110kV耿馬站蓄電池電壓陡降分析

摘 要：閥控式鉛酸蓄電池在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，不可避免地產(chǎn)生老化，使其容量下降。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障，如果此時(shí)交流電源失電，蓄電池組端電壓不可避免地產(chǎn)生陡降，當(dāng)槽底電壓低于保護(hù)及安全自動(dòng)裝置的允許電壓時(shí)將使裝置失電。文章重點(diǎn)分析了110kV耿馬站蓄電池端電壓發(fā)生陡降的原因，由此引出了現(xiàn)行蓄電池容量測(cè)試方法的不足，對(duì)改進(jìn)蓄電池容量測(cè)試方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要的探討。

關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池；電壓陡降；分析

1 問(wèn)題引出

2012年4月6日，110kV耿馬站一條110kV線路發(fā)生單相接地故障，保護(hù)裝置動(dòng)作跳閘將故障切除。在檢查保護(hù)動(dòng)作情況時(shí)發(fā)現(xiàn)，保護(hù)裝置的故障錄波長(zhǎng)度只有0.7秒，且裝置有重新上電的記錄。

經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)220V蓄電池在110kV線路發(fā)生接地故障時(shí)由于非全相運(yùn)行使得兩路交流電源同時(shí)失電，全站直流負(fù)荷由蓄電池供電，在0.7秒的時(shí)間里蓄電池組端電壓陡降至100V，使得繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置失電。

2 蓄電池電壓陡降

2.1 蓄電池電壓陡降現(xiàn)象

充足電的鉛蓄電池在起始放電時(shí)，有一個(gè)短時(shí)間的端電壓陡降，很快電壓就會(huì)回升，進(jìn)入正常放電。這種陡降，發(fā)生在放電開(kāi)始的幾十秒鐘內(nèi)，對(duì)容量在合格范圍內(nèi)的蓄電池使用沒(méi)有什么影響。當(dāng)蓄電池容量虧損較大，保護(hù)及安全自動(dòng)裝置將不能容忍這種陡降，甚至?xí)l(fā)生裝置失電。同一組蓄電池。如處于同一荷電狀態(tài)，各單電池的電壓陡降出現(xiàn)的時(shí)間，與該電池的現(xiàn)時(shí)容量有關(guān)，即電壓陡降出現(xiàn)得早的電池容量比較低。

電壓陡降已具有不少實(shí)用意義，以一個(gè)12V 275 Ah電池為實(shí)例。能影響電壓陡降的參數(shù)有：放電電流、環(huán)境溫度、浮充電壓、前次放電深度、浮充時(shí)間等等。變電站蓄電池存放在一個(gè)相對(duì)恒溫的環(huán)境中，影響蓄電池電壓陡降的參數(shù)主要是放電電流大小。圖1是蓄電池恒流放電曲線。圖2是放大了的初始放電電壓曲線。

2.2 蓄電池電壓陡降原理

鉛蓄電池的端電壓可以用著名的Nerst公式計(jì)算：

3 110kV耿馬站蓄電池電壓陡降分析

110kV耿馬站安裝一套100Ah的閥控式鉛酸蓄電池系統(tǒng)，已運(yùn)行6年，最近一次的核對(duì)性放電試驗(yàn)結(jié)果顯示，由一只蓄電池容量已低于50%。在沒(méi)有備用電池的情況下只能讓蓄電池繼續(xù)運(yùn)行，等待新電池到貨更換。

3.1 檢查情況

缺陷發(fā)生后，為確定蓄電池的運(yùn)行狀況，檢修人員斷開(kāi)交流輸入電源，由蓄電池供全站直流負(fù)荷，4秒鐘后，蓄電池端電壓告警，檢修人員隨即合上交流輸入電源。后將蓄電池與直流負(fù)荷斷開(kāi)，進(jìn)行蓄電池容量核對(duì)性放電試驗(yàn)，設(shè)置放電電流0.1C，當(dāng)進(jìn)行到70秒時(shí)，蓄電池端電壓告警，放電中斷。重新啟動(dòng)放電，電池已處于非充足狀態(tài)，電壓陡降現(xiàn)象不明顯，放電正常。檢查情況如表1。

