變電站蓄電池運行常見故障原因分析及措施

蘇海軍 尹德強

摘要:在變電站中,直流系統是核心,為斷路器分、合閘及二次回路中的繼電保護、儀表和事故照明等提供能源。而在直流系統中提供能源的主要是蓄電池,蓄電池相當于變電站整個二次系統的心臟,為二次系統的正常運行提供動力。因此,蓄電池的穩定性和在放電過程中能提供給負載的實際容量對確保電力設備的安全運行具有十分重要的意義。

關鍵詞:變電站;直流系統;蓄電池組

1 前言

近年來變電站廣泛使用的是閥控式密封鉛酸蓄電池。閥控式密封鉛酸蓄電池由于全密封,無須加水維護,因此也被稱為"免維護"蓄電池。但正是由于"免維護"使得用戶放松了對閥控鉛酸蓄電池的日常維護和管理,使閥控鉛酸蓄電池在實際使用中經常出現容量不足或者過早失效的現象。因此,加強蓄電池組的運行管理,提高其維護水平工作刻不容緩。

2 蓄電池運行維護現狀

國家電網公司《直流電源系統技術標準》《直流電源系統運行規范》《直流電源系統檢修規范》于2005年開始制定,2006年正式實施。在此之前,由于標準不明確、不統一,各供電公司的蓄電池組的維護工作開展極不均衡。

一般220kV變電站基本配置了200～300Ah兩組蓄電池;1lOkV變電站基本配置了200Ah或以下的一組蓄電池;但目前,多數單位缺乏必要的專業儀器儀表對蓄電池參數進行全面檢測。尤其對蓄電池組容量測試大多沿用傳統的大電阻放電人工記錄的方法,這是一項操作繁瑣、工作量大、效率低、準確度差的工作,因電池組的增多,對電池維護重視不夠,大部分蓄電池組均未能按照規程要求的周期進行容量測試,甚至存在蓄電池組從工程竣工交付使用后沒有做過一次徹底容量測試的情況。隨著電網建設的加快,變電站數量每年以15%的速度增長,但維護人員并沒有隨之增加,定期檢測手段也沒有革新,仍按傳統的每周對蓄電池組各單體電池進行測量、每月全面測量,記錄電池電壓、蓄電池組環境等。蓄電池組端電壓與容量并沒有直接關系,從電壓測量無法準確地判斷出電池組的整體容量,這樣我們雖然付出了大量的人工,卻沒能取得如期的效果,沒能及時發現電池隱患。

3 蓄電池運行常見故障及原因分析

變電站蓄電池組運行過程中表現可能失效的現場浮充電壓過高/過低、內阻偏大、輕度硫化、滲液爬液、殼體變形、失水等,而已經失效的電池經常表現為以下三種情況:

a. 蓄電池組工作時容量達不到標稱容量,嚴重的出現個別電池放電起始就達到下限。蓄電池組容量不足和問題完全可以通過容量測試或內阻在線測試等方法及時發現。

b. 蓄電池組無容量輸出,個別電池出現開路狀態。變電站系統故障造成交流電源故障后,這時如果蓄電池組失效,變電站內保護直流消失,高頻保護或電流差動保護可能誤動,后果十分嚴重。

c. 長期浮充狀態下的蓄電池出現短路現象,出現短路現象的電池往往可能會產生熱失控現象。

根據眾多的數據和現場經驗分析,引起可能失效和已經失效的原因大多是平時維護不到位造成,一些早期失效的電池完全可以避免,分析電池失效的原因主要包括以下幾種情況:

a. 酸鹽化。當電池長時間處于充電不足,浮充電壓偏低,放電后未能及時補充電,電池長期擱不用等情況時,負極就會形成一種粗大堅硬的硫酸鉛,它幾乎不會溶解。若電池失水嚴重,使得硫酸濃度過高,也會促使硫酸鉛的快速生成。鹽化的直接后果是電池容量不足,甚至電池開路。

b. 失水。失水是導致蓄電池失效的常見故障。氣體化合效率低、從電池殼體中滲出水、板柵腐蝕和自放電都會造成電池失水。若過充電電流大、浮充電壓過高、環境溫度過高、安全閥開閥壓力低等會加速電池失水速度。當前大部分閥控式密封鉛酸蓄電池組容量下降的原因,都是由電池失水造成的。通常認為當失水超過15% 時,電池失效。

c. 板柵的腐蝕和變形。板柵腐蝕是限定電池壽命的重要因素。在鉛酸蓄電池中,正極板柵比負極板柵厚,原因之一是蓄電池在充電時,特別是在過充電的狀況下,正極板柵要被腐蝕,逐漸被氧化而失去板柵的作用。含量和體積不斷增大,可使極板嚴重彎曲。

d. 活性物質軟化。隨著電池循環次數的增加,晶型由Or.型向B型轉化。B型的晶粒相對細小,結合力較差,導致活性物質的網格結構被削弱,最終活性物質軟化脫落(也稱為泥化),導致電池失效。

