电力变电站蓄电池日常维护技术探讨

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　　摘要：变电站中所用的阀控式密封铅酸蓄电池由于其密封性好、使用寿命长、性能稳定被称为免维护阀控式蓄电池，其在变电站交流电发生故障是起到给二次设备供电的重要作用，但是所谓免维护并不是不需要维护，需要再分析其结构和工作原理的基础上，研究其运行方式和运行要求，并且在变电站日常巡视中按照其运行要求对蓄电池进行维护管理。
　　关键词：变电站;阀控式密封铅酸蓄电池;运行维护
　　1引言
　　在电力系统中，变电站是进行电压升降和电力分配的重要组成部分，其站内自用电源为交流电源，且配有备用的直流电源，备用电源即蓄电池是在交流电源出现故障时为变电站的二次设备提供电源的重要设备，主要为变电站系统中的控制、合闸、通信、保护装置、自动化装置等提供电源，对变电站系统乃至整个电力系统的稳定运行起到非常重要的作用。目前变电站中所使用的蓄电池大多为阀控式密封铅酸蓄电池，其体积小、性能优良、使用寿命长等优点，符合目前现代化的自动化和智能化的生产方式对蓄电池的要求，可以实现无人值班和免维护使用，但是在实际的使用过程中，通常蓄电池没有到使用年限就发生故障或者失效的问题，严重影响电力系统的安全、稳定运行。所以需要研究蓄电池的日常维护技术，加强对蓄电池的日常维护工作，确保变电站工作的顺利进行。
　　2变电站蓄电池概述
　　2.1变电站蓄电池的作用
　　在变电站中，蓄电池是站内所用电源中直流供电系统的重要组成部分，主要为变电站系统中的二次系统提供稳定的电力支持，与站内的交流电不同的是，蓄电池通常作为备用电源长时间处于满容量浮充运行状态，其在站内的交流电正常敢做时主要为断路器提供合闸电源，一旦站内系统发生故障出现跳闸事故，蓄电池会继续为变电站系统中的继电保护、自动装置、短路器跳闸与合闸、拖动机械设备的整流设备、通信等提供电源并维持规定的时间，确保供电时间内维修人员对系统故障进行抢修作业，从而有效避免系统故障而引起的变电站安全事故的发生，且由于变电站在整个电力系统中起着电压升降和电力分配的重要作用，所以变电站蓄电池的稳定性也对整个电力系统的正常运行有着重要的意义。
　　2.2变电站蓄电池的发展现状
　　上世纪50年代初期，蓄电池主要为开口式铅酸蓄电池，其具有抗震性差、充电要求高、放电特性差、寿命短、容易漏液、维护困难等缺点，所以逐渐被具有体积小、安装维护方便、寿命长、节能环保等特点的镉-镍蓄电池所取代，并于上世纪70年被广泛应用。但是随着科技的发展，现代化的生产方式对蓄电池提出了无人值班和免维护的更高要求，人们对铅酸蓄电池进行了改进，研发了阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA），与镉-镍蓄电池相比，其体积更小，比能量更大，使用寿命更长，且使用维护更为简单，基本可以实现免维护使用，所以，在上世纪90年代，我们的电力和通信行业中开始广泛使用此类蓄电池，并且到目前为止，我们的变电站中基本普及此类蓄电池。
　　2.3阀控式密封铅酸蓄电池的结构与原理
　　VRLA蓄电池主要有极板、隔板、电池槽盖、极柱、安全阀等部分组成，其中极板有活性物质和板栅组成，活性物质是参加电池反应的主要物质，PbO2为正极活性物质，海绵状的Pb为负极活性物质，电解液被固定在胶体中或吸收到隔膜中，无需用户随时添加电解液。其基本工作原理如下[2]：
　　VRLA蓄电池充电过程中化学反应方程式为：
　　正极：PbSO4+2H2O→PbO2+2H++2e-
　　负极：PbSO4+2H++2e-→Pb+H2SO4
　　总反应：2PbSO4+2H2O→Pb+2H2SO4+PbO2
　　在蓄电池的充电过程中，PbSO4分解出的与H2O分级出的H+合成为H2SO4使得电解液的浓度不断增加，所以蓄电池的电压也会不断增加，此时的充电电压高于电池的电压，电池内的电流由正极流向负极。
　　VRLA蓄电池放电过程中总的化学反应方程式为：
　　Pb+2H2SO4+PbO2→2PbSO4+2H2O
　　蓄电池放电过程与充电过程相反，电解液会不断被消耗，而水分会不断增多，所以电解液浓度不断降低、固体硫酸铅增加，导致电池内部的电子分布不均匀，电阻上升而电压下降。
　　3阀控式密封铅酸蓄电池的运行方式与要求
