關(guān)于變電站蓄電池組運維及更換周期的探討

◎彭秀梅

一、變電站直流系統(tǒng)蓄電池組概述

變電站直流系統(tǒng)工作期間，為了保證系統(tǒng)電量充足，需要準備蓄電池組（屬于直流電源）作為后備電源來應(yīng)用，從而保證變電站供電工作可以正常有序地開展，促使電壓可以長時間處于穩(wěn)定的狀態(tài)下，提升供電工作的安全性與可靠性；當前蓄電池組作為重要的電源設(shè)備，多應(yīng)用于變電站直流系統(tǒng)中，有著非常理想的應(yīng)用效果。分析蓄電池組在變電站直流系統(tǒng)中的具體應(yīng)用情況，可知應(yīng)用價值高，但是存在的應(yīng)用問題需要引起相關(guān)技術(shù)人員的重視，以便找出問題發(fā)生原因，從而制定有效的處理措施進行問題處理，問題為：變電站直流系統(tǒng)蓄電池組運行過程中，經(jīng)過長時間的使用及運維不利因素的影響，使得蓄電池組非常容易出現(xiàn)劣化、漏液、性能下降、使用壽命下降等問題，所以需要技術(shù)人員可以根據(jù)直流系統(tǒng)蓄電池組的應(yīng)用特點，找出有效的運維方法，來對蓄電池組出現(xiàn)的應(yīng)用問題進行有效地預(yù)防與解決，確保蓄電池組在后續(xù)的變電站直流系統(tǒng)應(yīng)用中有著較長的使用壽命及使用有效性。

二、蓄電池組充放電

1.電池的充電。

電池充電可分為浮充電、均衡充電、過充電等。

（1）浮充電：浮充電是指在規(guī)定電壓狀態(tài)下，為使蓄電池保持一定容量，補償其自放電損失而進行的小電流長期充電方式。

（2）均衡充電：指蓄電池在長期浮充電狀態(tài)下，其內(nèi)部電子活性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化，引起蓄電池容量不足或不均，為保證電池可靠工作而采取的，一種補充活化充電方式。

（3）過充電：用正常充電方法充電至充滿容量后，減小電流后仍延續(xù)的充電。

（4）補充充電：電池容量虧損后進行的充電。電池在以下情況下應(yīng)進行補充充電。

①貯存時間超過三個月的電池，為補充其靜置時自放電損耗造成的容量損失，需按電池制造廠規(guī)定進行定期補充充電；

②運行中的電池組，在事故供電后需及時補充充電；當發(fā)現(xiàn)長期浮充運行的電池容量虧損時，應(yīng)進行補充充電。

2.電池的放電。

（1）自放電：蓄電池充滿電后，在放置過程中，由于電池內(nèi)部自發(fā)化學(xué)反應(yīng)而引起的電能損失，叫蓄電池的自放電。

電池的放電可分為正常放電，事故放電二種。正常放電是用C10/10A電流放電，放電時間≥10小時，每只電池≥1.75×6V（10.05V）。事故放電是用2C10/10A電流放電一小時，在負載電流未停的情況下，電池組平均電壓應(yīng)≥1.75×6V（10.05VxN）。

（2）核對性放電：正常運行的蓄電池組，為了檢驗其實際容量，將蓄電池組脫離運行，以規(guī)定的放電電流進行恒流放電，只要其中兩個單體蓄電池放到了規(guī)定的終止電壓，應(yīng)停止放電。蓄電池的實際容量按以下公式計算：

