針對大有供電公司35KV某變電站維護蓄電池而提升電力直流系統的穩定運行的經驗分析

張萍　王斌　王準濤

【摘 要】本文通過對河南大有能源供電公司下屬各變電站近年事故的統計，針對2010年開始出現的事故問題進行了分析，發現事故原因多屬于該類型蓄電池存在的問題。大有能源供電公司專門成立事故分析處理小組，調查現狀、分析常見故障現象和原因，研究如何加強運行管理，降低了供電事故發生率。

【關鍵詞】閥控式鉛酸；蓄電池；運行；維護；分析

0 引言

隨著煤炭工業的發展，礦井電力系統的規模越來越大，各種新的設備不斷投入到系統當中，使系統變得更加復雜，系統發生故障引發事故的可能性隨之也增加。我們供電企業承受了有史以來最大的供電壓力。河南義煤集團供電公司負擔著義煤集團18座變電站安全穩定運行的重任，這些變電所的安全運行直接關系到各個煤礦區的安全運行。

河南大有能源供電公司下屬變電站多數使用的是國內生產的免維護閥控式鉛酸蓄電池，近兩年使用時出現了不少問題，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始使用便被稱為免維護電池，而生產廠家又承諾該電池的使用壽命為10-20年，這樣給維護人員一種誤解，其實，適時的維護至關重要。為了解決這個矛盾，我們經過一段時間的學習、探索和積累，在不斷實踐的基礎上，總結出一套切實可行、有效的方法，大大提高了直流系統供電可靠性。

1 現有電力系統分析

電力系統的安全一直是電力系統的重要課題之一。對電力系統來說，安全穩定和可靠都是電力系統正常運行所不可缺少的最基本條件。對于小系統的安全穩定問題，如一個小系統故障，運行人員可以憑經驗把握住系統的實際穩定程度和實施必要的穩定措施，利用人為來預防更大事故的發生。在變電所中，直流系統在正常情況下為控制信號、繼電保護、自動裝置、斷路器跳合閘操作回路等提供可靠的直流電源，當發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滑油泵等提供直流電源。而直流系統的可靠與否，蓄電池起著至關重要的作用。蓄電池是變電站保證設備安全運行的重要組成部分，蓄電池做為直流系統中的儲能元件，是系統可靠運行的核心部件。因此，蓄電池的穩定性和在放電過程中能提供給負載的實際容量對確保設備安全運行具有十分重要的意義。

2 電力直流系統的現狀

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，擔負著整個集團公司中、東、西部15座礦井的安全生產和居民生活用電。

然而我們多數變電站因建設和使用年份久遠，蓄電池經過一定時間的使用后，常易因活性物質脫落、板柵腐蝕或極板變形、硫化、失水等問題，而使容量逐漸降低直至失效。幾十節串聯的電池，只要1節過早損壞，隨著時間變長，其他電池跟著報廢。技術人員一般對變電站的保護回路及控制回路等比較重視，而對為繼電保護回路提供能量的直流系統的重要性往往就忽視了。平時維護一般只是進行一些簡單的蓄電池電壓測試和絕緣監視等。檢修維護人員定期對直流設備進行一般性的日常定檢檢查和簡單的電池電壓測量等工作。現場檢修維護人員也因不具備相應的測試手段，難以確認設備的技術指標是否滿足要求。

隨著無人值守變電站的普及和閥控式密封鉛酸蓄電池（也俗稱免維護蓄電池）的使用，電力部門對直流充電設備的性能要求越來越高。直流系統中閥控鉛酸蓄電池、智能型高頻開關充電裝置等附屬設備的技術性能日益優越，安全可靠性提高，促進了直流系統技術和設備的迅速發展。如何通過有效措施及維護手段保證特種電源的穩定是我們面臨的一個關鍵問題。

3 供電故障調查統計

3.1 現有直流電源設備狀況

我義煤集團供電公司所現有的18所變電站中，除了2座新建的變電站采用的是高頻開關電源整流充電機外，其他16座的全部為硅整流相控電源，我們從性能、可靠性、技術參數等方面來綜合比較高頻開關電源與相控電源之間的差別，現對比他們的性能比較如下：

由表1可見，我們多數變電站所使用中的相控電源存在的缺點及風險，充放電機的先進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安全運行的一個關鍵環節。

3.2 故障統計分析

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10年以上變電站。以下是我們統計的自2010年以來對某35KV變電站直流系統故障統計。

2010年以來，統計我供電公司35KV **變電站系統的直流故障進行了調查（如表2）。

從表2看出，直流系統因素引發的故障共計12次，其中蓄電池原因占6次之多。蓄電池的穩定工作直接關系到電力系統的穩定，我們越來越關注其工作狀態，并且探討采取了一些積極有效的措施手段，力求電源的可靠運行。

4 對現實因素的調查統計

4.1 人員素質問題

變電站所有設備的操作、檢修維護、故障處理都必須人來完成的，所以人員在設備的檢查和維護及故障處理方面的作用就顯得十分重要。由于現在普遍國企人員思想散漫，文化差異大，人員自身也存在惰性，滿足于表層知識。再加上企業多數認為員工素質就是技術素質，實際上的安全意識、遵章守紀的安全素養同樣十分重要。所以變電人員工作中存在的問題，潛在地影響著實際安全生產工作。

4.2 變電站設備問題

隨著科技的發展及自動化程度的提高，作為輸變電的重要樞紐，變電站正朝著無人值守的方向發展。我們通過對現有變電站充放電設備的調查，現有16座變電站充放電機使用多年，一般沒有主動更換先進充電機的情況，除設備損壞不能使用的情況下會更新設備。因此，充電設備的優劣也嚴重地制約著對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 技術水平問題

