環境對變電站蓄電池質量的影響分析及對策

林立鵬

（廣東電網有限責任公司佛山供電局，廣東 佛山528000）

0 引言

蓄電池作為變電站自動化控制、繼電保護、監控、操作、照明的重要保證，通常被稱為變電站直流系統的“心臟”，在交流失電的情況下，通過直流系統對二次設備進行供電，成為變電站系統電源的最后一道防線。當前，在變電站直流系統中所使用的蓄電池大部分都更新為閥控電池，這種蓄電池擁有良好的密封性和較長的使用壽命。然而，運行結果表明，環境的變化將嚴重影響蓄電池的運行質量和使用壽命。本文著重分析溫濕度、重合閘、備自投、人為操作等因素對變電站蓄電池室環境的影響，并列出相應的應對措施。

1 閥控電池工作原理

閥控式密封鉛酸蓄電池采用陰極吸收式的電化學原理和獨特結構設計的材料，從而保證電池內的氧氣循環復合的建立。其氧氣循環化學反應方程為：

過程：

從以上反應原理可以看出，蓄電池在正常充放電時，內部電解液會發生分解—化合循環反應，這樣可以保證電解液不會損失。

2 溫度對蓄電池的影響

2．1 環境溫度和電池容量關系的計算式

依據我國標準，閥控式密封鉛酸蓄電池放電時，若溫度不是標準溫度（25℃），則需將實測電量換算成標準的實際電量Ce，即：

式中，Cr為非標準溫度下電池放電量；t為放電的環境溫度；K為溫度系數。

溫度與容量的關系曲線如圖1所示，溫度越高，容量越高。國內試驗數據表明，溫度每升高6℃，蓄電池的壽命縮短一半。溫度越低，容量越低，當溫度為5℃時，蓄電池的容量只有額定容量的70%。

2．2 溫度對電池內阻的影響

試驗表明，如果環境溫度為0～30℃，電池的內阻隨溫度升高而降低，當電池溫度降低時，電池的內阻逐漸增大，電池內阻與溫度呈直線變化關系。所以，電池核容工作溫度在0～30℃范圍內，電解液的導電性好。

圖1 溫度與容量的關系曲線圖

當環境溫度降至0℃以下時，由于蓄電池內硫酸溶液黏度變大，硫酸溶液比電阻增大，加重了電極極化影響。數據表明，溫度每降低10℃，內阻約增大15%左右，這就使得蓄電池容量明顯減小。

2．3 溫度對充放電的影響

閥控式密封蓄電池中的浮充電流對溫度非常敏感，溫度每變化10℃，電流將出現成倍的變化；在同一充電電流之下，浮充電壓降低，溫度會升高。如果不進行溫度調節，會影響電池內阻，而導致電池充電效果下降，讓電池長期形成記憶效應，容量也逐步下降。倘若在低溫下充電，擴散電流密度明顯減小，而交換電流密度減小不多，所以濃差極化加劇，則會引起充電效率的降低。另一方面，上次放電的硫酸鉛在低溫下的飽和度又使電池充放電反應阻力增加，因而進一步降低了充電效率。倘若電池在10℃以上的環境溫度下充電，極化作用會明顯減小，硫酸鉛溶解速率和溶解度都可提高，加之在較高溫度下氧擴散速率也增大，在這些綜合因素的影響下電池充放電效率就會提高。

3 影響蓄電池運行環境的因素

3．1 重合閘動作對蓄電池空調的影響

重合閘作為變電站繼電保護的一種重要方式，當線路出現故障時會自動跳開斷路器，在故障消除后，電源斷路器自動重合。

當變電站因為重合閘導致瞬間失電后，站內的空調將失去電源，許多空調設備哪怕是在0．5 s之后恢復電源，也不能重新自動開啟，必須通過人工方式開啟空調。而當前對于變電站來講，很多都是無人值守的智能變電站，這就使得空調設備很難及時開啟。

3．2 備自投動作對蓄電池空調的影響

備自投是變電站一種備用電源自投方式，當變電站主供電源故障時，備用電源自動投入。對具有備自投的變電站，當主供電源出現故障時，一般在2 s內立即切換到備用電源，但這仍然會使空調設備瞬間失壓，影響到變電站無自啟動功能的空調，造成室內溫度異常。

3．3 蓄電池排放氣體對蓄電池環境的影響

蓄電池在運行過程中，會出現排氣現象。這些氣體主要是氫氣，還有一些腐蝕性的氣體，將直接導致蓄電池本體受到腐蝕。如果排出的氫氣濃度過大，遇到火花還會導致火災。這個問題對變電站來講是致命的風險。

3．4 人為操作對蓄電池空調的影響

人為操作包括空調設備電源檢修、站用變壓器檢修、站用電源定期輪換等，這些工作會使空調設備瞬間失去電源。此時需要人工開啟空調設備，造成工作量的增加。有些工作人員會忘記開啟電源，這也是造成蓄電池環境異常的原因之一。

4 保障變電站蓄電池運行環境質量的措施

第一，針對變電站蓄電池室有制冷和供暖設施的，溫度應該保持在20～25℃之間，從而保障蓄電池的正常運行。第二，在蓄電池室安裝環境監測控制系統（圖2），實現對溫度、濕度、氫氣的24 h監測、告警。系統可實現數據收集、統計、分析功能。第三，實現來電自啟動空調功能，同時系統可恢復空調設備原運行狀態。第四，加強對室內蓄電池氣體排放的監測。可通過設計自動排氣系統的方式，如安裝排氣扇等，對蓄電池室進行排氣，降低氣體濃度。第五，加強對室內溫度的監控，在室內溫度過高的情況下，禁止蓄電池以浮充的方式運行，從而防止蓄電池超溫。第六，自動控制空調設備，能根據環境狀態實現溫度調節、抽濕、加熱的自動切換功能，并可進行遠方調節。

圖2 蓄電池室環境監測控制系統設計方案

5 結語

本文分析了閥控式密封鉛酸蓄電池的原理、溫度對蓄電池質量的影響以及造成蓄電池室環境異常的原因，提出了變電站蓄電池環境維護方案，希望能為變電站蓄電池的維護運行工作提供參考。

［1］陳蕾．電氣設備故障檢測診斷方法及實例［M］．2版．北京：中國水利水電出版社，2012．

［2］廣東電網公司東莞供電局．變電站直流系統典型故障分析［M］．北京：中國電力出版社，2014．