C10——10h率額定容量，（A·h）

I10——10h率放電電流，數(shù)值為C10／10（A）

t——放電時間，h。

3.使用壽命。

蓄電池在保持輸出一定容量的情況下，所能進行的充放電循環(huán)次數(shù)。

（1）電池使用壽命分為：循環(huán)使用壽命和浮充使用壽命，無論哪個先到達即為電池壽命壽命終結(jié)。

（2）當電池剩余容量只剩標稱容量的80%，即表示電池壽命已到。

三、變電站直流系統(tǒng)蓄電池組運維方法分析

1.鎘鎳蓄電池組。

鎘鎳蓄電池組的運維策略，可知包括：工作人員需要對鎘鎳蓄電池組的分類、工作及充放電方式等內(nèi)容進行了解和準確把握，然后可以在管理蓄電池組的運行情況時，從各個細節(jié)處作以有效地運行管理。如果在管理期間出現(xiàn)有電池液面高度不達標（過低）的情況時，要求工作人員對液面高度作以調(diào)整，可以準備一些純凈蒸餾水，置于電池液面中，以此確保電池液面高度能夠達到預(yù)定的刻度標準，不會出現(xiàn)電池液面低情況下的電池組運行效果差的問題，并且需要工作人員對于蓄電池組的使用時間進行準確記錄，如果電池組使用時間較長，需要每間隔三年的時間，來對電解液進行更換處理；若工作人員發(fā)現(xiàn)電池組存在電池容量下降問題，則需要采取電解液與電池更換方式來處理，以此確保經(jīng)過系統(tǒng)維護的鎘鎳蓄電池組有著較好的應(yīng)用效果，如果電池還具備修復(fù)的價值，要求工作人員可以先對舊有電池進行正常充電，時間約為5h，而后進行充電電流的減少與充電處理，然后可斷電一段時間并作以放電處理后，便可以確保舊有電池的容量下降較多，電池經(jīng)過維護之后能夠繼續(xù)工作，電池容量可以盡快恢復(fù)至既定的標準。

如果在管理期間出現(xiàn)有電池液面高度不達標（過低）的情況時，要求工作人員對液面高度作以調(diào)整，可以準備一些純凈蒸餾水，置于電池液面中，以此確保電池液面高度能夠達到預(yù)定的刻度標準，不會出現(xiàn)電池液面低情況下的電池組運行效果差的問題，并且需要工作人員對于蓄電池組的使用時間進行準確記錄，如果電池組使用時間較長，需要每間隔三年的時間，來對電解液進行更換處理；若工作人員發(fā)現(xiàn)電池組存在電池容量下降問題，則需要采取電解液與電池更換方式來處理，以此確保經(jīng)過系統(tǒng)維護的鎘鎳蓄電池組有著較好的應(yīng)用效果，如果電池還具備修復(fù)的價值，要求工作人員可以先對舊有電池進行正常充電，時間約為5h，而后進行充電電流的減少與充電處理，然后可斷電一段時間并作以放電處理后，便可以確保舊有電池的容量下降較多，電池經(jīng)過維護之后能夠繼續(xù)工作，電池容量可以盡快恢復(fù)至既定的標準。

2.閥控密封鉛酸蓄電池組。

首先，在日常運行管理方面，在該環(huán)節(jié)要求工作人員可以根據(jù)變電站直流系統(tǒng)工作時使用的電池組具體情況，明確進行閥控密封鉛酸蓄電池組運行管理的具體內(nèi)容，主要涉及蓄電池組端電壓、電池外觀受腐蝕情況、環(huán)境溫度、電池滲液、電池組內(nèi)阻、電池連接螺絲松動與否情況、蓄電池柜衛(wèi)生等情況的管理，工作人員每天均要就以上內(nèi)容，對閥控蓄電池組作以嚴格且系統(tǒng)的檢查，并將檢查結(jié)果與處理方法全部記錄于蓄電池組運維管理記錄表中，方便工作人員在之后進行蓄電池組運維時能夠結(jié)合以往的電池組問題處理實際情況，進行相關(guān)問題的妥善處理。

其次，在維護管理方面，開展閥控密封鉛酸蓄電池組的維護工作時，則需要工作人員結(jié)合此類蓄電池組以往應(yīng)用期間多會出現(xiàn)問題的區(qū)域，進行隱患問題的再次檢查，其中，極柱與安全閥的酸霧問題、蓄電池閥控殼體工作異常問題為重點檢查內(nèi)容，如果有問題則需要工作人員第一時間進行問題解決與故障排除處理，其中針對酸霧大量溢出問題，要求工作人員可以先對出現(xiàn)酸霧侵蝕的極柱、安全閥等部位進行清潔，待不存在腐蝕物后，可以使用凡士林進行涂抹處理，以此有效防止酸霧對于閥控密封鉛酸蓄電池組的相關(guān)部件所致的不良影響發(fā)生；針對蓄電池閥控殼體問題，需要工作人員對于蓄電池組應(yīng)用期間的充電電壓、溫度等情況進行檢查，如果電壓處理2.4V×N以上，蓄電池溫度偏高及存在異常放電等情況時，則可以對蓄電池組的充電電流進行合理控制，待充電電壓有著明顯的下降表現(xiàn)后，再對安全閥的工作情況進行檢測，要求安全閥在使用時不可出現(xiàn)內(nèi)部的堵塞情況，如果待電壓調(diào)節(jié)后蓄電池組閥控殼體仍然出現(xiàn)運行異常，則可以采用更換蓄電池的方式進行問題的有效解決。

