祁立

摘要：變電站中所用的閥控式密封鉛酸蓄電池由于其密封性好、使用壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定被稱為免維護(hù)閥控式蓄電池，其在變電站交流電發(fā)生故障是起到給二次設(shè)備供電的重要作用，但是所謂免維護(hù)并不是不需要維護(hù)，需要再分析其結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，研究其運(yùn)行方式和運(yùn)行要求，并且在變電站日常巡視中按照其運(yùn)行要求對(duì)蓄電池進(jìn)行維護(hù)管理。

關(guān)鍵詞：變電站;閥控式密封鉛酸蓄電池;運(yùn)行維護(hù)

1引言

在電力系統(tǒng)中，變電站是進(jìn)行電壓升降和電力分配的重要組成部分，其站內(nèi)自用電源為交流電源，且配有備用的直流電源，備用電源即蓄電池是在交流電源出現(xiàn)故障時(shí)為變電站的二次設(shè)備提供電源的重要設(shè)備，主要為變電站系統(tǒng)中的控制、合閘、通信、保護(hù)裝置、自動(dòng)化裝置等提供電源，對(duì)變電站系統(tǒng)乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行起到非常重要的作用。目前變電站中所使用的蓄電池大多為閥控式密封鉛酸蓄電池，其體積小、性能優(yōu)良、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，符合目前現(xiàn)代化的自動(dòng)化和智能化的生產(chǎn)方式對(duì)蓄電池的要求，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班和免維護(hù)使用，但是在實(shí)際的使用過(guò)程中，通常蓄電池沒(méi)有到使用年限就發(fā)生故障或者失效的問(wèn)題，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。所以需要研究蓄電池的日常維護(hù)技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)蓄電池的日常維護(hù)工作，確保變電站工作的順利進(jìn)行。

2變電站蓄電池概述

2.1變電站蓄電池的作用

在變電站中，蓄電池是站內(nèi)所用電源中直流供電系統(tǒng)的重要組成部分，主要為變電站系統(tǒng)中的二次系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電力支持，與站內(nèi)的交流電不同的是，蓄電池通常作為備用電源長(zhǎng)時(shí)間處于滿容量浮充運(yùn)行狀態(tài)，其在站內(nèi)的交流電正常敢做時(shí)主要為斷路器提供合閘電源，一旦站內(nèi)系統(tǒng)發(fā)生故障出現(xiàn)跳閘事故，蓄電池會(huì)繼續(xù)為變電站系統(tǒng)中的繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、短路器跳閘與合閘、拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備的整流設(shè)備、通信等提供電源并維持規(guī)定的時(shí)間，確保供電時(shí)間內(nèi)維修人員對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行搶修作業(yè)，從而有效避免系統(tǒng)故障而引起的變電站安全事故的發(fā)生，且由于變電站在整個(gè)電力系統(tǒng)中起著電壓升降和電力分配的重要作用，所以變電站蓄電池的穩(wěn)定性也對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行有著重要的意義。

2.2變電站蓄電池的發(fā)展現(xiàn)狀

上世紀(jì)50年代初期，蓄電池主要為開(kāi)口式鉛酸蓄電池，其具有抗震性差、充電要求高、放電特性差、壽命短、容易漏液、維護(hù)困難等缺點(diǎn)，所以逐漸被具有體積小、安裝維護(hù)方便、壽命長(zhǎng)、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)的鎘-鎳蓄電池所取代，并于上世紀(jì)70年被廣泛應(yīng)用。但是隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式對(duì)蓄電池提出了無(wú)人值班和免維護(hù)的更高要求，人們對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行了改進(jìn)，研發(fā)了閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA），與鎘-鎳蓄電池相比，其體積更小，比能量更大，使用壽命更長(zhǎng)，且使用維護(hù)更為簡(jiǎn)單，基本可以實(shí)現(xiàn)免維護(hù)使用，所以，在上世紀(jì)90年代，我們的電力和通信行業(yè)中開(kāi)始廣泛使用此類蓄電池，并且到目前為止，我們的變電站中基本普及此類蓄電池。

