針對(duì)大有供電公司35KV某變電站維護(hù)蓄電池而提升電力直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)分析

張萍　王斌　王準(zhǔn)濤

【摘 要】本文通過(guò)對(duì)河南大有能源供電公司下屬各變電站近年事故的統(tǒng)計(jì)，針對(duì)2010年開(kāi)始出現(xiàn)的事故問(wèn)題進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)事故原因多屬于該類型蓄電池存在的問(wèn)題。大有能源供電公司專門成立事故分析處理小組，調(diào)查現(xiàn)狀、分析常見(jiàn)故障現(xiàn)象和原因，研究如何加強(qiáng)運(yùn)行管理，降低了供電事故發(fā)生率。

【關(guān)鍵詞】閥控式鉛酸；蓄電池；運(yùn)行；維護(hù)；分析

0 引言

隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，礦井電力系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大，各種新的設(shè)備不斷投入到系統(tǒng)當(dāng)中，使系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，系統(tǒng)發(fā)生故障引發(fā)事故的可能性隨之也增加。我們供電企業(yè)承受了有史以來(lái)最大的供電壓力。河南義煤集團(tuán)供電公司負(fù)擔(dān)著義煤集團(tuán)18座變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的重任，這些變電所的安全運(yùn)行直接關(guān)系到各個(gè)煤礦區(qū)的安全運(yùn)行。

河南大有能源供電公司下屬變電站多數(shù)使用的是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的免維護(hù)閥控式鉛酸蓄電池，近兩年使用時(shí)出現(xiàn)了不少問(wèn)題，例如電池殼變形、電解液滲漏、容量不足、電池端電壓不均勻等。閥控式鉛酸蓄電池從一開(kāi)始使用便被稱為免維護(hù)電池，而生產(chǎn)廠家又承諾該電池的使用壽命為10-20年，這樣給維護(hù)人員一種誤解，其實(shí)，適時(shí)的維護(hù)至關(guān)重要。為了解決這個(gè)矛盾，我們經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí)、探索和積累，在不斷實(shí)踐的基礎(chǔ)上，總結(jié)出一套切實(shí)可行、有效的方法，大大提高了直流系統(tǒng)供電可靠性。

1 現(xiàn)有電力系統(tǒng)分析

電力系統(tǒng)的安全一直是電力系統(tǒng)的重要課題之一。對(duì)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，安全穩(wěn)定和可靠都是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行所不可缺少的最基本條件。對(duì)于小系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問(wèn)題，如一個(gè)小系統(tǒng)故障，運(yùn)行人員可以憑經(jīng)驗(yàn)把握住系統(tǒng)的實(shí)際穩(wěn)定程度和實(shí)施必要的穩(wěn)定措施，利用人為來(lái)預(yù)防更大事故的發(fā)生。在變電所中，直流系統(tǒng)在正常情況下為控制信號(hào)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、斷路器跳合閘操作回路等提供可靠的直流電源，當(dāng)發(fā)生交流電源消失事故情況下為事故照明、交流不停電電源和事故潤(rùn)滑油泵等提供直流電源。而直流系統(tǒng)的可靠與否，蓄電池起著至關(guān)重要的作用。蓄電池是變電站保證設(shè)備安全運(yùn)行的重要組成部分，蓄電池做為直流系統(tǒng)中的儲(chǔ)能元件，是系統(tǒng)可靠運(yùn)行的核心部件。因此，蓄電池的穩(wěn)定性和在放電過(guò)程中能提供給負(fù)載的實(shí)際容量對(duì)確保設(shè)備安全運(yùn)行具有十分重要的意義。

2 電力直流系統(tǒng)的現(xiàn)狀

大有能源供電公司下轄110KV變電站2座，35KV變電站13座，6KV變電站3座，高低壓輸電線路400余公里，擔(dān)負(fù)著整個(gè)集團(tuán)公司中、東、西部15座礦井的安全生產(chǎn)和居民生活用電。