　　3.1 VRLA蓄电池的运行方式
　　VRLA蓄电池在正常运行时是以浮充电的方式运行，浮充电压值宜为2.23～2.28V，均衡充电电压值宜为2.3～2.35V，且在蓄电池的运行中对其以下参数进行实时监测，如蓄电池组的端电压值和电阻值及绝缘性能、浮充电流值、蓄电池的电压值、环境温度等。
　　VRLA蓄电池的充电主要有恒流限压充电、恒压充电和浮充电三个阶段，第一个阶段为I10电流下的恒流充电阶段，当端电压上升至限压值时会转化为恒压充电阶段;在此阶段电压维持在限压值，而I10充电电流逐渐减小，当减小至0.1倍的I10电流时充电装置启动倒计时，到达设定的时间之后便转化为正常的浮充电阶段。
　　VRLA蓄电池的核对性放电是检查蓄电池容量缺陷的重要措施，对于初装或者大修后的蓄电池组应进行此实验，并且对于正常使用的蓄电池组应每隔2～3年进行一次试验，而使用时间超过6年的蓄电池组，应每年进行一次此试验。具体的核对性放电方法如下：对于只有一组电池的蓄电池组，因为不能将其退出运行或者全核对性放电，所以需要以I10电流的恒流放电方式将电池的容量放至额定容量的二分之一，且在放电过程中注意保持端電压不应小于2V，之后再以I10电流恒流的方式进行充电，如此充放电循环2～3次，既可以发现蓄电池存在的缺陷，也可以恢复其容量。当蓄电池组的电池为两组时，可以对其中一组进行全核对性放电，即采用I10恒电流对蓄电池进行放电，并放电至端电压低于1.8V，间隔1～2h之后采用正常的三个阶段的充电方式对蓄电池进行充电，如此充放电循环2～3次，如果3次循环之后充电结束时蓄电池组的容量低于额定容量的80%，则应进行更换。 　　3.2VRLA蓄电池的运行维护要求
　　VRLA蓄电池的安装要求：蓄电池应安装在专用的蓄电池室内，且两组蓄电池应分别放置在独立的房间内;蓄电池室不宜设置带玻璃的窗户，若有窗户，应安装有遮光功能的玻璃避免阳光直射蓄电池;蓄电池室内的温度不应大于25℃，且要保持良好的通风和照明;蓄电池内的其他电气设备应具有防爆功能;同一蓄电池组中的电池厂家、型号、内阻、电压等级应相同[4]。
　　VRLA蓄电池的验收与试运行要求：首先应根据蓄电池的安装要求项目进行检查验收，确保蓄电池室内道风、照明、温度等符合规定要求;其次应确保蓄电池的外壳清洁、编号正确、布线整齐、标志清晰;再次要检查蓄电池的初充电和放电容量符合规定要求;最后确保蓄电池外壳为阻燃材料，且蓄电池组的绝缘电阻应不低于0.5ΜΩ。在以上项目验收合格之后需要对蓄电池进行72h的投入试运行试验，试运行过程中应采用电流I10进行恒流充放电，并确保额定电压为2V的蓄电池在放电结束时电压为1.8V，并在一次充放电循环之后达到额定容量值的100%。
　　VRLA蓄电池的维护要求：首先在变电站日常巡视过程中应对蓄电池组的外观进行检查，主要检查蓄电池壳体有无损坏、变形、电解液渗漏、连接片松动或腐蚀、蓄电池温度异常等问题;其次应每个季度对蓄电池进行一次例行维护作业，维护内容主要包括对蓄电池的电压、电导值、温度等参数进行测试和对比分析;确保蓄电池不存在过充、欠充和过放等问题;对蓄电池的各连接片进行紧固并涂覆防护材料，并确保不存在接触不良、发热、氧化等问题;对蓄电池的外观和各配件的清洁度进行检查和清洁维护。
　　4变电站蓄电池运行维护中的常见问题
　　变电站蓄电池在运行过程中常见的问题可以归纳为可能失效和已经失效两大类，前者主要表现为电池组外壳变形、电解液轻度硫化、浮充状态下电压超过额定电压、蓄电池内阻值偏大等;而后者则表现为蓄电池不能正常放电甚至出刊开路现象、浮充状态下出点短路问题、运行状态下容量低于额定容量的80%等。
　　4.1蓄电池水分流失过多
　　由于阀控式密封铅酸蓄电池的内部结构为贫液式设计，当电解液的水分减少时蓄电池的电压就会随之下降，当水分低于某个特定值时蓄电池的电压就会低于终止电压，此时的蓄电池就是失效。引起此问题的原因有很多种，主要有以下几种：一是由于浮充状态下的电压过高导致蓄电池内部温度过高，使电解液中的水分蒸发过快;二是由于蓄电池室内的温度过高加速了水分的蒸发;三是由于蓄电池的阀控失灵或密封不严导致电解液泄露或者蒸发而出现蓄电池失水干涸的问题。
　　4.2蓄电池的外壳变形
