變電站蓄電池室可燃氣體探測器告警故障分析與處置

黃旭超

（國網福建省電力有限公司檢修分公司，福建 福州 350000）

1 事件描述

事件1：2020 年5 月5 日00:50，接福建省電力公司監控通知，某變電站輔助綜合監控系統報“蓄電池室-可燃氣體探測器107”告警，發現現場可燃氣體探測器閃爍報警，蓄電池處于均充模式。

事件2：2020 年10 月19 日13:50，此變電站再次報“蓄電池室-可燃氣體探測器107”告警，有了上次的處理經驗，運維人員前往蓄電池室檢查后，發現現場可燃氣體探測器閃爍報警，220 V Ⅱ組蓄電池外觀正常，充電機此時并未處于均充模式。

2 蓄電池可燃氣體產生的原理

在正常工作狀態的蓄電池，其析氣量是極少的，其內部化學反應方程如下：

Pb+PbO2+2H2SO4=2H2O2+2PbSO4

其中蓄電池放電時負極反應方程為

Pb+SO2-4-2e-=PbSO4

充電時的陽極反應為

PbSO4+2H2O2-2e-=PbO2+SO2-4+4H+

從以上化學方程中可見整個蓄電池充放電過程無氣體產生，然而蓄電池內部還會由于正、負極在蓄電池開路及充放電過程中，其內部含碳物質被不完全氧化而產生一氧化碳[1]，結合蓄電池說明書中寫明的：“當蓄電池單體兩端充電電壓超過2.35 V或環境溫度高（高于45 ℃）時，都會導致電池內部在短時間內產生的大量氣體來不及被負極吸收（復合），超壓后安全閥會排氣。”可見，在正常情況下蓄電池內部會產生部分一氧化碳，當外界環境變差（兩端充電電壓超過2.35 V 或環境溫度高于45 ℃）時，其產生可燃氣體的速度將超過負極的吸附能力，從而導致氣體逸出。

變電站220 V 蓄電池如圖1 所示，出廠日期為2019年，其額定浮充電壓范圍是2.23～2.27 V，額定均充電壓范圍是2.30～2.35 V。

圖1 蓄電池額定均充、浮充電壓范圍

3 可燃氣體探測器報警原因分析

運維人員為了排除可燃氣體探測器故障而導致的誤報，所以當11 月16 日，TA 變再次出現可燃氣體報警時，運維人員使用BH-4型復合式多氣體檢測儀對Ⅱ號蓄電池組所在位置進行測量。

目前現場確實存在CO氣體，其含量為20 μL/L。

3.1 事件1原因分析

運維人員5月5日檢查后臺發現：4日23:25，充電機自動切換到均充模式（根據定值單，充電機每90 天自動切換一次）。運維人員前往蓄電池室檢查檢查蓄電池組巡檢儀電壓，現場并使用萬用表確認，有23個蓄電池電壓超過蓄電池上標明的均充電壓上限2.35 V。對蓄電池進行紅外測溫，未發現異常，測試蓄電池內阻，結果也在正常范圍內，現場空調運行正常，室溫26 ℃，觀察室內情況，未發現異味、煙霧等異常，I、Ⅱ組蓄電池均未發現鼓脹、漏液、結晶等異常情況，空調正常運行，環境溫濕度正常。開啟220 V 蓄電池室內2 臺軸流風機，約1 min后，報警信號消失。

根據以上現場現象判斷，可以認為5月5日的可燃氣體告警是因為#2 蓄電池組此時處于均充狀態，其組內23個蓄電池端電壓超過2.35 V，從而導致其內部大量CO 氣體逸出，從而引發可燃氣體探測器正確動作告警。

3.2 事件2原因分析

10 月19 日，告警時充電機并未處于均充模式，現場空調運行正常，室溫26 ℃，同時根據目前TA變10 月與11 月的蓄電池端電壓測試記錄（如圖2、3所示），220 V Ⅱ組蓄電池104個蓄電池單體端電壓（浮充時）均在2.22～2.28 V之間，屬于正常范圍。

圖2 10月220 V Ⅱ組蓄電池端電壓

圖3 11月220 V Ⅱ組蓄電池端電壓

可見，蓄電池在浮充運行情況下，其釋放出的可燃氣體濃度，依然會達到能夠觸發報警器動作的濃度值，因此初步懷疑部分蓄電池單體負極吸附氣體能力不足，同時，蓄電池室中220 V Ⅱ蓄電池所處位置較之I組更為密閉（如圖4 所示），所以其蓄電池在正常工作過程中發出的氣體很難擴散，因此會被可燃氣體檢測儀所探測，從而發出報警。

圖4 變電站220 V蓄電池室布置圖

4 可燃氣體超標的危害

當可燃性氣體（蒸氣）或可燃性粉塵與空氣混合并達到一定濃度時，遇到火源就會發生爆炸。這些可燃物質與空氣所形成的爆炸混合物能夠發生爆炸的濃度范圍，叫做爆炸極限。通常用可燃物質在爆炸混合物中的體積百分比來表示，爆炸極限說明可燃氣體（蒸氣）或粉塵與空氣的混合物并不是在任何比例下都有可能發生爆炸的，它有一個最低的爆炸濃度即爆炸下限，和一個最高的爆炸濃度即爆炸上限。只有在這兩個濃度之間，才有爆炸的危險。如果可燃物質在混合物中的濃度低于爆炸下限，由于空氣所占的比例很大，可燃物質濃度不夠，因而遇到明火，既不會爆炸，也不會燃燒。如果可燃物質在混合物中的濃度高于爆炸上限，由于含有大量的可燃物質，空氣不足，缺少助燃的氧氣，遇到明火，雖然不會爆炸，但接觸空氣卻能燃燒。表1 為常見的可燃氣體的爆炸極限。

表1 是常見的可燃氣體的爆炸極限

氫氣的爆炸極限是4.0%～75.6%（體積濃度），一氧化碳的爆炸極限是12.5%～74.2%（體積濃度）。

本次測量的CO濃度為20 μL/L根據上式1進行換算其體積濃度為0.002%，小于爆炸下限。而目前國標中CO 的最低致死濃度為5000 μL/L（5 min），可見，目前蓄電池室中的CO 氣體濃度也遠小于致死濃度，對人體也不產生危害。

5 總結及提升措施

目前，該變電站220 V Ⅱ組蓄電池在浮充狀態下依然會發出大量的CO 氣體，結合廠家意見，初步判斷該批次蓄電池存在部分單體負極吸附氣體能力不足的情況，需要進行泄壓閥更換，班組目前為了保證運行安全，要求運維人員每日開啟蓄電池室風機通風5 min，保證空氣流通，及時排出可燃氣體。在2021 年中，廠家對蓄電池泄壓閥進行更換后，故障消失，可見確實是由于泄壓閥故障導致的可燃氣體溢出問題。