然而我們多數(shù)變電站因建設(shè)和使用年份久遠(yuǎn)，蓄電池經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的使用后，常易因活性物質(zhì)脫落、板柵腐蝕或極板變形、硫化、失水等問(wèn)題，而使容量逐漸降低直至失效。幾十節(jié)串聯(lián)的電池，只要1節(jié)過(guò)早損壞，隨著時(shí)間變長(zhǎng)，其他電池跟著報(bào)廢。技術(shù)人員一般對(duì)變電站的保護(hù)回路及控制回路等比較重視，而對(duì)為繼電保護(hù)回路提供能量的直流系統(tǒng)的重要性往往就忽視了。平時(shí)維護(hù)一般只是進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的蓄電池電壓測(cè)試和絕緣監(jiān)視等。檢修維護(hù)人員定期對(duì)直流設(shè)備進(jìn)行一般性的日常定檢檢查和簡(jiǎn)單的電池電壓測(cè)量等工作?，F(xiàn)場(chǎng)檢修維護(hù)人員也因不具備相應(yīng)的測(cè)試手段，難以確認(rèn)設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)是否滿足要求。

隨著無(wú)人值守變電站的普及和閥控式密封鉛酸蓄電池（也俗稱免維護(hù)蓄電池）的使用，電力部門對(duì)直流充電設(shè)備的性能要求越來(lái)越高。直流系統(tǒng)中閥控鉛酸蓄電池、智能型高頻開(kāi)關(guān)充電裝置等附屬設(shè)備的技術(shù)性能日益優(yōu)越，安全可靠性提高，促進(jìn)了直流系統(tǒng)技術(shù)和設(shè)備的迅速發(fā)展。如何通過(guò)有效措施及維護(hù)手段保證特種電源的穩(wěn)定是我們面臨的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

3 供電故障調(diào)查統(tǒng)計(jì)

3.1 現(xiàn)有直流電源設(shè)備狀況

我義煤集團(tuán)供電公司所現(xiàn)有的18所變電站中，除了2座新建的變電站采用的是高頻開(kāi)關(guān)電源整流充電機(jī)外，其他16座的全部為硅整流相控電源，我們從性能、可靠性、技術(shù)參數(shù)等方面來(lái)綜合比較高頻開(kāi)關(guān)電源與相控電源之間的差別，現(xiàn)對(duì)比他們的性能比較如下：

由表1可見(jiàn)，我們多數(shù)變電站所使用中的相控電源存在的缺點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)，充放電機(jī)的先進(jìn)性也影響到直流電源的安全供電，而直流電源的蓄電池部分是系統(tǒng)安全運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.2 故障統(tǒng)計(jì)分析

大有能源供電公司下屬18座變電站，除新建兩座，其余16座均為使用超過(guò)10年以上變電站。以下是我們統(tǒng)計(jì)的自2010年以來(lái)對(duì)某35KV變電站直流系統(tǒng)故障統(tǒng)計(jì)。

2010年以來(lái)，統(tǒng)計(jì)我供電公司35KV **變電站系統(tǒng)的直流故障進(jìn)行了調(diào)查（如表2）。

從表2看出，直流系統(tǒng)因素引發(fā)的故障共計(jì)12次，其中蓄電池原因占6次之多。蓄電池的穩(wěn)定工作直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，我們?cè)絹?lái)越關(guān)注其工作狀態(tài)，并且探討采取了一些積極有效的措施手段，力求電源的可靠運(yùn)行。

4 對(duì)現(xiàn)實(shí)因素的調(diào)查統(tǒng)計(jì)

4.1 人員素質(zhì)問(wèn)題

變電站所有設(shè)備的操作、檢修維護(hù)、故障處理都必須人來(lái)完成的，所以人員在設(shè)備的檢查和維護(hù)及故障處理方面的作用就顯得十分重要。由于現(xiàn)在普遍國(guó)企人員思想散漫，文化差異大，人員自身也存在惰性，滿足于表層知識(shí)。再加上企業(yè)多數(shù)認(rèn)為員工素質(zhì)就是技術(shù)素質(zhì)，實(shí)際上的安全意識(shí)、遵章守紀(jì)的安全素養(yǎng)同樣十分重要。所以變電人員工作中存在的問(wèn)題，潛在地影響著實(shí)際安全生產(chǎn)工作。

4.2 變電站設(shè)備問(wèn)題

隨著科技的發(fā)展及自動(dòng)化程度的提高，作為輸變電的重要樞紐，變電站正朝著無(wú)人值守的方向發(fā)展。我們通過(guò)對(duì)現(xiàn)有變電站充放電設(shè)備的調(diào)查，現(xiàn)有16座變電站充放電機(jī)使用多年，一般沒(méi)有主動(dòng)更換先進(jìn)充電機(jī)的情況，除設(shè)備損壞不能使用的情況下會(huì)更新設(shè)備。因此，充電設(shè)備的優(yōu)劣也嚴(yán)重地制約著對(duì)蓄電池合理而有效地充電，也是影響蓄電池壽命的重要原因。

