關于變電站內蓄電池組安全運行與維護方式的探討

【摘要】本文從變電站直流系統中的蓄電池組的安全運行、維護、檢修、測試等方面出發，對其規范設計、安裝要點進行了概要的介紹。并重點針對蓄電池的常見故障和安全隱患及相應的預防措施、測試方法做了詳細介紹，提出了對蓄電池組運行管理和維護有效的建議。

【關鍵詞】蓄電池；浮充；均充；直流系統；變電站

直流系統為變電站內的直流電機、操作機構、事故照明、UPS、控制回路等提供直流動力或控制電源，其正常運行時由交流整流而得到，蓄電池組是直流系統的后備電源，當直流系統的交流電源發生故障時，蓄電池輸出直流，不經過充電裝置而直接為直流系統母線供電。蓄電池的運行原理涉及物理反應和化學反應，故其從設計、制造、安裝、管理和維護方面都與站內其余電氣設備有不同之處，在安全監督中有特別需要注意的事項。本文在正常規范要求的基礎上，特別提出影響蓄電池運行管理的技術問題。

1.蓄電池組的運行環境及運行條件

1.1 蓄電池組的運行環境

從布置設計和安裝的角度來看，符合規范要求的運行環境能夠為蓄電池提供安全的運行條件，可以使蓄電池在正常工況下運行，不影響其使用壽命；同時可以減少蓄電池組運行時的安全隱患（系統安全和人身安全），國內參考的規范為《GB 50172電氣裝置安裝工程蓄電池施工及驗收規范》，《DL/T 724電力系統用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術規程》和《DL/T 5044電力工程直流系統設計技術規程》，國外參考的規范為《IEEE Std 1188》。蓄電池組對運行環境的要求主要源于其運行時的發熱量、可能泄露的化學液、氣體帶來的危險。首先對放置蓄電池的房間要求更嚴格的通風冷卻條件，有足夠的間隔距離，具有排水坡度設計的地板和平坦的天花等（防止危險氣體聚集）；其次，如果采用電池架，則要求架底到地面有一定距離以便底面通風，與荷載配合的基礎，對電池架的水泥臺、地面材質都有要求，國外工程還會要求蓄電池組附近有提供運行人員使用的洗眼器等等；另外，對蓄電池室內的燈具、風機等都有防爆要求?？梢哉f，降低蓄電池運行管理和維護工作的工作量的前提是合理、嚴格的運行環境。

1.2 電氣運行條件對蓄電池安全運行的影響

電氣因素可能給蓄電池運行帶來的安全隱患是其熱效應以及絕緣問題。根據規程要求，蓄電池間宜布置在直流系統柜附近，目的是為了盡量縮短蓄電池出線電纜的長度，由于當站用電或直流系統的交流電源發生故障時，蓄電池短時放電電流很大，為了不至于短時間內溫升過高帶來的電纜、端子的絕緣危險，應選用截面足夠大的電纜，從經濟上和電壓降考慮，該電纜應盡量縮短。

2.影響蓄電池組使用壽命的因素

盡管目前廣泛使用的閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA）宣稱安全便捷、無需維護，使用壽命能達到10年以上，容易使運行人員掉以輕心，而不正確的使用方式將使蓄電池的使用壽命大打折扣。

2.1 浮充電壓超限的影響

浮充電壓和蓄電池結構、電解液比重及負荷有關，浮充電電壓不宜過高或過低，過高則會過充電，過低則會充電不足。比起國外規范規定，我國要求的浮充電壓更低一些，單體VRLA電池額定電壓為2V，浮充電壓為2.23～2.27V，均充電壓2.3～2.4V。

（1）失水是蓄電池本身隨時間推移一個緩慢發生的現象，氣體化合降低、外殼滲水、腐蝕和電池自放電都會使電池失水，然而，當浮充電壓高于此限值或者過高，會造成充電電流過大會加速電池內部電解液失水，甚至導致熱失控，產生外殼鼓包和漏氣，壽命下降，當失水量大于百分之十五時，可認為電池失效。

（2）當浮充電壓低于限值，電池處于欠充電狀態、充電不及時或者長期擱置備用，內部極板會發生硫酸鹽化，形成粗糙堅硬難溶的硫酸鹽，而使容量下降，失水也會加速硫酸鹽的形成。

值得一提的是，上述電壓的影響是建立在電池內阻統一、合格的基礎上而言的，如果單體電池內阻過大，會增加發熱；如果多組連接的電池內阻大，會造成浮充電流變大，整組電池過熱。

2.2 蓄電池管理單元（巡檢儀）的應用

（1）由多臺蓄電池管理單元組成的監控網絡，可以由電網的控制中心監控多個變電站蓄電池組的運行情況，包括蓄電池的單體電壓、總電壓、充電電流、放電電流、剩余容量、電池溫度等數據。后臺可獲取蓄電池管理單元上的數據，實現蓄電池在線監測及專家診斷，該過程是24小時連續不斷進行的，不存在時間死角，運行人員可以隨時處理問題，滿足無人值守電站的需求。

（2）蓄電池管理單元起在線監測及診斷的功能。從網絡連接來看，一般通過RS485上傳至直流系統的總監控單元，再連同直流系統的信號一并以通訊的方式上傳至后臺（有的工程也將一些重要的狀態量通過硬接線上送，但需要增加電纜及測點的成本），后臺通過在線監控來對蓄電池進行管理，近來有的工程引進國外的蓄電池管理單元，需要注意的是，由于蓄電池和直流系統的關系十分密切，狀態監測和故障判斷需要經過邏輯過程，所以宜將蓄電池管理單元的信號經過直流系統的總監控單元統一上送，如果總監控單元和蓄電池管理單元不是統一采購，那么國外品牌的報文格式或通信協議與國內品牌的設備很可能不同，而需要單獨走通訊通道上送至后臺，增加了成本和邏輯上的復雜性。

2.3 重點監測數據

（1）蓄電池組運行時的容量，需要監測是否達到標稱值，監測手段為容量測試或內阻測試。如果個別電池處于開路狀態，造成蓄電池組無容量輸出，即蓄電池組退出運行，如果此時交流電源故障，而無直流電源投入使用，保護設備可能誤動，產生嚴重后果。

（2）浮充電流、單體電壓、終端電壓，需控制在合格范圍內，并注意電流突變的情況。

（3）溫度。包括室溫和接線端子的溫度，前者是確保運行環境，后者是檢查端子是否發熱、變形等現象。

（4）腐蝕污染。檢查導線、螺栓、電池架（柜）是否受到腐蝕或污染。

3.蓄電池組試驗典型試驗及特性曲線

以某品牌單體蓄電池容量測試為例：

3.1 浮充電壓與使用壽命

4.總結及建議

使用端電壓來判斷蓄電池的容量達標情況、是否失水等方法，對于長期用浮充電方式運行的VRLA電池來說是有難度的，《DL/T 724電力系統用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術規程》中提及應對新建工程進行全面核對性放電試驗，每隔三年進行一次；投運六年后的蓄電池組，則每年進行一次。這種核對性放電則需要在多項測試中對照標稱值和標稱曲線，對每個單體蓄電池的維護和故障排除更加有效。

參考文獻

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