　　引起蓄电池外壳变形的原因主要使用、运输、储存方法不当或因外力原因造成的外壳变形，在使用时如果操作不当容易引起外壳膨胀而导致蓄电池失效，主要是由于蓄电池内部温度突然升高、电压升高、局部放电、短路、安全阀失灵等问题引起蓄电池内部压强的变化，而导致蓄电池发生外壳膨胀等问题。
　　4.3蓄电池容量降低
　　容量降低是蓄电池的常见问题，通常规定电池容量低于额定容量的80%则表示电池的容量过低，说明蓄电池失效，而引起蓄电池容量降低的原因主要是由于电解液变质，引起电解液变质的原因主要是因为电解液水分流失。
　　4.4蓄电池内部开路
　　蓄电池内部开路即内部不导通，电流无法通过而导致电池组一端的电压值过高，其主要的是因为蓄电池内部导体发生破坏或者由于电解液中的固体物质过多导致电阻过高的原因，从蓄电池外观上表现为外观变形严重甚至是断裂。
　　4.5蓄电池电解液渗漏
　　蓄电池电解液渗漏既容易导致电解液流失而电压过高造成电池内部损坏，也会由于流经蓄电池外表面的槽盖密封处、正负极接线柱、安全阀阀口等部位，导致电池发生短路等故障，造成电解液渗漏的原因主要有内部短路、外界环境温度过高或者充电电流过大等因素。
　　4.6蓄电池电压
　　正如上文所述，蓄电池的浮充电压范围为2.23～2.28V，且宜选取2.25V作为正常的浮充电压值，超过这个范围则说明电压异常，造成蓄电池电压过高的原因主要有：一是由于蓄电池安装过程中的螺丝或者连接片等部位的紧固不到位，或者由于使用过程中连接部位松动等导致的接触不良的现象，此时蓄电池的内部电阻升高而导致电压过高;二是由于随着蓄电池充放电次数的增加，其内部容易出现过氧或过电位的问题，容易导致蓄电池的电压过高。
　　5变电站蓄电池的日常维护及管理措施
　　5.1蓄电池的采购和验收
　　阀控式密封铅酸蓄电池的使用寿命过长，所以在采购时应选择具有相关生产资质的正规厂家，并具有相关检验单位的检验合格报告。蓄电池在变电站投入使用之前应有专业的验收人员进行外观检验和性能测试，确保外观和性能参数与检验报告一致，结构符合设计要求;还要进行百分百的放电试验，确保电池容量符合要求;最后还要进行电导测试，确保电导值的均衡性，且整组电池的极差不应超过10%，以确保电池的质量。
　　5.2蓄电池维护人员的注意事项
　　在蓄电池投入运行的过程中，维护人员应按照本文3.2中所述的运行要求进行维护管理，将其运行环境温度在适宜的范围之内并加强对温度的监控;运行之前要进行百分之百的充电，且在交流电事故时蓄电池启用之后也需要进行相应的充电操作;在变电站日常巡视过程中注意对蓄电池的巡视，检查其外观及外壳温度等是否存在异常情况，此外还要检查电池的电压、电流、母线的电压、电流等参数。
　　5.3加强对蓄电池的管理
　　阀控式密封铅酸蓄电池的使用寿命长，性能稳定，比较适用与无人值班的场合，但是免维护不代表真的不需要维护，在蓄电池的使用过程中还应加强对蓄电池的检测、记录和调试，并做好日常检测数据的保存和管理，由专业技术人员对这些数据参数进行分析和计算，可以及时跟进蓄电池运行中的异常状况预测其故障隐患并进行处理，将其故障隐患进行及时排除，避免故障发生引起蓄电池失效等问题，这样才能实现蓄电池的零故障和免维护。
　　6结语
　　综上所述变电站中蓄电池是在交流电发生故障时为站内的保护装置、通信应急装置等二次设备提供电力供应的重要设备，目前变电站中所采用的主要为阀控式密封铅酸蓄电池，其结构性能良好、使用寿命长，所以在变电的正常运行中维护人员会有“免维护”的错误观念，认为“免维护”就是不用维护，但是在蓄电池的实际运行中，维护人员应按照蓄电池的技术要求和相关规范执行维护措施，加强对蓄电池的内阻测试、充放电维护等，确保蓄电池的“零故障”运行，实现真正的“免维护”。
　　参考文献
　　[1]安仁杰，楊爱晟.变电站阀控式铅酸电池的故障分析与运行管理研究[J]工程技术：引文版，2016（12）：212-213
　　[2]王玲，梅成林，盛超，等.阀控铅酸蓄电池的全生命周期管理策略[J]电源技术，2016，40（3）：588-590
　　[3]张依群，黄健洪，吴泽君，等.变电站阀控电池组智能管理系统研究[J]自动化与仪器仪表，2015（11）：99-100
　　[4]李金涛.变电站阀控式铅酸蓄电池的故障分析与运行管理[J]广东电力，2008，21（9）：76-78
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