加強蓄電池使用壽命的研究

張永杰

廣東中山供電局，廣東 中山 528400

2010年3月，某局110kV泮沙站#1、#2蓄電池組進行了全核容試驗，一個月內(nèi)接連進行了三次的核對性放電充試驗，均達不到額定容量的80%以上，下表1為該站蓄電池第三次放電后的部分參數(shù)，#1蓄電池組共有23號、28號、31號、37號、42號、46號蓄電池容量低于額定的80%，其中容量最低的37號有75.4%；#2蓄電池組只有16號蓄電池的容量低于額定的80%。詳情見表1、表2:

表1 整組測試統(tǒng)計

表2 整組測試統(tǒng)計

52 2.212 1.924 101.1 優(yōu)良 按照規(guī)程維護整組電壓114.05 98.96 76.2 落后 對單體進行充電整組電流 19.6 45.2環(huán)境溫度 25 25 溫度正常環(huán)境濕度 無 無

由于訂貨、土建工程等因素影響，該站的蓄電池組直至2011年9月才更換改造完畢，在 這18個月的時間里，加強了蓄電池巡視密度及縮短測量端電壓周期，每次的巡視及電壓測量均無異常現(xiàn)象，性能穩(wěn)定，直至更換完畢。

從上面的案例中可以看出:一是該兩組蓄電池最低容量均在75%及以上；二是低于額定容量80%的蓄電池數(shù)量較少，特別是第二組僅有一只蓄電池不合格；三是發(fā)現(xiàn)蓄電池不合格后還能再“安全運行”了18個月。故提出蓄電池只要硬件不損壞，且容量損失在比較平滑趨勢的基礎(chǔ)上如何挖掘蓄電池最大潛能，延長蓄電池人使用壽命？本人覺得可以著重考慮以下兩個方案:1）試探降低“蓄電池容量低于額定容量80%為不合格蓄電池標(biāo)準(zhǔn)”；2）增加蓄電池運行個數(shù)，采用遞減法拆除故障蓄電池。下面分別進行論述:

方案一:試探降低“蓄電池容量低于額定容量80%為不合格蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)”

分析制定蓄電池容量低于額定容量80%為不合格蓄電池標(biāo)準(zhǔn)的歷史背景:

1）2000年11月3日中華人民共和國國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會頒發(fā)的《電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術(shù)規(guī)程》規(guī)定首次明確了“蓄電池若經(jīng)過了3次全核對性放電，容量均達不到額定容量80%以上，可認為此組蓄電池使用年限已到，應(yīng)安排更換”的規(guī)定；

2）早期直流電源設(shè)備普遍采用故障率高、輸出電流小、電壓電流不穩(wěn)定的可控硅整設(shè)備，其維修工期長。結(jié)線方式為一套或兩套充電器帶一組蓄電池，單母線運行，安全風(fēng)險較大；

3）變電站的開關(guān)設(shè)備主要采用電磁式機構(gòu)，這種開關(guān)柜合閘線圈電阻約為2Ω，合閘的電流通常有100A左右，沖擊電流較大。變電站的常規(guī)負荷相對大，蓄電池容量相對小，例如110kV變電站一般的常規(guī)負荷可達十幾安左右，但蓄電池容量只有200A時，事故放電時間較短。

綜上所述早期的直流電源設(shè)備及負荷對蓄電池容量要求更嚴格。

分析降低“蓄電池容量低于額定容量80%為不合格蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)”的理由:

1）現(xiàn)階段變電站直流電源設(shè)備運行情況:現(xiàn)在的直流系統(tǒng)電源設(shè)備已完成了更新?lián)Q代，整流設(shè)備已全部采用性能穩(wěn)定的高頻開關(guān)電源， N+1冗余備份；兩套充電器帶兩組蓄電池，單母線分段運行，這種結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)故障維修無需停電；

2）開關(guān)設(shè)備操作機構(gòu)也由電磁機構(gòu)換成儲能式機構(gòu)，分合閘電流只有幾安培，消除了蓄電池組瞬時的大沖擊電流負荷。110kV變電站蓄電池容量都達到300安時及以上，220kV變電站蓄電池容量都達到500安時及以上，事故放電時間較長；