4.3 技術(shù)水平問(wèn)題

國(guó)家電力直流系統(tǒng)檢修規(guī)范2005年制定，2006年開(kāi)始實(shí)施。在此之前，由于標(biāo)準(zhǔn)不明確，不統(tǒng)一，各供電公司的蓄電池組的維護(hù)工作開(kāi)展極不均衡。電池方面也存在著測(cè)試?yán)щy，不能補(bǔ)充電解液，對(duì)浮充、使用環(huán)境要求較高等不足之處。且電池應(yīng)用初期，生產(chǎn)廠家夸大其免維護(hù)性，運(yùn)行單位對(duì)該種電池也缺乏認(rèn)識(shí)，客觀導(dǎo)致了不少蓄電池組的維護(hù)跟不上，運(yùn)行環(huán)境惡劣。

綜合其以上全部分析調(diào)查，我們可以統(tǒng)計(jì)出制約蓄電池維護(hù)水平的4個(gè)方面要因，其次是影響這4個(gè)方面要因的主要原因和次要原因（如表3）。

分析表3我們得出四個(gè)要因中，人員問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題和方法問(wèn)題都可以通過(guò)后期培訓(xùn)得到改善和優(yōu)化，只有設(shè)備問(wèn)題是一個(gè)重中之重的問(wèn)題。怎樣改善蓄電池的老化，怎樣延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，怎樣人為預(yù)測(cè)到蓄電池的故障等問(wèn)題就是我們需要研究的方向。

5 我35KV某變電站蓄電池問(wèn)題調(diào)查統(tǒng)計(jì)

影響閥控式鉛酸蓄電池使用壽命的因素

5.1 環(huán)境溫度影響

對(duì)照生產(chǎn)廠家提供的溫度/壽命特性表，蓄電池的容量是隨著溫度的變化而變化的，蓄電池運(yùn)行環(huán)境溫度為25℃，升高10℃使用壽命將減少一半。例如：對(duì)5年期壽命的電池，當(dāng)環(huán)境溫度為35℃時(shí)，實(shí)際壽命只有2.5年，假如再升高10℃達(dá)到45℃時(shí)，其壽命只有約1.25年了。調(diào)查我變電站的設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，安裝閾控蓄電池的配電室，為防小動(dòng)物進(jìn)室，門窗都比較封閉，變電站使用年數(shù)也長(zhǎng)，室內(nèi)溫度比實(shí)際要求溫度還要升高，對(duì)蓄電池的運(yùn)行極為不利。

5.2 過(guò)度充電的影響

變電站因?yàn)闆](méi)有專業(yè)的維護(hù)措施與知識(shí)，大部分蓄電池都有長(zhǎng)期的過(guò)度充電，蓄電池因?yàn)殚L(zhǎng)期的過(guò)度充電，正極因析氧反應(yīng)，水被消耗，H+增加導(dǎo)致正極附近酸度增加，板柵變薄腐蝕加速，使容量降低；同時(shí)水損耗加劇，蓄電池有干涸的危險(xiǎn)，造成壽命減短。

5.3 過(guò)度放電的影響

因?yàn)闆](méi)有先進(jìn)的蓄電池控制儀器，在現(xiàn)實(shí)供電情況下交流電源停電后，蓄電池長(zhǎng)時(shí)間需負(fù)載供電。蓄電池經(jīng)常過(guò)度放電到其電壓過(guò)低甚至為零，這樣給電池的負(fù)極造成“硫酸鹽化”，長(zhǎng)期的這種情況造成電池的充、放電性能越來(lái)越差。

5.4 長(zhǎng)期浮充電的影響

目前，蓄電池大多數(shù)都處于長(zhǎng)期的浮充電狀態(tài)下，只充電，不放電，這種工作狀態(tài)極不公道。蓄電池在長(zhǎng)期浮充電狀態(tài)下，只充不放電，會(huì)造成極板鈍化，使蓄電池內(nèi)阻增大，容量大幅下降，從而降低其使用壽命。我們多數(shù)某變電站一直處于正常的供電之中，蓄電池就沒(méi)有工作的機(jī)會(huì)，就有可能長(zhǎng)時(shí)間浮充而損壞。所以，要定時(shí)進(jìn)行人為的強(qiáng)制放電工作，這樣不但可以活化電池，還可以檢驗(yàn)直流系統(tǒng)是否處于正常狀態(tài)，并可以使操縱職員熟悉直流供電系統(tǒng)的使用。