2.3閥控式密封鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)與原理

VRLA蓄電池主要有極板、隔板、電池槽蓋、極柱、安全閥等部分組成，其中極板有活性物質(zhì)和板柵組成，活性物質(zhì)是參加電池反應(yīng)的主要物質(zhì)，PbO2為正極活性物質(zhì)，海綿狀的Pb為負(fù)極活性物質(zhì)，電解液被固定在膠體中或吸收到隔膜中，無(wú)需用戶隨時(shí)添加電解液。其基本工作原理如下[2]：

VRLA蓄電池充電過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)方程式為：

正極：PbSO4+2H2O→PbO2+2H++2e-

負(fù)極：PbSO4+2H++2e-→Pb+H2SO4

總反應(yīng)：2PbSO4+2H2O→Pb+2H2SO4+PbO2

在蓄電池的充電過(guò)程中，PbSO4分解出的與H2O分級(jí)出的H+合成為H2SO4使得電解液的濃度不斷增加，所以蓄電池的電壓也會(huì)不斷增加，此時(shí)的充電電壓高于電池的電壓，電池內(nèi)的電流由正極流向負(fù)極。

VRLA蓄電池放電過(guò)程中總的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

Pb+2H2SO4+PbO2→2PbSO4+2H2O

蓄電池放電過(guò)程與充電過(guò)程相反，電解液會(huì)不斷被消耗，而水分會(huì)不斷增多，所以電解液濃度不斷降低、固體硫酸鉛增加，導(dǎo)致電池內(nèi)部的電子分布不均勻，電阻上升而電壓下降。

3閥控式密封鉛酸蓄電池的運(yùn)行方式與要求

3.1 VRLA蓄電池的運(yùn)行方式

VRLA蓄電池在正常運(yùn)行時(shí)是以浮充電的方式運(yùn)行，浮充電壓值宜為2.23～2.28V，均衡充電電壓值宜為2.3～2.35V，且在蓄電池的運(yùn)行中對(duì)其以下參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如蓄電池組的端電壓值和電阻值及絕緣性能、浮充電流值、蓄電池的電壓值、環(huán)境溫度等。

VRLA蓄電池的充電主要有恒流限壓充電、恒壓充電和浮充電三個(gè)階段，第一個(gè)階段為I10電流下的恒流充電階段，當(dāng)端電壓上升至限壓值時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)化為恒壓充電階段;在此階段電壓維持在限壓值，而I10充電電流逐漸減小，當(dāng)減小至0.1倍的I10電流時(shí)充電裝置啟動(dòng)倒計(jì)時(shí)，到達(dá)設(shè)定的時(shí)間之后便轉(zhuǎn)化為正常的浮充電階段。

VRLA蓄電池的核對(duì)性放電是檢查蓄電池容量缺陷的重要措施，對(duì)于初裝或者大修后的蓄電池組應(yīng)進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)，并且對(duì)于正常使用的蓄電池組應(yīng)每隔2～3年進(jìn)行一次試驗(yàn)，而使用時(shí)間超過(guò)6年的蓄電池組，應(yīng)每年進(jìn)行一次此試驗(yàn)。具體的核對(duì)性放電方法如下：對(duì)于只有一組電池的蓄電池組，因?yàn)椴荒軐⑵渫顺鲞\(yùn)行或者全核對(duì)性放電，所以需要以I10電流的恒流放電方式將電池的容量放至額定容量的二分之一，且在放電過(guò)程中注意保持端電壓不應(yīng)小于2V，之后再以I10電流恒流的方式進(jìn)行充電，如此充放電循環(huán)2～3次，既可以發(fā)現(xiàn)蓄電池存在的缺陷，也可以恢復(fù)其容量。當(dāng)蓄電池組的電池為兩組時(shí)，可以對(duì)其中一組進(jìn)行全核對(duì)性放電，即采用I10恒電流對(duì)蓄電池進(jìn)行放電，并放電至端電壓低于1.8V，間隔1～2h之后采用正常的三個(gè)階段的充電方式對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，如此充放電循環(huán)2～3次，如果3次循環(huán)之后充電結(jié)束時(shí)蓄電池組的容量低于額定容量的80%，則應(yīng)進(jìn)行更換。

