基于磷酸鐵鋰蓄電池的變電站直流電源系統(tǒng)應(yīng)用研究

趙娟娟

摘 要：為提高變電站直流電源系統(tǒng)供電可靠性，降低安全運行維護成本，直流電源系統(tǒng)蓄電池在設(shè)備選型應(yīng)用上需要邁出堅實的步伐，在電網(wǎng)快速擴張今天，變電站設(shè)備選型原來越智能化，對直流電源可靠性提高到了新的高度，對此，需要不斷地探索應(yīng)用新產(chǎn)品，新材料，新技術(shù)，對此，相比較其它蓄電池，磷酸鐵鋰蓄電池超長壽命、使用安全、綠色環(huán)保、可大電流充放電、耐高溫、自放電率小、無記憶效應(yīng)、體積小、重量輕的特點，研究磷酸鐵鋰蓄電池組在變電站直流電源系統(tǒng)中應(yīng)用意義重大。

關(guān)鍵詞：磷酸鐵鋰蓄電池；直流電源系統(tǒng)

直流電源系統(tǒng)是變電站二次設(shè)備的核心，其運行的可靠性直接關(guān)系到變電站的安全可靠運行。當前，電力系統(tǒng)直流蓄電池主要選型使用閥控式密封鉛酸蓄電池，其單體電壓“一致性”差，溫度對電池特性影響大，有漏液、電池鼓肚現(xiàn)象，壽命偏短?，F(xiàn)在，煤炭行業(yè)已經(jīng)出臺了在新項目中禁止使用鉛酸電池的規(guī)定。在這種情況下，閥控式密封鉛酸蓄電池作為一種落后的工藝逐漸將被替代，而鋰電池的迅速發(fā)展也成為一個替代閥控式密封鉛酸蓄電池的優(yōu)秀產(chǎn)品。

在變電站的直流系統(tǒng)中，由于閥控式密封鉛酸蓄電池只需嚴格控制整流器的充電電壓，根據(jù)浮充使用和循環(huán)使用的不同要求，采用規(guī)定的電壓進行恒壓充電，無需值班人員過多操心電池的充電過程，不必添加蒸餾水，也不必經(jīng)常檢測電池端電壓、電解液比重及溫度，只需定期檢測電池端電壓和放電容量即可，其使用方便、安裝簡便、安全可靠，閥控密封鉛酸蓄電池是目前電力系統(tǒng)發(fā)電廠、變電站直流電源系統(tǒng)的主流選擇。目前國內(nèi)變電站大部分采用的蓄電池是閥控式密封鉛酸蓄電池。閥控式密封鉛酸蓄電池除不測量密度，不添加蒸餾水之外，其它維護工作和一般蓄電池同等對待，閥控式密封鉛酸蓄電池并不是免維護蓄電池，只是不加水、不測比重。目前運行的閥控式密封鉛酸蓄電池在電力系統(tǒng)變電站運行工況并不樂觀。閥控式密封鉛酸蓄電池主要有以下缺陷：一是蓄電池單體電壓“一致性”差，溫度對電池特性影響大，有漏液、電池鼓肚現(xiàn)象，壽命偏短?！峨娏こ讨绷麟娫丛O(shè)備通用技術(shù)條件及安全要求》建議閥控式密封鉛酸蓄電池室的環(huán)境溫度應(yīng)盡可能保持在5-35℃之間，但在實際運行中，要保證常年環(huán)境溫度在規(guī)定范圍內(nèi)比較困難。二是存在隱蔽缺陷，部分蓄電池容量存在不足。在浮充狀態(tài)下，端電壓正常、溫度正常、無漏液，但在站用電交流失壓、大電流沖擊、意外低電壓情況下，存在隱蔽缺陷的蓄電池就可能會出現(xiàn)極板脫落、短時間容量“跳水”崩潰現(xiàn)象；三是閥控式密封鉛酸蓄電池對過充電較為敏感，在過充電情況下有燃燒及爆炸危險，給變電站的設(shè)備安全運行帶來潛在風險。四是廢舊閥控式密封鉛酸蓄電池處理不當會對環(huán)境造成嚴重污染。

