關于降低變電站內蓄電池組火災風險的探討

范書豪

摘? ?要：直流系統為變電站內的繼電保護裝置、自動調節裝置、遠動終端以及開關分合等提供可靠的直流電源，對保證變電站所有一、二次設備的安全運行起著重要作用。然而目前針對蓄電池組發生組間短路故障的情況，并無有效手段隔離故障點，只能任由故障擴大直至燒毀蓄電池。本文針對蓄電池發生火災的幾點原因進行探討，并提出了一種針對蓄電池極間短路的解決方案。

關鍵詞：蓄電池組? 火災風險? 組間短路? 熔斷器

中圖分類號：TM912? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）03（a）-0081-02

直流系統在變電站內應為控制回路、信號回路、繼電保護裝置、自動調節裝置、遠動終端、事故照明回路以及逆變電源等提供可靠的直流電源，對保證變電站所有一、二次設備的安全運行起著重要作用，可以說失去了直流電源，電力系統的三道防線無異于形同虛設。在電網出現重大事故時往往伴隨著站用變低壓脫扣等異常現象，此時整流電源裝置將失去交流輸入，蓄電池組成為保證直流供應的最后一道防線。正所謂“養兵千日，用兵一時”，因此做好蓄電池的日常維護工作，對直流系統安全可靠供電，防止因開關、保護拒動而擴大事故規模有著重要的意義。本文提出了一種當發生蓄電池組內短路及出口正負極電纜發生故障產生很大的故障電流時，蓄電池組能自動切除故障電流并發出信號至監控系統的辦法，防止因故障電流長期存在而引發的蓄電池組燒毀爆炸、全站直流失電等惡劣事件的發生。

1? 原因分析

通過查閱2009—2019年間發生的蓄電池組燒毀的事故報告，將事故原因歸類為以下兩種。

（1）金屬工器具使用不當造成蓄電池組內短路：變電站內蓄電池組是由104塊獨立的鉛酸閥控蓄電池串聯組成的，由于其特殊的放置順序，只需較短的導體就可以引發多塊蓄電池極間短路，最嚴重時將發生104塊蓄電池全部短路的情況（1、104號蓄電池短路），此時將產生巨大的短路電流，極易引發火災、爆炸的情況。經調查發現目前標準蓄電池架內單體蓄電池間橫向間距較窄，在檢修過程中易發生絕緣工具使用不當導致跨多塊蓄電池的短路故障。相關資料表明，幾乎每年都有發生此類事故，且一旦短路將產生巨大火花如果現場沒有適當的絕緣工具很難將導致短路的物件移開，因此將其確認為主要原因之一。

（2）蓄電池組出口電纜絕因為各種原因易發生短路：按照最新版《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》要求，蓄電池出口總電纜應采用阻燃電纜，非阻燃電纜應刷阻燃漆;蓄電池出口總電纜應使用鎧裝電纜，非鎧裝電纜應在穿越電纜豎井時加裝金屬套管。可見蓄電池出口電纜嚴禁發生短路故障，一旦發生短路將產生巨大的短路電流，目前直流系統中沒有任何保護措施可以切斷故障電流，故障將最終發展為蓄電池著火爆炸的惡性事故。經過現場勘查全區各220kV及110kV變電站的蓄電池出口電纜情況，發現一些年代較早的變電站由于電纜豎井擁擠等原因出口電纜未更換為鎧裝電纜或加裝金屬套管。在擁擠的電纜豎井中部分電纜架、爬梯因銹蝕斷裂存在鋒利的端口，極易劃破電纜絕緣層造成短路事故。同時，在蓄電池出口總電纜的始端和末端電纜頭處也存在因檢修人員操作失誤造成出口電纜短路的可能性，因此將其確認為主要原因之二。

2? 解決方案

（1）使用絕緣擋板，降低誤操作的風險：由之前的分析可知，蓄電池間短路主要是由于橫向距離過窄。考慮到蓄電池相關工作并不同時涉及蓄電池架兩邊的電池。所以可以在蓄電池架中間加裝一層隔離擋板，這樣就完全杜絕了因橫向間距短而造成的短路事件。該方案施工成本低，操作簡單，只需將定制的隔離擋板由蓄電池架中間的縫隙放進去固定即可，無需退出整組蓄電池或焊接蓄電池架。

如圖1，在蓄電池架中間加裝了絕緣隔離擋板后，完全消除了由蓄電池間橫向間距過窄所遺留下的隱患。由于日常維護所使用的工器具長度有限（15cm以內），不可能上下跨接或左右跨接兩個以上蓄電池。同時，蓄電池單體電壓約2.25V左右，即便檢修人員操作失誤短接了少數蓄電池時，由于蓄電池及短接部件本身有一定的阻抗，其產生的短路電流不大，可以輕易隔離短路故障，加裝隔離擋板后基本上杜絕由于人為操作失誤而導致的蓄電池組嚴重短路的可能性。

（2）由加裝在52號、53號蓄電池間的熔絲來切斷短路電流并向監控系統發出信號：考慮到意外情況下可能發生的蓄電池間短路（例如地震時蓄電池架坍塌）及蓄電池出口電纜短路，此時蓄電池組出口總熔斷器熔斷，保護直流母線不受故障影響，然而蓄電池組自身的短路故障仍然存在直至蓄電池組燒毀。因此如果在52號和53號蓄電池的連接部分間串入了一個快速熔斷器，同時在其上并聯了一個小熔斷器用以發信號（相當于一個報警的常閉接點，在主站段取反即可）。此時，由于熔斷器處于整個蓄電池組包括出口電纜的最中間部位，絕大部分短路情況該點都在短路回路中，同時輔以出口總熔斷器的保護，足以切除蓄電池組系統發生的絕大部分短路故障。

3? 結語

由西安南郊變主變失火爆炸造成大面積停電的慘痛教訓我們深刻領悟了直流系統的重要性，直流系統是變電站內所有一、二次設備能夠正確動作的前提，而蓄電池則為各種意外情況下直流系統能穩定運行提供了根本保障。本文提出的兩種方法從預防到事故處理實現了蓄電池組間短路保護從0到1的突破，大大降低了變電站蓄電池組火災的風險，為保障電力系統安全穩定運行、居民用電的可靠性提供了新的保障。

參考文獻

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