3.2VRLA蓄電池的運(yùn)行維護(hù)要求

VRLA蓄電池的安裝要求：蓄電池應(yīng)安裝在專用的蓄電池室內(nèi)，且兩組蓄電池應(yīng)分別放置在獨(dú)立的房間內(nèi);蓄電池室不宜設(shè)置帶玻璃的窗戶，若有窗戶，應(yīng)安裝有遮光功能的玻璃避免陽(yáng)光直射蓄電池;蓄電池室內(nèi)的溫度不應(yīng)大于25℃，且要保持良好的通風(fēng)和照明;蓄電池內(nèi)的其他電氣設(shè)備應(yīng)具有防爆功能;同一蓄電池組中的電池廠家、型號(hào)、內(nèi)阻、電壓等級(jí)應(yīng)相同[4]。

VRLA蓄電池的驗(yàn)收與試運(yùn)行要求：首先應(yīng)根據(jù)蓄電池的安裝要求項(xiàng)目進(jìn)行檢查驗(yàn)收，確保蓄電池室內(nèi)道風(fēng)、照明、溫度等符合規(guī)定要求;其次應(yīng)確保蓄電池的外殼清潔、編號(hào)正確、布線整齊、標(biāo)志清晰;再次要檢查蓄電池的初充電和放電容量符合規(guī)定要求;最后確保蓄電池外殼為阻燃材料，且蓄電池組的絕緣電阻應(yīng)不低于0.5ΜΩ。在以上項(xiàng)目驗(yàn)收合格之后需要對(duì)蓄電池進(jìn)行72h的投入試運(yùn)行試驗(yàn)，試運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)采用電流I10進(jìn)行恒流充放電，并確保額定電壓為2V的蓄電池在放電結(jié)束時(shí)電壓為1.8V，并在一次充放電循環(huán)之后達(dá)到額定容量值的100%。

VRLA蓄電池的維護(hù)要求：首先在變電站日常巡視過(guò)程中應(yīng)對(duì)蓄電池組的外觀進(jìn)行檢查，主要檢查蓄電池殼體有無(wú)損壞、變形、電解液滲漏、連接片松動(dòng)或腐蝕、蓄電池溫度異常等問(wèn)題;其次應(yīng)每個(gè)季度對(duì)蓄電池進(jìn)行一次例行維護(hù)作業(yè)，維護(hù)內(nèi)容主要包括對(duì)蓄電池的電壓、電導(dǎo)值、溫度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和對(duì)比分析;確保蓄電池不存在過(guò)充、欠充和過(guò)放等問(wèn)題;對(duì)蓄電池的各連接片進(jìn)行緊固并涂覆防護(hù)材料，并確保不存在接觸不良、發(fā)熱、氧化等問(wèn)題;對(duì)蓄電池的外觀和各配件的清潔度進(jìn)行檢查和清潔維護(hù)。

4變電站蓄電池運(yùn)行維護(hù)中的常見(jiàn)問(wèn)題

變電站蓄電池在運(yùn)行過(guò)程中常見(jiàn)的問(wèn)題可以歸納為可能失效和已經(jīng)失效兩大類，前者主要表現(xiàn)為電池組外殼變形、電解液輕度硫化、浮充狀態(tài)下電壓超過(guò)額定電壓、蓄電池內(nèi)阻值偏大等;而后者則表現(xiàn)為蓄電池不能正常放電甚至出刊開(kāi)路現(xiàn)象、浮充狀態(tài)下出點(diǎn)短路問(wèn)題、運(yùn)行狀態(tài)下容量低于額定容量的80%等。