在電力系統(tǒng)中，為確保直流電源不間斷，一般都采用開關(guān)整流器（充電器）與蓄電池組并聯(lián)的浮充電使用方式。在浮充狀態(tài)下，充電電流主要用于電池因自放電而損失的容量，但是浮充狀態(tài)下充電電流又是與電池的浮充電壓密切相關(guān)的。因而為了使閥控鉛酸蓄電池有較長的浮充使用壽命，在電池使用過程中，要充分結(jié)合電池制造的原材料及結(jié)構(gòu)特點和環(huán)境溫度等各方面的情況，制定電池合理的使用條件，尤其是浮充電壓的設(shè)定。例如：在環(huán)境溫度為25℃時，標準型閥控式密封鉛酸蓄電池的浮充電壓應(yīng)設(shè)置在2.25V，允許變化范圍為2.23～2.28V。浮充電壓設(shè)置過低，電池長期處于欠充電狀態(tài)，不僅會在電池極板內(nèi)部形成不可逆的硫酸鹽化，而且還會在活性物質(zhì)和板柵之間形成高電阻阻擋層，使電池的內(nèi)阻增加、容量下降，最終使其壽命提前終止；浮充電壓設(shè)置過高，電池長期處于過充電狀態(tài)，會使電池充電電流增大，不僅會使安全閥頻繁開啟導致失水增加，容量衰減；而且還會使電池內(nèi)產(chǎn)生的熱量來不及散掉，溫度升高，形成惡性循環(huán)，造成熱失控，另外還會使板柵腐蝕加速，浮充使用壽命提前終止。

當然為了使電池既不欠充電，也不過充電，還需要根據(jù)環(huán)境溫度的變化來調(diào)整浮充電壓，通常的調(diào)節(jié)系數(shù)為±3mV/℃。但決不是說有了浮充電壓的調(diào)節(jié)系數(shù)，電池就可以在任意環(huán)境溫度下使用。要知道，溫度低時，由于浮充電壓增大，同樣會引起浮充電流增大，板柵腐蝕加速，壽命提前終止等一系列的問題；而溫度高時，浮充電壓減小，也會形成電池欠充電的一系列問題。由此可知，閥控式密封鉛酸蓄電池安裝使用時，最好安裝在裝有空調(diào)的、通風條件良好的房間內(nèi)，同時還要遠離開關(guān)整流器等熱源，并且電池多層安裝時，也最好不要安裝在電池柜內(nèi)，以免影響散熱。通常，過放電越嚴重，下次充電時，落后電池越不容易恢復，這就將嚴重影響電池組的壽命。由于閥控式密封鉛酸蓄電池過壓、欠壓充電會對電池的壽命及容量產(chǎn)生較大影響，不能耐受高溫，溫度對均、浮充電壓影響較大，在使用過程中稍有不當，很容易造成蓄電池組提前報廢。

磷酸鐵鋰材料無任何有毒有害物質(zhì)不會對環(huán)境構(gòu)成任何污染被世界公認為綠色環(huán)保電池，該電池無論在生產(chǎn)及使用中，均無污染，磷酸鐵鋰蓄電池列入了“十五”期間的“863”國家高科技發(fā)展計劃，成為國家重點支持和鼓勵發(fā)展的項目。我國現(xiàn)在已有一些工廠生產(chǎn)磷酸鐵鋰蓄電池正極材料及生產(chǎn)各種不同容量的磷酸鐵鋰蓄電池。由于生產(chǎn)時間不長，規(guī)模還不大，造成供不應(yīng)求的情況。不過，這種情況可望在2～3年內(nèi)得到改變，磷酸鐵鋰蓄電池將更便宜，并且其應(yīng)用將更普遍。

參考文獻：

[1]馮海洋.論智能變電站一體化電源的安全可靠性[J].中國電力教育，2012（30）：134-135.