閥控式密封鉛酸蓄電池典型缺陷防治措施研究

黃 武，林翔宇，覃 劍

（1.廣西電網有限責任公司電力科學研究院，南寧 530023；2.廣西電網有限責任公司，南寧 530023）

引言

閥控式密封鉛酸蓄電池因具有成本低廉、原材料來源豐富等優點，是變電站直流電源系統的主要組成部分[1]。變電站直流電源不間斷供電主要使用閥控式密封鉛酸蓄電池（以下簡稱蓄電池），每組蓄電池帶全站直流負荷事故放電時間應不小于2 h。蓄電池作為站內應急電源可為包括電氣控制、信號、測量和繼電保護、操作機構直流電動機、斷路器電磁操動的合閘機構、站內交流不停電電源系統等負荷[2,3]供電。

近年來，廣西電網內由于蓄電池缺陷引發的故障時有發生[4]。由于管理上的漏洞和認識上的問題，一些低級錯誤行為造成的蓄電池缺陷，長期得不到發現，相關人員對這些缺陷發生的原因及環節不甚了解。由相同或相似原因引發的缺陷及故障不斷地重演。鑒于此，研究分析了蓄電池典型缺陷原因，并提出對應的防治措施。

1 蓄電池典型缺陷

直流電源系統通常由交流輸入、充電裝置、饋電屏、蓄電池組、監控單元（含饋線狀態監測單元）、絕緣監測（含接地選線）、硅降壓回路（可選）、蓄電池電壓巡檢裝置、電壓電流測量表計等組成。其中，蓄電池正常使用時保持氣密和液密狀態，當內部氣壓超過預定值時，安全閥自動開啟，釋放氣體；當內部氣壓降低后安全閥自動閉合，同時防止外部空氣進入蓄電池內部，使其密封。鉛酸蓄電池內的電極反應同時析出氧，此時通過氧在蓄電池中的再復合實現氧的循環，在確保電池密封的前提下避免電解液密度大幅變化[5]。蓄電池在使用壽命期限內，正常使用情況下無需補加電解液。

以下介紹蓄電池5類常見的典型缺陷：

（1）變電站交流電失壓時，由于蓄電池失效造成直流失壓，導致保護裝置和自動裝置等無法正常運行；

（2）新裝的電池組投產已失效，造成較大的經濟損失，對運行造成很大安全隱患；

（3）交流失壓后，由于電池失效，直流電壓降低很快，巡維人員在操作時沒觀察電動操作開關導致開關合閘線圈燒壞，保護裝置操作回路板和儲能接觸器等設備燒壞，造成經濟損失；

4）站用新裝蓄電池充電普遍出現膨脹現象，不合格；

5）站用新裝蓄電池一致性差（例如，在某組蓄電池單體放電試驗中，除了#65電池較好，其他9個電池:#13、#17、#29、#48、#56、#67、#92、#93性能差）。

2 蓄電池典型缺陷分析

經對現場情況及蓄電池運行狀態的了解，初步分析產生以上5個蓄電池典型缺陷的主要原因。

（1）蓄電池浮充電壓實測值偏大，為蓄電池發生過熱失控的主要原因；電池柜通風散熱不良、電池排列過密更加劇了熱失控的程度。

（2）施工建設期間蓄電池存放在室外，日曬雨淋，不符合存放要求，造成過放失效；安裝后沒有進行核容試驗；縣級供電企業缺乏必要的檢測手段。

（3）由于人員和設備等原因，縣級供電企業直流電源的日常巡視、維護檢修、試驗等基本空白。蓄電池在運行中失效后，不能及時發現，往往要等到交流電失去后，才得以發現，造成事故的發生。

（4）蓄電池失效的主要原因有：蓄電池出廠時間與投運時間間隔過長（約有10%的項目存在此現象），長期的閑置期間又未按規定對蓄電池進行補充充電，使蓄電池由于自放電的原因，造成負極不可逆硫酸鹽化失效；安裝后沒有進行核容試驗；縣級供電企業由于設備和人員等原因，還沒有開展對蓄電池的檢查維護試驗工作，發生故障的機率較高。

（5）劣質蓄電池混入電網市場。一些電池廠商通過低價招標中標，降低產品質量。此次蓄電池普遍出現膨脹變形現象，主要是由于電池內部壓力激劇增加而產生的。主要原因有：安全閥開閥壓力過高，安全閥阻塞；O2的復合率低，電池內部壓力迅速增大，當壓力增加到一定程度時安全閥閥門不能正常打開，在這種情況下勢必造成蓄電池膨脹變形。

（6）蓄電池出廠的測試沒有科學規范，沒有進行科學配組，容易造成離散性過大，是早期失效的重要原因之一。

3 蓄電池典型缺陷特征

蓄電池典型缺陷具有如下特征：

（1）缺陷發生面廣：缺陷原因可追溯到產品設計、生產工藝、運輸存放、施工安裝和運行維護等環節。

（2）缺陷容易發生：由于閥控式密封鉛酸蓄電池結構和工藝裝配的特點，屬于“易損品”，許多低級的錯誤，如存放時間過長、存放環境不適宜、未定期充電、搬運或安裝不規范等，均會造成蓄電池失效。

（3）缺陷不容易被發現：相當多的蓄電池從安裝到指定退出運行期限，雖然看似正常，好象沒問題，但實際情形可能是該電池組從未放電過，一旦需要蓄電池供電，而未能確認蓄電池是否能供電，可能會造成重大損失，甚至是災難性的。