4 蓄電池加強維護的幾點措施

4.1 設備選型及配置

(1)蓄電池容量配置要合適。既要考慮變電站的經常性直流負荷,又要考慮交流失電后變電站事故照明的負荷,較適宜的蓄電池配置容量是8～10 h的放電率。絕不能將不同廠家和不同容量的電池安裝在一起使用。

(2)電設備配置的兩組工作電源要分別來自兩臺站用變壓器,且變電站一般要配置一臺發電機,防止站用交流失電時間過長造成蓄電池過放電。

(3)擇高質量的具有實時監控和智能化管理功能的主充電設備模塊。運行維護人員能通過監控器的實時數據隨時了解直流系統工作狀況,同時要有足夠的備用模塊,當主充電設備出現故障時,備用模塊應能夠自動投入使用,以保證蓄電池不因模塊故障而造成過放電。

4.2 投入使用前注意事項

(1)如果蓄電池擱置時間超過三個月,在投入使用前一定要進行補充電,一般規定為按單體電池(2 V系列)2.23～2.27 V/只充電,最大充電電流不超過0.25 C10 A,充電至電流穩定3～6 h不變。

(2)運行參數設置。浮充電壓、均充電壓、溫度補償系數、轉均充數據、轉浮充數據、交流過壓值、交流欠壓值以及充電限流值等這些參數對于蓄電池正常運行都非常重要,這些參數的設置必須嚴格按照產品說明書的規定,并且應根據所在變電站經常性直流負荷等實際情況與廠家溝通。

4.3 日常工作項目

(1)環境溫度對蓄電池的放電容量、壽命、自放電、內阻等方面都有較大影響。雖然開關電源有溫度補償功能,但其靈敏度和調整幅度畢竟有限,因此環境溫度極其重要。運行維護人員每天須檢查蓄電池室環境溫度并做記錄,同時蓄電池室溫應控制在22～25℃之間,這不僅可延長蓄電池的壽命,還能使蓄電池具有最佳的容量。此外,為成套充電電源的溫度補償功能而裝設的溫度感應探頭也應定期檢測其準確度。

(2)每天檢查蓄電池的浮充電流是否在合格范圍內并做記錄。當蓄電池的浮充電流突變時應查明原因并及時處理。

(3)每月應測一次電池單體電壓及終端電壓。

如發現個別電池(2 V系列)浮充電壓低于2.18v/單體時,應對電池組進行人工轉換均衡充電,充電方法為:25℃ 時2.30V/單體,需24h;或25℃時2.35V/單體,需12 h,均充后若仍不能恢復正常的電池應盡快聯系廠家處理。端電壓是反映電池工作狀況的重要參數,所以測量電池端電壓不能只在浮充狀態,還應在放電狀態下進行。

(4)為保證電池有足夠的容量,每年要進行一次容量恢復試驗(即大充大放),讓電池內的活化物質活化,恢復電池的容量。

(5)在蓄電池不均衡性較大、較深度地放電后,或運行三個月時,都應采用均衡的方式對電池進行補充充電。

(6)電池運行期間,每星期須檢查一次蓄電池的接線螺栓有無發熱現象,每月須檢查一次蓄電池的外觀有無異常變形,每半年須檢查一次連接導線、螺栓是否松動或腐蝕污染,松動的螺栓必須及時擰緊,腐蝕污染的接頭應及時清潔處理。

(7)對蓄電池的檢查測試記錄數據應妥善保存,每運行半年,需將運行的數據與原始數據進行比較,如發現異常情況應及時處理。

5 結束語

通過對電池故障原因的分析研究,證實蓄電池故障是有規律可循的,并通過一些切實有效的管理手段,可以大大提供蓄電池運行維護水平和大幅降低蓄電池運行故障。