基于磷酸鐵鋰蓄電池的變電站直流電源系統應用研究

趙娟娟

摘 要：為提高變電站直流電源系統供電可靠性，降低安全運行維護成本，直流電源系統蓄電池在設備選型應用上需要邁出堅實的步伐，在電網快速擴張今天，變電站設備選型原來越智能化，對直流電源可靠性提高到了新的高度，對此，需要不斷地探索應用新產品，新材料，新技術，對此，相比較其它蓄電池，磷酸鐵鋰蓄電池超長壽命、使用安全、綠色環保、可大電流充放電、耐高溫、自放電率小、無記憶效應、體積小、重量輕的特點，研究磷酸鐵鋰蓄電池組在變電站直流電源系統中應用意義重大。

關鍵詞：磷酸鐵鋰蓄電池；直流電源系統

直流電源系統是變電站二次設備的核心，其運行的可靠性直接關系到變電站的安全可靠運行。當前，電力系統直流蓄電池主要選型使用閥控式密封鉛酸蓄電池，其單體電壓“一致性”差，溫度對電池特性影響大，有漏液、電池鼓肚現象，壽命偏短。現在，煤炭行業已經出臺了在新項目中禁止使用鉛酸電池的規定。在這種情況下，閥控式密封鉛酸蓄電池作為一種落后的工藝逐漸將被替代，而鋰電池的迅速發展也成為一個替代閥控式密封鉛酸蓄電池的優秀產品。

在變電站的直流系統中，由于閥控式密封鉛酸蓄電池只需嚴格控制整流器的充電電壓，根據浮充使用和循環使用的不同要求，采用規定的電壓進行恒壓充電，無需值班人員過多操心電池的充電過程，不必添加蒸餾水，也不必經常檢測電池端電壓、電解液比重及溫度，只需定期檢測電池端電壓和放電容量即可，其使用方便、安裝簡便、安全可靠，閥控密封鉛酸蓄電池是目前電力系統發電廠、變電站直流電源系統的主流選擇。目前國內變電站大部分采用的蓄電池是閥控式密封鉛酸蓄電池。閥控式密封鉛酸蓄電池除不測量密度，不添加蒸餾水之外，其它維護工作和一般蓄電池同等對待，閥控式密封鉛酸蓄電池并不是免維護蓄電池，只是不加水、不測比重。目前運行的閥控式密封鉛酸蓄電池在電力系統變電站運行工況并不樂觀。閥控式密封鉛酸蓄電池主要有以下缺陷：一是蓄電池單體電壓“一致性”差，溫度對電池特性影響大，有漏液、電池鼓肚現象，壽命偏短。《電力工程直流電源設備通用技術條件及安全要求》建議閥控式密封鉛酸蓄電池室的環境溫度應盡可能保持在5-35℃之間，但在實際運行中，要保證常年環境溫度在規定范圍內比較困難。二是存在隱蔽缺陷，部分蓄電池容量存在不足。在浮充狀態下，端電壓正常、溫度正常、無漏液，但在站用電交流失壓、大電流沖擊、意外低電壓情況下，存在隱蔽缺陷的蓄電池就可能會出現極板脫落、短時間容量“跳水”崩潰現象；三是閥控式密封鉛酸蓄電池對過充電較為敏感，在過充電情況下有燃燒及爆炸危險，給變電站的設備安全運行帶來潛在風險。四是廢舊閥控式密封鉛酸蓄電池處理不當會對環境造成嚴重污染。

在電力系統中，為確保直流電源不間斷，一般都采用開關整流器（充電器）與蓄電池組并聯的浮充電使用方式。在浮充狀態下，充電電流主要用于電池因自放電而損失的容量，但是浮充狀態下充電電流又是與電池的浮充電壓密切相關的。因而為了使閥控鉛酸蓄電池有較長的浮充使用壽命，在電池使用過程中，要充分結合電池制造的原材料及結構特點和環境溫度等各方面的情況，制定電池合理的使用條件，尤其是浮充電壓的設定。例如：在環境溫度為25℃時，標準型閥控式密封鉛酸蓄電池的浮充電壓應設置在2.25V，允許變化范圍為2.23～2.28V。浮充電壓設置過低，電池長期處于欠充電狀態，不僅會在電池極板內部形成不可逆的硫酸鹽化，而且還會在活性物質和板柵之間形成高電阻阻擋層，使電池的內阻增加、容量下降，最終使其壽命提前終止；浮充電壓設置過高，電池長期處于過充電狀態，會使電池充電電流增大，不僅會使安全閥頻繁開啟導致失水增加，容量衰減；而且還會使電池內產生的熱量來不及散掉，溫度升高，形成惡性循環，造成熱失控，另外還會使板柵腐蝕加速，浮充使用壽命提前終止。

當然為了使電池既不欠充電，也不過充電，還需要根據環境溫度的變化來調整浮充電壓，通常的調節系數為±3mV/℃。但決不是說有了浮充電壓的調節系數，電池就可以在任意環境溫度下使用。要知道，溫度低時，由于浮充電壓增大，同樣會引起浮充電流增大，板柵腐蝕加速，壽命提前終止等一系列的問題；而溫度高時，浮充電壓減小，也會形成電池欠充電的一系列問題。由此可知，閥控式密封鉛酸蓄電池安裝使用時，最好安裝在裝有空調的、通風條件良好的房間內，同時還要遠離開關整流器等熱源，并且電池多層安裝時，也最好不要安裝在電池柜內，以免影響散熱。通常，過放電越嚴重，下次充電時，落后電池越不容易恢復，這就將嚴重影響電池組的壽命。由于閥控式密封鉛酸蓄電池過壓、欠壓充電會對電池的壽命及容量產生較大影響，不能耐受高溫，溫度對均、浮充電壓影響較大，在使用過程中稍有不當，很容易造成蓄電池組提前報廢。

磷酸鐵鋰材料無任何有毒有害物質不會對環境構成任何污染被世界公認為綠色環保電池，該電池無論在生產及使用中，均無污染，磷酸鐵鋰蓄電池列入了“十五”期間的“863”國家高科技發展計劃，成為國家重點支持和鼓勵發展的項目。我國現在已有一些工廠生產磷酸鐵鋰蓄電池正極材料及生產各種不同容量的磷酸鐵鋰蓄電池。由于生產時間不長，規模還不大，造成供不應求的情況。不過，這種情況可望在2～3年內得到改變，磷酸鐵鋰蓄電池將更便宜，并且其應用將更普遍。

參考文獻：

[1]馮海洋.論智能變電站一體化電源的安全可靠性[J].中國電力教育，2012（30）：134-135.