浮充電壓也應(yīng)根據(jù)溫度進(jìn)行補(bǔ)償，一般為-2～4mV/℃，而現(xiàn)有充電機(jī)必須具有此功能。VRLA蓄電池溫度與壽命關(guān)系曲線見(jiàn)圖3。

3.2蓄電池的檢測(cè)方法

為了掌握蓄電池的性能狀況，目前有如下幾種檢測(cè)方法。

3.2.1放電法

圖3VRLA蓄電池溫度與壽命關(guān)系曲線

將蓄電池組脫離供電系統(tǒng)，以10小時(shí)率電流對(duì)負(fù)荷放電，同時(shí)測(cè)量每一蓄電池電壓，當(dāng)降到規(guī)定值時(shí)（單體1.8V），停止放電，計(jì)算時(shí)間得出蓄電池組容量。該方法準(zhǔn)確，但浪費(fèi)能量，實(shí)施困難。

3.2.2蓄電池電壓巡檢

在放電狀態(tài)下，對(duì)VRLA蓄電池組的每只VRLA蓄電池的端電壓進(jìn)行巡回檢測(cè)，找出端電壓下降最快的一只，再對(duì)此蓄電池在線放電檢測(cè)其容量，即代表該組VRLA蓄電池的容量。該方法方便可行，但只能判讀已嚴(yán)重失效的蓄電池，不能全面的反映每個(gè)單體的情況，且對(duì)性能的差異不能作出反應(yīng)。

3.2.3測(cè)量蓄電池內(nèi)阻

VRLA蓄電池的故障，如板柵腐蝕和增長(zhǎng)、接觸不良、活性物質(zhì)可用量減少等集中表現(xiàn)于蓄電池內(nèi)阻的增大、電導(dǎo)的減小，因此，電導(dǎo)或電阻的高低可提供反映蓄電池故障和使用程度的有效信息。有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提供了內(nèi)阻測(cè)試的方法，國(guó)外已有交流內(nèi)阻和直流內(nèi)阻測(cè)試的報(bào)道。有關(guān)公司測(cè)試方法是用交流發(fā)電裝置向蓄電池單體或蓄電池組注入一個(gè)低頻20～30Hz或60Hz的交流信號(hào)，測(cè)量通過(guò)電池的交流電流和每只蓄電池兩端的交流電壓，然后計(jì)算出I/U或Uac/Iac比率，則得出蓄電池的電導(dǎo)或電阻值，并顯示這個(gè)值。如有公司采用了200A/10s放電的負(fù)載測(cè)試儀（Milton），來(lái)測(cè)試單只蓄電池的性能。

4閥控式密封鉛酸蓄電池的發(fā)展趨勢(shì)

提高蓄電池使用壽命，正極活性物質(zhì)的利用率，比能量，蓄電池產(chǎn)品的均一性，以及減小浮充電流的大小，正成為進(jìn)入21世紀(jì)的智能化第三代VRLA蓄電池的研制方向，它從制作材料、制作技術(shù)、工藝流程等方面不斷更新，克服了以往蓄電池在使用中的弊端。

5結(jié)束語(yǔ)

直流電源設(shè)備是電力系統(tǒng)發(fā)電廠，變（配）電所重要的控制、信號(hào)、動(dòng)力電源，它在電力系統(tǒng)安全運(yùn)行中起著重要的作用。為了適應(yīng)社會(huì)需求以及電力系統(tǒng)快速發(fā)展和穩(wěn)定運(yùn)行的要求，大量可靠性高的現(xiàn)代化電源設(shè)備得到廣泛應(yīng)用，并在生產(chǎn)實(shí)踐中有效的管理與維護(hù)，對(duì)保證直流系統(tǒng)的可靠運(yùn)行及電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行有著積極和重要的作用。