3）有關(guān)《規(guī)程》規(guī)定，事故停電時間，無人值班的變電所，全所交流電源事故停電時間應(yīng)按2小時計算，與容量80%有較大的距離；

4）斷路器可靠跳合閘對直流電壓的要求:65%及以上額定電壓應(yīng)能可靠動作。即額定電壓110V的為71.5V、額定電壓220V的為143V電壓斷路器跳合閘線圈就能可靠動作。如果全核容后單體電壓每個按1.80V計算，整組電壓110V系統(tǒng)為97V、220 V系統(tǒng)為194V，也就是說即使核對性放電100%的容量后其電壓均符合斷路器跳合閘線圈對直流電壓的要求，并能可靠動作。

綜上所述現(xiàn)階段的直流電源設(shè)備更可靠，蓄電池的容量對所有負荷有更多的裕度，對距離額定容量80%的要求有更廣的幅度，故采取一定措施后，可相應(yīng)降低蓄電池容量低于額定容量80%為不合格蓄電池的要求標(biāo)準(zhǔn)。降低多少標(biāo)準(zhǔn)可從該站存在的風(fēng)險及掌控風(fēng)險的能力等具體考慮。這也是符合我國做好節(jié)能減排工作，提高能源、資源的利用率上的要求。

蓄電池容量低于額定容量80%再運行應(yīng)采取的措施:

方法:采用蓄電池在線智能監(jiān)控系統(tǒng)。

按《規(guī)程》規(guī)定，新安裝的閥控式蓄電池在驗收時應(yīng)進行全容量核對性充放電，以后每2～3年應(yīng)進行一次全容量核對性充放電，運行了六年以上的閥控式蓄電池，宜每年進行一次全容量核對性充放電。蓄電池的充放電周期最短的也有1年，最長的達2～3年。蓄電池是個復(fù)雜的電化學(xué)系統(tǒng)，從注入了電解液開始，就時刻發(fā)生著化學(xué)反應(yīng)，特別是閥控式蓄電池，其化學(xué)反應(yīng)是看不見的、摸不著的。核對性放電測試雖然準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)落后電池，但無法在測試前發(fā)現(xiàn)落后電池，也無法保證測試后不出現(xiàn)故障，且工作量很大，因此，傳統(tǒng)的檢測維護手段不但缺少信息采集的來源，更沒有專業(yè)的綜合分析手段，致使無法及時發(fā)現(xiàn)已發(fā)生的故障和存在的隱患，給生產(chǎn)和安全帶來嚴重威脅。所以只有采用蓄電池在線智能監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)縮短充放電周期及其它輔助檢測手段，減少蓄電池監(jiān)測的盲點，實時掌控蓄電池的性能變化趨勢，才能保證蓄電池在健康狀態(tài)下運行。

蓄電池在線智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)有功能:

1）蓄電池在線內(nèi)阻測試及分析:隨著人們對閥控式密封鉛酸電池研究的深入，蓄電池內(nèi)阻已經(jīng)成為衡量電池好壞的一個重要指標(biāo)，內(nèi)阻檢測成為電池維護一個重要手段。內(nèi)阻跟蓄電池容量之間雖沒有嚴格的數(shù)學(xué)關(guān)系，無法根據(jù)單個電池的內(nèi)阻值去預(yù)測蓄電池的壽命和容量，蓄電池內(nèi)阻突然增大，蓄電池的容量將發(fā)生變化，通過對內(nèi)阻測試數(shù)據(jù)不斷累積和定量分析，可以推斷出電池容量變化趨勢和壽命情況。人工進行內(nèi)阻測試耗時，測試數(shù)據(jù)少，一般要求一年一次，測試數(shù)據(jù)不能及時存儲和多年保留，分析功能較差。因此在電池巡檢的基礎(chǔ)上，增加了內(nèi)阻在線檢測，并采用現(xiàn)代的通訊和計算機等技術(shù)，建立了蓄電池在線智能監(jiān)控系統(tǒng)。

