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期運行過程中，不可避免地產生老化，使其容量下降。當系統發生故障，如果此時交流電源失電，蓄電池組端電壓不可避免地產生陡降，當槽底電壓低于保護及安全自動裝置的允許電壓時將使裝置失電。文章重點分析了110kV耿馬站蓄電池端電壓發生陡降的原因，由此引出了現行蓄電池容量測試方法的不足，對改進蓄電池容量測試方法進行了簡要的探討。

關鍵詞：鉛酸蓄電池；電壓陡降；分析

1 問題引出

2012年4月6日，110kV耿馬站一條110kV線路發生單相接地故障，保護裝置動作跳閘將故障切除。在檢查保護動作情況時發現，保護裝置的故障錄波長度只有0.7秒，且裝置有重新上電的記錄。

經排查，發現220V蓄電池在110kV線路發生接地故障時由于非全相運行使得兩路交流電源同時失電，全站直流負荷由蓄電池供電，在0.7秒的時間里蓄電池組端電壓陡降至100V，使得繼電保護及安全自動裝置失電。

2 蓄電池電壓陡降

2.1 蓄電池電壓陡降現象

充足電的鉛蓄電池在起始放電時，有一個短時間的端電壓陡降，很快電壓就會回升，進入正常放電。這種陡降，發生在放電開始的幾十秒鐘內，對容量在合格范圍內的蓄電池使用沒有什么影響。當蓄電池容量虧損較大，保護及安全自動裝置將不能容忍這種陡降，甚至會發生裝置失電。同一組蓄電池。如處于同一荷電狀態，各單電池的電壓陡降出現的時間，與該電池的現時容量有關，即電壓陡降出現得早的電池容量比較低。

電壓陡降已具有不少實用意義，以一個12V 275 Ah電池為實例。能影響電壓陡降的參數有：放電電流、環境溫度、浮充電壓、前次放電深度、浮充時間等等。變電站蓄電池存放在一個相對恒溫的環境中，影響蓄電池電壓陡降的參數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，已運行6年，最近一次的核對性放電試驗結果顯示，由一只蓄電池容量已低于50%。在沒有備用電池的情況下只能讓蓄電池繼續運行，等待新電池到貨更換。

3.1 檢查情況

缺陷發生后，為確定蓄電池的運行狀況，檢修人員斷開交流輸入電源，由蓄電池供全站直流負荷，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荷斷開，進行蓄電池容量核對性放電試驗，設置放電電流0.1C，當進行到70秒時，蓄電池端電壓告警，放電中斷。重新啟動放電，電池已處于非充足狀態，電壓陡降現象不明顯，放電正常。檢查情況如表1。

3.2 檢查結果分析

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

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

110kV耿馬站在發生接地故障時，直流系統交流電源失電，多個保護裝置同時啟動，兩個斷路器相繼跳閘，直流負荷電流是正常運行時直流負荷電流的幾倍，致使蓄電池放電時槽底電壓低于保護裝置允許運行電壓，保護裝置失電。

4 現行檢查規程的不足

（1）根據運行規程要求，運行人員每季度采用斷開充電機交流輸入的方法進行一次蓄電池單只電壓檢測，此時的負荷電流為正常運行狀態下的負荷電流。由于負荷較小，蓄電池端電壓波動小，槽底電壓比較高，不能真實反映故障情況時的蓄電池端電壓的變化情況。（2）根據運行規程要求，當變電站僅有一組蓄電池且不能退出時，則不允許進行全容量核對性放電，只允許用I10電流恒流放出額定容量的50%。核對性放電試驗只能檢查到蓄電池的額定容量的50%，難以對蓄電池的實際容量進行檢查。（3）蓄電池的核對性放電試驗，在接通電源后，測試儀是以小電流開始放電，經過約90秒鐘的時間逐步穩定到設定的放電電流，對于蓄電池電壓陡降復升不能進行有效檢查。

5 結束語

（1）重視蓄電池電壓陡降復升給保護及安全自動裝置造成的影響，在蓄電池容量不滿足要求而又不能立即更換時充分考慮繼續運行帶來的風險。（2）增加核對性放電試驗結果的判據，將蓄電池單體電壓陡降的斜率作為判斷電池容量的一個參考依據，當出現異常的陡降時，創造條件對陡降的單只蓄電池進行全容量核對。（3）改進蓄電池放電測試儀，在起始放電階段實現恒流放電，以蓄電池的故障時可能出現的負荷電流考核蓄電池的帶載能力。

參考文獻

[1]吳壽松，孔德龍.談談蓄電池放電時的電壓陡降[J].蓄電池，2004，3：

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[2]陳立寶.對鉛酸蓄電池放電時電壓陡降復升的認識[J].蓄電池，2005，3：128-129.

作者簡介：溫業盛（1982- ），男，廣東肇慶人，助理工程師，從事繼電保護測試工作。