4.1蓄電池水分流失過(guò)多

由于閥控式密封鉛酸蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為貧液式設(shè)計(jì)，當(dāng)電解液的水分減少時(shí)蓄電池的電壓就會(huì)隨之下降，當(dāng)水分低于某個(gè)特定值時(shí)蓄電池的電壓就會(huì)低于終止電壓，此時(shí)的蓄電池就是失效。引起此問(wèn)題的原因有很多種，主要有以下幾種：一是由于浮充狀態(tài)下的電壓過(guò)高導(dǎo)致蓄電池內(nèi)部溫度過(guò)高，使電解液中的水分蒸發(fā)過(guò)快;二是由于蓄電池室內(nèi)的溫度過(guò)高加速了水分的蒸發(fā);三是由于蓄電池的閥控失靈或密封不嚴(yán)導(dǎo)致電解液泄露或者蒸發(fā)而出現(xiàn)蓄電池失水干涸的問(wèn)題。

4.2蓄電池的外殼變形

引起蓄電池外殼變形的原因主要使用、運(yùn)輸、儲(chǔ)存方法不當(dāng)或因外力原因造成的外殼變形，在使用時(shí)如果操作不當(dāng)容易引起外殼膨脹而導(dǎo)致蓄電池失效，主要是由于蓄電池內(nèi)部溫度突然升高、電壓升高、局部放電、短路、安全閥失靈等問(wèn)題引起蓄電池內(nèi)部壓強(qiáng)的變化，而導(dǎo)致蓄電池發(fā)生外殼膨脹等問(wèn)題。

4.3蓄電池容量降低

容量降低是蓄電池的常見(jiàn)問(wèn)題，通常規(guī)定電池容量低于額定容量的80%則表示電池的容量過(guò)低，說(shuō)明蓄電池失效，而引起蓄電池容量降低的原因主要是由于電解液變質(zhì)，引起電解液變質(zhì)的原因主要是因?yàn)殡娊庖核至魇А?/p>

4.4蓄電池內(nèi)部開(kāi)路

蓄電池內(nèi)部開(kāi)路即內(nèi)部不導(dǎo)通，電流無(wú)法通過(guò)而導(dǎo)致電池組一端的電壓值過(guò)高，其主要的是因?yàn)樾铍姵貎?nèi)部導(dǎo)體發(fā)生破壞或者由于電解液中的固體物質(zhì)過(guò)多導(dǎo)致電阻過(guò)高的原因，從蓄電池外觀上表現(xiàn)為外觀變形嚴(yán)重甚至是斷裂。

4.5蓄電池電解液滲漏

蓄電池電解液滲漏既容易導(dǎo)致電解液流失而電壓過(guò)高造成電池內(nèi)部損壞，也會(huì)由于流經(jīng)蓄電池外表面的槽蓋密封處、正負(fù)極接線柱、安全閥閥口等部位，導(dǎo)致電池發(fā)生短路等故障，造成電解液滲漏的原因主要有內(nèi)部短路、外界環(huán)境溫度過(guò)高或者充電電流過(guò)大等因素。

4.6蓄電池電壓

正如上文所述，蓄電池的浮充電壓范圍為2.23～2.28V，且宜選取2.25V作為正常的浮充電壓值，超過(guò)這個(gè)范圍則說(shuō)明電壓異常，造成蓄電池電壓過(guò)高的原因主要有：一是由于蓄電池安裝過(guò)程中的螺絲或者連接片等部位的緊固不到位，或者由于使用過(guò)程中連接部位松動(dòng)等導(dǎo)致的接觸不良的現(xiàn)象，此時(shí)蓄電池的內(nèi)部電阻升高而導(dǎo)致電壓過(guò)高;二是由于隨著蓄電池充放電次數(shù)的增加，其內(nèi)部容易出現(xiàn)過(guò)氧或過(guò)電位的問(wèn)題，容易導(dǎo)致蓄電池的電壓過(guò)高。