6 主要原因分析

設(shè)備原因是我們主要研究的對(duì)象，針對(duì)設(shè)備問(wèn)題，在無(wú)法實(shí)現(xiàn)更換更先進(jìn)水平設(shè)備條件下，我們只有實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的維護(hù)來(lái)有效降低故障率，同時(shí)我們制定出具體維護(hù)的辦法和實(shí)施方法。

6.1 具體實(shí)施及辦法

6.1.1 針對(duì)變電站蓄電池設(shè)定查抄項(xiàng)目

6.1.2 檢測(cè)蓄電池端電壓

6.1.3 毗連處有無(wú)松動(dòng)

6.1.4 極柱、清靜閥周圍是否有滲酸與酸霧逸出

6.1.5 蓄電池殼體有無(wú)滲漏和變形

6.2 若有以下情況之一應(yīng)舉行充電

6.2.1 浮充電壓低于21.8V

6.2.2 放出10%以上額定容量

6.2.3 棄捐不用時(shí)間高出三個(gè)月

6.2.4 全浮充運(yùn)行達(dá)三個(gè)月

6.3 運(yùn)行中的維護(hù)措施

6.3.1 定期測(cè)量檢查蓄電池浮充狀態(tài)是否正常，浮充電壓環(huán)境溫度

6.3.2 浮充時(shí)單體蓄電池端電壓的最大差值應(yīng)不大于50mV

6.3.3 蓄電池端子應(yīng)用螺栓、螺母毗連，蓄電池間的毗連電壓降△U<8mV

6.3.4 蓄電池組中各單體蓄電池間的開(kāi)路電壓最高與最低差值不大于20mV

6.3.5 正確設(shè)置電源裝置的充電參數(shù)，自動(dòng)均衡充電周期設(shè)置為3個(gè)月

6.3.6 定期核對(duì)性放電試驗(yàn)：全充全放使活性物質(zhì)得到恢復(fù)

6.3.7 每次放電完后，應(yīng)實(shí)時(shí)充電10h以上，不要使蓄電池組被過(guò)電流或過(guò)電壓充電

6.3.8 對(duì)充電設(shè)備及溫度等環(huán)境因素人為加以控制

6.3.9 不使用紋波較大的充電機(jī)，且應(yīng)有溫度補(bǔ)償功能

7 預(yù)期達(dá)到的效果

通過(guò)以上方法及措施的實(shí)施，我們通過(guò)一段時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，變電站直流系統(tǒng)故障大幅降低，蓄電池的合格率從原來(lái)的95%上升至99%，統(tǒng)計(jì)一年內(nèi)此35KV變電站沒(méi)有發(fā)生一起因直流系統(tǒng)故障而引發(fā)的供電事故。我們制定的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

事實(shí)上，直流系統(tǒng)的題目在很大程度上是電池的題目，只要正確使用電池，并經(jīng)常對(duì)電池進(jìn)行維護(hù)，就能使其保持良好的狀態(tài)，也就解決了直流系統(tǒng)的關(guān)鍵題目，就能保證直流系統(tǒng)隨時(shí)處于正常工作狀態(tài)，也就可以使設(shè)備在安全的環(huán)境中工作。

以上就我公司廣泛使用的直流系統(tǒng)的配置、監(jiān)測(cè)及蓄電池維護(hù)等方面的實(shí)際體會(huì)做了簡(jiǎn)單的闡述。直流系統(tǒng)在產(chǎn)業(yè)企業(yè)控制系統(tǒng)中的作用舉足輕重，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的基石，因此，采取積極有效措施，持續(xù)改善及進(jìn)步直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性，公道配置直流系統(tǒng)，將是一個(gè)值得研討的課題。

8 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)我公司某變電站故障原因的分析研究，證實(shí)蓄電池故障是有規(guī)律可循的，并通過(guò)一些切實(shí)有效的管理手段和維護(hù)方法，可以大大提供蓄電池運(yùn)行維護(hù)水平和大幅降低蓄電池運(yùn)行故障。

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[責(zé)任編輯：湯靜]