（4）容易產生的誤區：一些看似正確的方法，實際上是錯誤的。如使用以電壓均衡原理的電池維護裝置，可能使蓄電池更容易失效；以充電電壓的高低來判別蓄電池是過充或欠充；誤認為浮充電壓可以長期保持恒定。事實上由于蓄電池參數（如內阻）會隨著時間變化，浮充電流也會發生變化，為使蓄電池處于正常的狀態，浮充電壓也應做相應調整[6]。

（5）蓄電池的好壞與充電裝置的性能關系很大：蓄電池作為備用電源，絕大部分時間處于充電狀態，充電裝置的性能如穩壓精度、穩流精度、紋波因數、浮充電流和充電控制程序等，都對蓄電池的狀況有很大的影響，須要對其進行精準控制。

（6）即使只有一個電池單體的失效，對整組電池也會造成不利影響：如有電池單體開路，則電池組處于欠充狀態；有電池單體短路時，電池組容易處于過充狀態，都會使整組電池加速失效。

（7）不同廠家的蓄電池質量有時相差非常懸殊。一些廠家靠低價中標，雖然標書聲稱滿足所有的技術條款，實際產品性能很差；有的電池組容量雖然合格，但一致性差，電池會加速失效，給安全生產帶來了隱患。

鑒于蓄電池缺陷的高發率，蓄電池的運維工作量繁重：蓄電池組的電池單體數量多（通常有十幾到幾十個），檢查項目繁多，周期為月度檢查、季度檢查、半年檢查和全年檢查。檢查的內容可參考國際標準IEEE 1188《電池測試維護標準》。

4 防治措施和建議

（1）在設計環節，建議增設“蓄電池浮充電流表”，或將蓄電池電流表改為可以自動換量程的電流表。浮充電流是蓄電池運行的重要參數，過大和過小都會使蓄電池處于過充和欠充的狀態，使之加速失效。目前站內盤柜的“蓄電池電流表”在浮充狀態時的測量值普遍不準，增設“蓄電池浮充電流表”，充電裝置才能對蓄電池的充電過程進行精準控制。

（2）對于產品的質量引起發的風險，建議提高蓄電池生產廠商入網技術門檻，如從生產工藝、設備、材料、人員、服務等方面進行規范，杜絕低質量電池進入電網；開展“蓄電池配組優選”的業務，在出廠環節提高蓄電池的一致性指標，把控好第一道關，提升產品質量。

（3）針對工程建設出現的問題，建議制定相應的制度，主要內容包括：合理安排蓄電池進貨時間（出廠時間與投運時間間隔最好在3個月左右）；蓄電池按要求（場地、溫度、濕度）存放，存放時間過長時，應定時按規程或產品說明書補充充電；規范蓄電池的安裝，因為這項工作會影響電池系統運行的可靠性，多數用戶沒有意識到蓄電池安裝工作的重要性，安裝應由培訓過的人員來完成。

（4）在運行維護環節，建議通過“數據共享技術”，共享直流電源系統的數據，方便運維人員日常巡檢、定期試驗時數據的獲取，方便實現蓄電池和充電裝置在線監測、壽命預測、計算分析、狀態評估等功能[7,8]。同時，利用在線監測裝置實時監測、存儲、告警蓄電池組的電壓、電流和各個單體蓄電池的端電壓。達到大量減少現場工作量和提高準確及時分析缺陷水平的目的。

（5）對于蓄電池產生熱失控現象，建議在缺乏蓄電池溫度數據的條件下，經常檢查蓄電池浮充電流，使其運行在正常范圍；均充的時間、周期和電壓值也應根據實際數據調整，并建議由自動改為手動，均充時有人在場。

（6）關于蓄電池定期試驗，建議新安裝或大修后的閥控蓄電池應進行全核對性充放電試驗，以后每2～3年應進行一次核對性試驗。站用直流電源系統配置兩充兩蓄時，應對蓄電池組進行全容量核容；如僅配置一組蓄電池但可用備用蓄電池組作臨時代用時，應進行全核對性放電，若無備用蓄電池組可進行50%容量核容。

（7）縣級供電企業各方面比較薄弱，是缺陷故障發生的主要場所，應制定出有效的管理和技術方法，如在線核容試驗等，提高維護人員的技術水平。同時，確保巡維人員能夠準確發現蓄電池外殼是否鼓脹、開裂，是否漏液，是否清潔、干燥、無極柱腐蝕，管理單元工作是否存在異常信號等。

5 結束語

蓄電池缺陷頻發，造成事故，說明傳統的方法和手段已不能保證直流電源系統的高可靠性。經過對蓄電池典型的缺陷分析，結合理論知識和前人的經驗，總結如下：

（1）在運維階段前的各個環節中，都有可能因錯誤的行為，造成蓄電池損壞或性能下降。結合品控業務，應在提高準入門檻，加強產品監造等環節的管理，為運維階段提供良好的基礎。

（2）大量的工作及難度集中在運維環節，工作人員應具備一定的專業知識，并配備必要的輔助工具和分析系統，引入精益管理理念，才能及時正確地分析和處理蓄電池缺陷。

（3）為防止蓄電池早期失效，除了早期環節管理外，對于新投運的蓄電池應特別加強檢查，及早發現問題并及時處理，才能保障蓄電池長期運行在健康狀態。