國家電力直流系統檢修規范2005年制定，2006年開始實施。在此之前，由于標準不明確，不統一，各供電公司的蓄電池組的維護工作開展極不均衡。電池方面也存在著測試困難，不能補充電解液，對浮充、使用環境要求較高等不足之處。且電池應用初期，生產廠家夸大其免維護性，運行單位對該種電池也缺乏認識，客觀導致了不少蓄電池組的維護跟不上，運行環境惡劣。

綜合其以上全部分析調查，我們可以統計出制約蓄電池維護水平的4個方面要因，其次是影響這4個方面要因的主要原因和次要原因（如表3）。

分析表3我們得出四個要因中，人員問題、環境問題和方法問題都可以通過后期培訓得到改善和優化，只有設備問題是一個重中之重的問題。怎樣改善蓄電池的老化，怎樣延長蓄電池的使用壽命，怎樣人為預測到蓄電池的故障等問題就是我們需要研究的方向。

5 我35KV某變電站蓄電池問題調查統計

影響閥控式鉛酸蓄電池使用壽命的因素

5.1 環境溫度影響

對照生產廠家提供的溫度/壽命特性表，蓄電池的容量是隨著溫度的變化而變化的，蓄電池運行環境溫度為25℃，升高10℃使用壽命將減少一半。例如：對5年期壽命的電池，當環境溫度為35℃時，實際壽命只有2.5年，假如再升高10℃達到45℃時，其壽命只有約1.25年了。調查我變電站的設備運行環境，安裝閾控蓄電池的配電室，為防小動物進室，門窗都比較封閉，變電站使用年數也長，室內溫度比實際要求溫度還要升高，對蓄電池的運行極為不利。

5.2 過度充電的影響

變電站因為沒有專業的維護措施與知識，大部分蓄電池都有長期的過度充電，蓄電池因為長期的過度充電，正極因析氧反應，水被消耗，H+增加導致正極附近酸度增加，板柵變薄腐蝕加速，使容量降低；同時水損耗加劇，蓄電池有干涸的危險，造成壽命減短。

5.3 過度放電的影響

因為沒有先進的蓄電池控制儀器，在現實供電情況下交流電源停電后，蓄電池長時間需負載供電。蓄電池經常過度放電到其電壓過低甚至為零，這樣給電池的負極造成“硫酸鹽化”，長期的這種情況造成電池的充、放電性能越來越差。

5.4 長期浮充電的影響

目前，蓄電池大多數都處于長期的浮充電狀態下，只充電，不放電，這種工作狀態極不公道。蓄電池在長期浮充電狀態下，只充不放電，會造成極板鈍化，使蓄電池內阻增大，容量大幅下降，從而降低其使用壽命。我們多數某變電站一直處于正常的供電之中，蓄電池就沒有工作的機會，就有可能長時間浮充而損壞。所以，要定時進行人為的強制放電工作，這樣不但可以活化電池，還可以檢驗直流系統是否處于正常狀態，并可以使操縱職員熟悉直流供電系統的使用。

6 主要原因分析

設備原因是我們主要研究的對象，針對設備問題，在無法實現更換更先進水平設備條件下，我們只有實現對蓄電池的維護來有效降低故障率，同時我們制定出具體維護的辦法和實施方法。

6.1 具體實施及辦法

6.1.1 針對變電站蓄電池設定查抄項目

6.1.2 檢測蓄電池端電壓

6.1.3 毗連處有無松動

6.1.4 極柱、清靜閥周圍是否有滲酸與酸霧逸出

6.1.5 蓄電池殼體有無滲漏和變形

6.2 若有以下情況之一應舉行充電

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 棄捐不用時間高出三個月

6.2.4 全浮充運行達三個月

6.3 運行中的維護措施

6.3.1 定期測量檢查蓄電池浮充狀態是否正常，浮充電壓環境溫度

6.3.2 浮充時單體蓄電池端電壓的最大差值應不大于50mV

6.3.3 蓄電池端子應用螺栓、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路電壓最高與最低差值不大于20mV

6.3.5 正確設置電源裝置的充電參數，自動均衡充電周期設置為3個月

6.3.6 定期核對性放電試驗：全充全放使活性物質得到恢復

6.3.7 每次放電完后，應實時充電10h以上，不要使蓄電池組被過電流或過電壓充電

6.3.8 對充電設備及溫度等環境因素人為加以控制

6.3.9 不使用紋波較大的充電機，且應有溫度補償功能

7 預期達到的效果

通過以上方法及措施的實施，我們通過一段時間的統計，變電站直流系統故障大幅降低，蓄電池的合格率從原來的95%上升至99%，統計一年內此35KV變電站沒有發生一起因直流系統故障而引發的供電事故。我們制定的目標實現。

事實上，直流系統的題目在很大程度上是電池的題目，只要正確使用電池，并經常對電池進行維護，就能使其保持良好的狀態，也就解決了直流系統的關鍵題目，就能保證直流系統隨時處于正常工作狀態，也就可以使設備在安全的環境中工作。

以上就我公司廣泛使用的直流系統的配置、監測及蓄電池維護等方面的實際體會做了簡單的闡述。直流系統在產業企業控制系統中的作用舉足輕重，是實現自動化控制的基石，因此，采取積極有效措施，持續改善及進步直流系統的穩定性，公道配置直流系統，將是一個值得研討的課題。

8 結束語

通過對我公司某變電站故障原因的分析研究，證實蓄電池故障是有規律可循的，并通過一些切實有效的管理手段和維護方法，可以大大提供蓄電池運行維護水平和大幅降低蓄電池運行故障。

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[責任編輯：湯靜]