5變電站蓄電池的日常維護(hù)及管理措施

5.1蓄電池的采購(gòu)和驗(yàn)收

閥控式密封鉛酸蓄電池的使用壽命過(guò)長(zhǎng)，所以在采購(gòu)時(shí)應(yīng)選擇具有相關(guān)生產(chǎn)資質(zhì)的正規(guī)廠家，并具有相關(guān)檢驗(yàn)單位的檢驗(yàn)合格報(bào)告。蓄電池在變電站投入使用之前應(yīng)有專業(yè)的驗(yàn)收人員進(jìn)行外觀檢驗(yàn)和性能測(cè)試，確保外觀和性能參數(shù)與檢驗(yàn)報(bào)告一致，結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)要求;還要進(jìn)行百分百的放電試驗(yàn)，確保電池容量符合要求;最后還要進(jìn)行電導(dǎo)測(cè)試，確保電導(dǎo)值的均衡性，且整組電池的極差不應(yīng)超過(guò)10%，以確保電池的質(zhì)量。

5.2蓄電池維護(hù)人員的注意事項(xiàng)

在蓄電池投入運(yùn)行的過(guò)程中，維護(hù)人員應(yīng)按照本文3.2中所述的運(yùn)行要求進(jìn)行維護(hù)管理，將其運(yùn)行環(huán)境溫度在適宜的范圍之內(nèi)并加強(qiáng)對(duì)溫度的監(jiān)控;運(yùn)行之前要進(jìn)行百分之百的充電，且在交流電事故時(shí)蓄電池啟用之后也需要進(jìn)行相應(yīng)的充電操作;在變電站日常巡視過(guò)程中注意對(duì)蓄電池的巡視，檢查其外觀及外殼溫度等是否存在異常情況，此外還要檢查電池的電壓、電流、母線的電壓、電流等參數(shù)。

5.3加強(qiáng)對(duì)蓄電池的管理

閥控式密封鉛酸蓄電池的使用壽命長(zhǎng)，性能穩(wěn)定，比較適用與無(wú)人值班的場(chǎng)合，但是免維護(hù)不代表真的不需要維護(hù)，在蓄電池的使用過(guò)程中還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)蓄電池的檢測(cè)、記錄和調(diào)試，并做好日常檢測(cè)數(shù)據(jù)的保存和管理，由專業(yè)技術(shù)人員對(duì)這些數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行分析和計(jì)算，可以及時(shí)跟進(jìn)蓄電池運(yùn)行中的異常狀況預(yù)測(cè)其故障隱患并進(jìn)行處理，將其故障隱患進(jìn)行及時(shí)排除，避免故障發(fā)生引起蓄電池失效等問(wèn)題，這樣才能實(shí)現(xiàn)蓄電池的零故障和免維護(hù)。

6結(jié)語(yǔ)

綜上所述變電站中蓄電池是在交流電發(fā)生故障時(shí)為站內(nèi)的保護(hù)裝置、通信應(yīng)急裝置等二次設(shè)備提供電力供應(yīng)的重要設(shè)備，目前變電站中所采用的主要為閥控式密封鉛酸蓄電池，其結(jié)構(gòu)性能良好、使用壽命長(zhǎng)，所以在變電的正常運(yùn)行中維護(hù)人員會(huì)有“免維護(hù)”的錯(cuò)誤觀念，認(rèn)為“免維護(hù)”就是不用維護(hù)，但是在蓄電池的實(shí)際運(yùn)行中，維護(hù)人員應(yīng)按照蓄電池的技術(shù)要求和相關(guān)規(guī)范執(zhí)行維護(hù)措施，加強(qiáng)對(duì)蓄電池的內(nèi)阻測(cè)試、充放電維護(hù)等，確保蓄電池的“零故障”運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)真正的“免維護(hù)”。

參考文獻(xiàn)

[1]安仁杰，楊愛(ài)晟.變電站閥控式鉛酸電池的故障分析與運(yùn)行管理研究[J]工程技術(shù)：引文版，2016（12）：212-213

[2]王玲，梅成林，盛超，等.閥控鉛酸蓄電池的全生命周期管理策略[J]電源技術(shù)，2016，40（3）：588-590

[3]張依群，黃健洪，吳澤君，等.變電站閥控電池組智能管理系統(tǒng)研究[J]自動(dòng)化與儀器儀表，2015（11）：99-100

[4]李金濤.變電站閥控式鉛酸蓄電池的故障分析與運(yùn)行管理[J]廣東電力，2008，21（9）：76-78