關(guān)于變電站內(nèi)蓄電池組安全運(yùn)行與維護(hù)方式的探討

【摘要】本文從變電站直流系統(tǒng)中的蓄電池組的安全運(yùn)行、維護(hù)、檢修、測試等方面出發(fā)，對其規(guī)范設(shè)計(jì)、安裝要點(diǎn)進(jìn)行了概要的介紹。并重點(diǎn)針對蓄電池的常見故障和安全隱患及相應(yīng)的預(yù)防措施、測試方法做了詳細(xì)介紹，提出了對蓄電池組運(yùn)行管理和維護(hù)有效的建議。

【關(guān)鍵詞】蓄電池；浮充；均充；直流系統(tǒng)；變電站

直流系統(tǒng)為變電站內(nèi)的直流電機(jī)、操作機(jī)構(gòu)、事故照明、UPS、控制回路等提供直流動(dòng)力或控制電源，其正常運(yùn)行時(shí)由交流整流而得到，蓄電池組是直流系統(tǒng)的后備電源，當(dāng)直流系統(tǒng)的交流電源發(fā)生故障時(shí)，蓄電池輸出直流，不經(jīng)過充電裝置而直接為直流系統(tǒng)母線供電。蓄電池的運(yùn)行原理涉及物理反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)，故其從設(shè)計(jì)、制造、安裝、管理和維護(hù)方面都與站內(nèi)其余電氣設(shè)備有不同之處，在安全監(jiān)督中有特別需要注意的事項(xiàng)。本文在正常規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，特別提出影響蓄電池運(yùn)行管理的技術(shù)問題。

1.蓄電池組的運(yùn)行環(huán)境及運(yùn)行條件

1.1 蓄電池組的運(yùn)行環(huán)境

從布置設(shè)計(jì)和安裝的角度來看，符合規(guī)范要求的運(yùn)行環(huán)境能夠?yàn)樾铍姵靥峁┌踩倪\(yùn)行條件，可以使蓄電池在正常工況下運(yùn)行，不影響其使用壽命；同時(shí)可以減少蓄電池組運(yùn)行時(shí)的安全隱患（系統(tǒng)安全和人身安全），國內(nèi)參考的規(guī)范為《GB 50172電氣裝置安裝工程蓄電池施工及驗(yàn)收規(guī)范》，《DL/T 724電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)規(guī)程》和《DL/T 5044電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》，國外參考的規(guī)范為《IEEE Std 1188》。蓄電池組對運(yùn)行環(huán)境的要求主要源于其運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱量、可能泄露的化學(xué)液、氣體帶來的危險(xiǎn)。首先對放置蓄電池的房間要求更嚴(yán)格的通風(fēng)冷卻條件，有足夠的間隔距離，具有排水坡度設(shè)計(jì)的地板和平坦的天花等（防止危險(xiǎn)氣體聚集）；其次，如果采用電池架，則要求架底到地面有一定距離以便底面通風(fēng)，與荷載配合的基礎(chǔ)，對電池架的水泥臺(tái)、地面材質(zhì)都有要求，國外工程還會(huì)要求蓄電池組附近有提供運(yùn)行人員使用的洗眼器等等；另外，對蓄電池室內(nèi)的燈具、風(fēng)機(jī)等都有防爆要求。可以說，降低蓄電池運(yùn)行管理和維護(hù)工作的工作量的前提是合理、嚴(yán)格的運(yùn)行環(huán)境。

1.2 電氣運(yùn)行條件對蓄電池安全運(yùn)行的影響

電氣因素可能給蓄電池運(yùn)行帶來的安全隱患是其熱效應(yīng)以及絕緣問題。根據(jù)規(guī)程要求，蓄電池間宜布置在直流系統(tǒng)柜附近，目的是為了盡量縮短蓄電池出線電纜的長度，由于當(dāng)站用電或直流系統(tǒng)的交流電源發(fā)生故障時(shí)，蓄電池短時(shí)放電電流很大，為了不至于短時(shí)間內(nèi)溫升過高帶來的電纜、端子的絕緣危險(xiǎn)，應(yīng)選用截面足夠大的電纜，從經(jīng)濟(jì)上和電壓降考慮，該電纜應(yīng)盡量縮短。

2.影響蓄電池組使用壽命的因素

盡管目前廣泛使用的閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA）宣稱安全便捷、無需維護(hù)，使用壽命能達(dá)到10年以上，容易使運(yùn)行人員掉以輕心，而不正確的使用方式將使蓄電池的使用壽命大打折扣。

2.1 浮充電壓超限的影響

浮充電壓和蓄電池結(jié)構(gòu)、電解液比重及負(fù)荷有關(guān)，浮充電電壓不宜過高或過低，過高則會(huì)過充電，過低則會(huì)充電不足。比起國外規(guī)范規(guī)定，我國要求的浮充電壓更低一些，單體VRLA電池額定電壓為2V，浮充電壓為2.23～2.27V，均充電壓2.3～2.4V。