四、閥控密封鉛酸蓄電池故障

1.整組蓄電池容量不足。

（1）浮充電壓長期低于說明書要求的范圍，電池長年虧電，

（2）循環(huán)使用的電池每次補充電不足，

（3）按一定的電流放電，放到終止電壓后仍繼續(xù)放電，放電后又不及時充電或充電不足。

2.單體蓄電池落后。

（1）電池連接松動，

（2）電池性能不一致。

3.電池過充電。

（1）浮充電壓超過說明書規(guī)定值，

（2）環(huán)境溫度高于25℃，但浮充電壓未按要求進行縮減（以25℃為標準，環(huán)境溫度每升1℃，電壓降低3mV），

（3）充電機失控或誤調(diào)充電機，造成充電電流超過規(guī)定值，且時間較長。

4.電池滲漏電液。

（1）運輸或搬運，安裝或其它意外造成的撞擊，

（2）大電流長期充電造成外殼變形，滲漏，

（3）熱封或粘合殼蓋不牢固，塑口質(zhì)量不好。

故障實例：

北京地鐵土橋車輛段站交流電源、電池投切開關(guān)跳閘故障現(xiàn)象：交流電源、電池投切開關(guān)跳閘。

原因分析：將K2繼電器更換后，經(jīng)切換雙路交流，瞬間電壓下降0.2-0.3V，無異常（此時負荷電流為2.8A），后將直流輸出開關(guān)斷開，用蓄電池帶負荷，僅三十秒鐘，電池電壓從238V直線下降至200V以下，電池投切開關(guān)跳閘，第16節(jié)電池電壓下降至10V以下，達到0.7V左右，開關(guān)跳閘后又迅速回到14V以上；分析判斷為第16節(jié)電池內(nèi)部短路，造成整組電池?zé)o帶載能力，其它電池也無法判斷，需用電池內(nèi)阻儀測試和核對性充放電檢測。

處理過程及結(jié)果：更換第16節(jié)電池后，處理完畢，設(shè)備投入，運行正常。

五、解決對策

1.從管理層面加強變電站蓄電池組運維的管控。

（1）加強直流檢修維護專業(yè)人員與運維部相關(guān)人員的合作，協(xié)同將各變電站蓄電池組每年的核對性充放電情況進行匯總和分析，對使用年限達6年以上或已經(jīng)出現(xiàn)個別故障蓄電池的蓄電池組進行重點監(jiān)測，對可能接近壽命周期的蓄電池組提前做出預(yù)案。

（2）直流檢修維護專業(yè)人員建立蓄電池組壽命周期變化趨勢的數(shù)據(jù)庫，繪制不同廠家、不同型號、不同容量、不同標稱電壓等級蓄電池的壽命變化曲線，研究不同蓄電池壽命周期的經(jīng)驗值。這項工作雖然有一定的滯后性，但收集的數(shù)據(jù)能為日后的檢修維護工作提供參考。

（3）加強與公司技術(shù)部門分管專責(zé)的聯(lián)系，及時反饋直流系統(tǒng)蓄電池運行中發(fā)現(xiàn)問題，且應(yīng)建立一個由公司技術(shù)部門分管專責(zé)、一線直流檢修專業(yè)人員和檢修、運維部門技術(shù)專責(zé)參與的，旨在總結(jié)當年各站蓄電池組的運行情況及發(fā)現(xiàn)問題的討論分析會，為公司直流系統(tǒng)蓄電池組下一年度更換計劃提供正確合理的依據(jù)。同時，確保需要更換的蓄電池組能及時更換。

2.從現(xiàn)場層面加強變電站蓄電池組運維管控。

（1）變電運維值班人員應(yīng)加強對各站蓄電池組的運行監(jiān)測，根據(jù)運規(guī)要求定期對直流系統(tǒng)充電裝置運行情況、輸出電壓、蓄電池組總電壓、單只蓄電池端電壓等進行巡查和記錄。記錄的數(shù)據(jù)必須真實可靠，如果不能巡查到位，提供的虛假數(shù)據(jù)將對今后蓄電池組的運行分析數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生不良影響。

（2）一線運維人員必須熟悉直流系統(tǒng)各設(shè)備的相關(guān)知識，對直流充電裝置、蓄電池組運行中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象以及關(guān)鍵運行數(shù)據(jù)能及時作出正確分析判斷，避免誤判造成直流系統(tǒng)蓄電池組長期不正常運行，影響蓄電池組的正常壽命。

（3）持續(xù)提高直流設(shè)備檢修人員的技術(shù)水平，堅持變電站直流設(shè)備缺陷處理的及時性，保證蓄電池組處于良好的運行狀態(tài)，避免設(shè)備因素或檢修質(zhì)量原因造成蓄電池組壽命的縮短。

3.從技術(shù)層面對變電站蓄電池組的實際壽命進行綜合預(yù)測。

閥控式鉛酸蓄電池的故障，多是因蓄電池維護不當造成的。通常所說的“免維護”即在規(guī)定條件下使用期內(nèi)不需維護的一種蓄電池，所謂蓄電池的免維護是相對傳統(tǒng)鉛酸蓄電池維護而言，僅指使用期間無需加水，但在實際工作中，仍需履行維護手續(xù)。因此我們要重視閥控式鉛酸蓄電池的運行與維護。