3.2 檢查結(jié)果分析

將耿馬站蓄電池放電電壓曲線（圖3）的陡降復(fù)升階段進(jìn)行局部放大（圖4），從這圖中可以觀察到，槽底電壓和恢復(fù)電壓越小，蓄電池放電時(shí)的端電壓越早到達(dá)終止電壓，即蓄電池的容量越小。

蓄電池歷次容量核對(duì)性放電試驗(yàn)結(jié)果表明，因電池本身老化而造成容量下降的過(guò)程中電壓陡降復(fù)升與容量之間存在著近似的線性關(guān)系。容量下降越多，放電起始階段電壓下降越快。放電電流越大，槽底電壓和恢復(fù)電壓越小，且槽底電壓和恢復(fù)電壓均是隨著放電電流的增大而呈近似線性地減小。這對(duì)于檢修人員判斷蓄電池工況具有重大意義。

110kV耿馬站在發(fā)生接地故障時(shí)，直流系統(tǒng)交流電源失電，多個(gè)保護(hù)裝置同時(shí)啟動(dòng)，兩個(gè)斷路器相繼跳閘，直流負(fù)荷電流是正常運(yùn)行時(shí)直流負(fù)荷電流的幾倍，致使蓄電池放電時(shí)槽底電壓低于保護(hù)裝置允許運(yùn)行電壓，保護(hù)裝置失電。

4 現(xiàn)行檢查規(guī)程的不足

（1）根據(jù)運(yùn)行規(guī)程要求，運(yùn)行人員每季度采用斷開(kāi)充電機(jī)交流輸入的方法進(jìn)行一次蓄電池單只電壓檢測(cè)，此時(shí)的負(fù)荷電流為正常運(yùn)行狀態(tài)下的負(fù)荷電流。由于負(fù)荷較小，蓄電池端電壓波動(dòng)小，槽底電壓比較高，不能真實(shí)反映故障情況時(shí)的蓄電池端電壓的變化情況。（2）根據(jù)運(yùn)行規(guī)程要求，當(dāng)變電站僅有一組蓄電池且不能退出時(shí)，則不允許進(jìn)行全容量核對(duì)性放電，只允許用I10電流恒流放出額定容量的50%。核對(duì)性放電試驗(yàn)只能檢查到蓄電池的額定容量的50%，難以對(duì)蓄電池的實(shí)際容量進(jìn)行檢查。（3）蓄電池的核對(duì)性放電試驗(yàn)，在接通電源后，測(cè)試儀是以小電流開(kāi)始放電，經(jīng)過(guò)約90秒鐘的時(shí)間逐步穩(wěn)定到設(shè)定的放電電流，對(duì)于蓄電池電壓陡降復(fù)升不能進(jìn)行有效檢查。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）重視蓄電池電壓陡降復(fù)升給保護(hù)及安全自動(dòng)裝置造成的影響，在蓄電池容量不滿(mǎn)足要求而又不能立即更換時(shí)充分考慮繼續(xù)運(yùn)行帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。（2）增加核對(duì)性放電試驗(yàn)結(jié)果的判據(jù)，將蓄電池單體電壓陡降的斜率作為判斷電池容量的一個(gè)參考依據(jù)，當(dāng)出現(xiàn)異常的陡降時(shí)，創(chuàng)造條件對(duì)陡降的單只蓄電池進(jìn)行全容量核對(duì)。（3）改進(jìn)蓄電池放電測(cè)試儀，在起始放電階段實(shí)現(xiàn)恒流放電，以蓄電池的故障時(shí)可能出現(xiàn)的負(fù)荷電流考核蓄電池的帶載能力。

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作者簡(jiǎn)介：溫業(yè)盛（1982- ），男，廣東肇慶人，助理工程師，從事繼電保護(hù)測(cè)試工作。