（1）失水是蓄電池本身隨時(shí)間推移一個(gè)緩慢發(fā)生的現(xiàn)象，氣體化合降低、外殼滲水、腐蝕和電池自放電都會(huì)使電池失水，然而，當(dāng)浮充電壓高于此限值或者過高，會(huì)造成充電電流過大會(huì)加速電池內(nèi)部電解液失水，甚至導(dǎo)致熱失控，產(chǎn)生外殼鼓包和漏氣，壽命下降，當(dāng)失水量大于百分之十五時(shí)，可認(rèn)為電池失效。

（2）當(dāng)浮充電壓低于限值，電池處于欠充電狀態(tài)、充電不及時(shí)或者長期擱置備用，內(nèi)部極板會(huì)發(fā)生硫酸鹽化，形成粗糙堅(jiān)硬難溶的硫酸鹽，而使容量下降，失水也會(huì)加速硫酸鹽的形成。

值得一提的是，上述電壓的影響是建立在電池內(nèi)阻統(tǒng)一、合格的基礎(chǔ)上而言的，如果單體電池內(nèi)阻過大，會(huì)增加發(fā)熱；如果多組連接的電池內(nèi)阻大，會(huì)造成浮充電流變大，整組電池過熱。

2.2 蓄電池管理單元（巡檢儀）的應(yīng)用

（1）由多臺(tái)蓄電池管理單元組成的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，可以由電網(wǎng)的控制中心監(jiān)控多個(gè)變電站蓄電池組的運(yùn)行情況，包括蓄電池的單體電壓、總電壓、充電電流、放電電流、剩余容量、電池溫度等數(shù)據(jù)。后臺(tái)可獲取蓄電池管理單元上的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)蓄電池在線監(jiān)測及專家診斷，該過程是24小時(shí)連續(xù)不斷進(jìn)行的，不存在時(shí)間死角，運(yùn)行人員可以隨時(shí)處理問題，滿足無人值守電站的需求。

（2）蓄電池管理單元起在線監(jiān)測及診斷的功能。從網(wǎng)絡(luò)連接來看，一般通過RS485上傳至直流系統(tǒng)的總監(jiān)控單元，再連同直流系統(tǒng)的信號(hào)一并以通訊的方式上傳至后臺(tái)（有的工程也將一些重要的狀態(tài)量通過硬接線上送，但需要增加電纜及測點(diǎn)的成本），后臺(tái)通過在線監(jiān)控來對蓄電池進(jìn)行管理，近來有的工程引進(jìn)國外的蓄電池管理單元，需要注意的是，由于蓄電池和直流系統(tǒng)的關(guān)系十分密切，狀態(tài)監(jiān)測和故障判斷需要經(jīng)過邏輯過程，所以宜將蓄電池管理單元的信號(hào)經(jīng)過直流系統(tǒng)的總監(jiān)控單元統(tǒng)一上送，如果總監(jiān)控單元和蓄電池管理單元不是統(tǒng)一采購，那么國外品牌的報(bào)文格式或通信協(xié)議與國內(nèi)品牌的設(shè)備很可能不同，而需要單獨(dú)走通訊通道上送至后臺(tái)，增加了成本和邏輯上的復(fù)雜性。

2.3 重點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)

（1）蓄電池組運(yùn)行時(shí)的容量，需要監(jiān)測是否達(dá)到標(biāo)稱值，監(jiān)測手段為容量測試或內(nèi)阻測試。如果個(gè)別電池處于開路狀態(tài)，造成蓄電池組無容量輸出，即蓄電池組退出運(yùn)行，如果此時(shí)交流電源故障，而無直流電源投入使用，保護(hù)設(shè)備可能誤動(dòng)，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

（2）浮充電流、單體電壓、終端電壓，需控制在合格范圍內(nèi)，并注意電流突變的情況。

（3）溫度。包括室溫和接線端子的溫度，前者是確保運(yùn)行環(huán)境，后者是檢查端子是否發(fā)熱、變形等現(xiàn)象。

（4）腐蝕污染。檢查導(dǎo)線、螺栓、電池架（柜）是否受到腐蝕或污染。

3.蓄電池組試驗(yàn)典型試驗(yàn)及特性曲線

以某品牌單體蓄電池容量測試為例：

3.1 浮充電壓與使用壽命

4.總結(jié)及建議

使用端電壓來判斷蓄電池的容量達(dá)標(biāo)情況、是否失水等方法，對于長期用浮充電方式運(yùn)行的VRLA電池來說是有難度的，《DL/T 724電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)規(guī)程》中提及應(yīng)對新建工程進(jìn)行全面核對性放電試驗(yàn)，每隔三年進(jìn)行一次；投運(yùn)六年后的蓄電池組，則每年進(jìn)行一次。這種核對性放電則需要在多項(xiàng)測試中對照標(biāo)稱值和標(biāo)稱曲線，對每個(gè)單體蓄電池的維護(hù)和故障排除更加有效。

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