（1）經(jīng)常檢查的項目。

①檢測蓄電池端電壓。

②連接處有無松動。

③極柱、安全閥周圍是否有滲酸與酸霧逸出。

④蓄電池殼體有無滲漏和變形。

⑤蓄電池溫度是否過高。

⑥如有以下情況之一應(yīng)進行充電：

a.浮充電壓低于2.18V。

b.放出10%以上的額定容量。

c.擱置不用時間超過三個月。

d.全浮充運行達三個月。

（2）運行中的維護。

①應(yīng)經(jīng)常檢查蓄電池浮充狀態(tài)是否正常，蓄電池的浮充電壓（25℃時）應(yīng)按說明書規(guī)定值進行。

②蓄電池端子應(yīng)用螺栓、螺母連接，且連接緊固。

③蓄電池組中各單體蓄電池間的開路電壓，最高與最低差值不大于20mV，浮充時單體蓄電池端電壓的最大差值應(yīng)不大于50mV。

（3）閥控式鉛酸蓄電池的電壓偏差值及終止電壓值：

標稱電壓/V：2、6、12。

閥控式鉛酸蓄電池運行中的電壓偏差值/V：±0.05、±0.15、±0.3。

放電終止電壓/V：1.80、5.25（1.75×3）、10.5（1.75×6）。

（4）閥控式鉛酸蓄電池使用中應(yīng)注意事項。

①鉛酸蓄電池在每次放電完后，應(yīng)及時充電，需充電的時間在10h以上。

②不應(yīng)使蓄電池過電流或過電壓充電。

③盡量避免使蓄電池長期擱置不用。

④不要使蓄電池長期處于浮充狀態(tài)而不放電。

⑤不要使蓄電池過放電。

（5）核對性充、放電周期

①新安裝或大修后的閥控密封鉛酸蓄電池組，應(yīng)進行全核對性放電試驗，以后每隔兩年進行一次核對性試驗，運行了五年以后的閥控蓄電池，應(yīng)每年作一次核對性放電試驗。

②新閥控蓄電池組未投入運行前應(yīng)做容量試驗。

（6）核對性充、放電標準。

①閥控蓄電池組的恒流限壓充電電流和恒流放電電流均為0.1C10，額定電壓為2V的蓄電池，放電終止電壓為1.8V。

②額定電壓為6V的蓄電池，放電終止電壓為5.25V。

③額定電壓為12V的蓄電池，放電終止電壓為10.5V。

④只要其中任兩只蓄電池達到了終止電壓，應(yīng)停止放電。

⑤在三次充放電循環(huán)之內(nèi)，仍達不到額定容量的80%以上的，此組蓄電池為不合格。應(yīng)部分或全部更換，但應(yīng)避免新舊蓄電池混用。

（7）核對性充、放電方法。

①一組閥控蓄電池組的核對性放電。

當變電所中只有一組蓄電池時，蓄電池不能退出運行、也不能作全核對性放電、只能用0.1C10電流恒流放出額定容量的50%，在放電過程中，蓄電池組端電壓不得低于2V×電池只數(shù)。放電后應(yīng)立即用0.1C10電流進行恒流限壓充電—恒壓充電—浮充電，反復(fù)放充（2～3）次，蓄電池組容量可得到恢復(fù)，蓄電池存在的缺陷也能找出和處理。

②兩組閥控蓄電池組的核對性放電。

變電所中若具有兩組閥控蓄電池，可先對其中一組閥控蓄電池組進行全核對性放電，用0.1C10電流恒流放電，當蓄電池組中有兩只蓄電池端電壓下降到10.8V時，停止放電，隔（1～2）h后，再用0.1C10電流進行恒流限壓充電—恒壓充電—浮充電。若經(jīng)過三次全核對性放充電，蓄電池組容量還達不到額定容量的80%以上，可認為此組閥控蓄電池使用年限已到，應(yīng)部分或全部報廢并更換，但應(yīng)避免新舊蓄電池混用。

六、結(jié)語

蓄電池在電路系統(tǒng)中充當電源，是一切無源電路器件工作的源動力。隨著電力行業(yè)的發(fā)展，蓄電池的品種和數(shù)量越來越多，其運行中出現(xiàn)的故障也越來越多。以變電站直流電源系統(tǒng)的蓄電池組重要性、配置及運行現(xiàn)狀為背景，針對北京地鐵直流電源系統(tǒng)蓄電池組管理中面臨的新局面，分析了各方面因素，并從運維管理、現(xiàn)場、技術(shù)等層面提出了對策，為解決變電站直流電源系統(tǒng)蓄電池組運行的現(xiàn)存問題和直流系統(tǒng)運維管控模式的發(fā)展趨勢提供了新思路。