2）蓄電池在線容量活化:如果蓄電池組長時間不進行充放電，蓄電池組電解液就會出現(xiàn)分層現(xiàn)象，即電解液會分解為酸溶液濃度各不相同的液體層，這會影響到蓄電池在斷電時的供電能力，這種現(xiàn)象會最終導(dǎo)致在硫酸濃度較高的區(qū)域出現(xiàn)極板腐蝕。但如果經(jīng)常進行滿容量充放電測試每次通常會消耗幾十個小時甚至幾天的時間，這是一個高成本、對電池具有破壞性、不安全的過程（包括重新充滿電）。因此增加蓄電池在線容量活化，利用蓄電池在線智能監(jiān)控系統(tǒng)，定時在線進行蓄電池小容量核對性充放電測試，不但可以檢測蓄電池的容量，還可以經(jīng)常在線對落后蓄電池進行活化，提高蓄電池剩余容量。

蓄電池在線智能監(jiān)控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、放電模塊、監(jiān)控單元三部分組成，具有實時監(jiān)測電池的運行參數(shù)（電壓、電流、溫度）、定時自動測試電池內(nèi)阻、靜態(tài)放電測量電池容量、綜合測量判斷電池性能及變化趨勢以及顯示報警功能，系統(tǒng)還可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能管理。實現(xiàn)信息集中和遠程控制，使運行檢修人員、相關(guān)人員和管理決策層能夠通過局域網(wǎng)內(nèi)的任何一個終端用IE瀏覽的方式即可實時掌握各變電站蓄電池的運行情況及其性能變化趨勢，使蓄電池得到及時的維護，同時也為“設(shè)備狀態(tài)檢修”提供可靠依據(jù)，將“定期維護檢修”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”，從而實現(xiàn)對蓄電池的科學(xué)化管理，保證系統(tǒng)的可靠、安全運行。

方案二:增加蓄電池運行個數(shù)，采用遞減法拆除故障蓄電池

采取的措施:增加蓄電池運行個數(shù)。

方法:在調(diào)壓允許的情況下，母線電壓保持合格的范圍內(nèi)可適當(dāng)增加蓄電池運行個數(shù)，也可以理解為把備用蓄電池串入運行蓄電池組中，當(dāng)出現(xiàn)個別蓄電池容量損失過大或損壞的情況下，采用遞減法直接拆除該蓄電池，直至蓄電池個數(shù)無法拆除。例如，調(diào)壓范圍為0～25V，系統(tǒng)為110V電壓等級的直流系統(tǒng)蓄電池個數(shù)可以增加到58節(jié)，其最大的均衡充電電壓為136V（2.35*58），調(diào)壓后母線電壓保持在111V，完全滿足運行要求。當(dāng)有蓄電池出現(xiàn)故障無法恢復(fù)時直接拆除，直至52節(jié)時停止（以無調(diào)壓方式的系統(tǒng)為參考），這樣在增加極少投資的情況下可相應(yīng)延長蓄電池使用年限。

另外逐漸在變電站中推廣應(yīng)用的無調(diào)壓方式的直流系統(tǒng)建議停止使用。缺陷1、母線電壓不穩(wěn)定，即母線電壓時為均衡電壓122.2V，時為浮充電壓117V，時為事故放電時電壓。容易造成用電設(shè)備老化，甚至燒壞。缺陷2、蓄電池故障不可恢復(fù)時只能進行更換，故需做好該型號蓄電池備品采購及維護工作。由于不能確保蓄電池備品是同批次及同期的產(chǎn)品，故性能會出現(xiàn)較大差異，從而影響蓄電池使用壽命。另外備品需定期維護，不但會增加人員的維護量，而且蓄電池在不同的條件下會有不同的性能，也會影響蓄電池使用壽命。缺陷3、蓄電池故障不可恢復(fù)且無備品更換時，可能導(dǎo)致整組蓄電池的更換，造成不必要的浪費。

隨意電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，許多新的維護方法及手段正悄悄地應(yīng)用在變電站直流電源設(shè)備上，不但減輕了維護人員的工作量，也減少了因維護專業(yè)人員不足帶來困境，是保證了直流電源設(shè)備健康運行的有力手段。

[1]DLT7242000電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術(shù)規(guī)程.

[2]DLT 5044-2004電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程.