變電站閥控式鉛酸蓄電池在線監測與失效機理研究

摘 要：因變電站繼電保護與直流系統是密不可分的，直流系統在變電站或換流器內充當著不可替代的作用。唯有直流系統的可靠運行，才能保證保護正確動作性，保證換流器內相關器件的穩定運行。然而，多年的運行經驗表明，蓄電池的實際使用壽命往往比理論上的使用壽命要短得多，使用環境惡劣或者是內部電解液失效等都有關聯。因變電站內直流電壓是基本恒定的，當個別蓄電池失效將會導致整體直流段的電壓偏小，則整組蓄電池失效。因此，有必要對蓄電池監測與控制，以及對失效機理研究，為變電站直流電池安全穩定運行提供美好環境。

關鍵詞：可靠性；蓄電池；工作原理；失效機理

引言

隨著電力系統的發展，電系統的電壓等級越來越高，同時其高壓直流系統的大量出現，間接地對電力系統的安全穩定性提出更高的要求，其中，對短路電流應該有特別靈敏的保護，而在保護配置方面，大多數采用比較穩定的直流電壓。但，為了保證直流電壓穩定性，電站上一般配套了兩套直流裝置。其中一套即是靠直流蓄電池來供電，所以直流蓄電池的作用是不可以替代的。隨著近年來的電網加大建設，變電站大量的增多，導致對直流需求方面越來越強烈，而相應的變電站直流系統專業素質還比較落后，迫切需要加大培訓力度，提高專業技術水平。所以對直流蓄電池的維護研究與探討仍存在大量的空白。

1 蓄電池的發現歷程

在50年代之前，我國國內變電站站用開口鉛酸蓄電池，然而多年的運行經驗表明，這種電池質量性較差，具體表現在不耐振，易漏液、充電要求高，且壽命相對較短，隨著技術科技的發展，到了70到80年代時候，新型的一種蓄電池發現：錫一鎳蓄電池。這種電池基本采用的是成套裝置，它們有以下相關方面的優點：（1）體積小；（2）安裝維護方便；（3）可靠性高；（4）不污染環境；（5）關鍵它們使用壽命長、維護周期長。另外，它還有一個特別優點，那就是可以連續多次提供高倍率的大電流放電。這樣，當變電站內控制回路或者是相關跳合閘線圈上就有著非常穩定恒定的直流電壓。非常的適應斷路器合閘使用，所以，慢慢的被現代變電站所廣泛的接受。但是，并非是免維護，當然還是要按照相關國標進行周期檢測，周期維護試驗的。

2 蓄電池在線監測的必要性

因新型的大量新產品、新設備、新技術在變電站內得到廣泛推廣，電網的進一步擴大，對變電站內直流系統安全穩定的需求進一步提升，所以在日常直流系統維護中，都要做好相應記錄，定好周期進行充放電實驗。每一次實驗都應該仔細認真的檢測每一個蓄電池的放電電壓、電流、還有放電時間，并與以前相關數據進行比較，因為蓄電池的性能惡化是漸進的，一兩次的試驗一般是無法發現其放電異常或者是其它方面的異常。所以說很難完全掌握設備的健康狀況，這就進一步要求了運維人員要進行長期性、周期性的的觀察和記錄，另外，因蓄電池的放電持續時間長，好多變電站并未真正的開展這方面的放電工作。所以現在要求，變電站值守人員在巡視設備同時，還應對直流設備的運行狀態進行定期檢查，過早的發現直流電池的缺陷，如漏液等，并且及時的進行處理，這間接的要求了如果有一種在線實時監測裝置，則會大大提高其準確率，并且給少許多人工工作量，則是一件特別重要有意義事情。

3 閥控式鉛酸蓄電池的密封原理

閥控式鉛酸蓄電池，也是現在經常所叫的密封鉛酸蓄電池，它另外一個名字稱為vRLA電池。在電池內部主要發生負極吸收原理，/氧氣復合循環的化學過程，來達到密封目的。在電池的負極，它把過量的活性物質進行吸收，而在鉛酸蓄電池在充電后期，負極不再吸收活性物質了，相反，它的析氫反應受到抑制，而正極析出的氧氣能被負極吸收，這就是經常所說一個周期循環過程——即/氧氣復合循環。在此循環過程中，蓄電池內部的氧氣被消耗，從而實現蓄電池的密封。當電池處于正極充電態時，它的充電量在7%以上時，開始析出氧氣，如下公式所示。

以上所述，閥控式密封鉛酸蓄電池因自身強大的優勢，主要表現為維護周期時間長，充電、放電效率高的特別，被廣泛應用于在變電站直流系統中。但是隨著供電系統對直流供電電壓穩定性與可靠性要求的越來越高，而傳統的蓄電池的缺點表現越來越明顯，急需出現一種新的蓄電池來更替舊的蓄電池。緊隨著現代因閥控蓄電池閥控式的現身，取代了舊的蓄電池，但隨著又引來了一個新課題，那就是，人們無法準確掌握蓄電池的健康狀況，如何實現在線偵測，在線掌握蓄電池的支行情況，因為我們都知道一旦蓄電池發生故障，導致于直流電壓不穩定，或者是偏大或小，這樣可能導致保護裝置可能發生誤動。進步使供電系統遭受巨大的損失。所以說，蓄電池在線監測技術是以后發展的必然課題，如何實現在線偵測，如何讓蓄電池維護周期更長，進步減少維護工作量，如何提高蓄電池維護的效果，隨時隨地的掌握蓄電池的性能狀況，這些措施的最終結果是盡可能的去延長蓄電池的使用壽命，讓變電站內的直流系統安全與穩定性更一步得到提高。其中，鉛酸蓄電池內部化學反應圖見圖1。

4 閥控式鉛酸蓄電池的失效機理

4.1 正極板失效機理

正極在充電過程中是失電子的，不會生成氫氣，是生成氧氣；同時，在正級生成氧氣后在富液式鉛酸蓄電池中容易釋放到空氣中，在閥控式鉛酸蓄電池中會轉移到負極與活性物質鉛反應，或與炭材料反應。正極板柵腐蝕的根本原因是鉛及鉛合金的熱力學不穩定性。當電極電動勢大于-0.3V時，其處于熱力學不穩定狀態充電時，正極本來就處于陽極氧化過程，硫酸鉛與水氧化成二氧化鉛的電位、析氧電位、鉛氧化成鉛離子電位、鉛與氧氣氧化成二氧化鉛的電位，本來就擠在一起，都隨著充電過程溶液濃度以及電壓的變化參與反應，正極腐蝕是因為不論充放電正極板柵都除以高電位的狀態下因此板柵容易腐蝕。

4.2 負極板柵失效機理

負極失效的主要原因是負極上發生梳酸鹽等相關化學反應。當蓄電池組長期充電不足時候，就會在負極板上產生活性物質，在負極表面的附著，這樣對電池壽命嚴重不好。當電池處于半放電狀或者處于長期儲存不使用時，因為外界環境的溫度的變化性，電池內部的硫酸鉛會發生再結晶。這種結晶是一種白色的固體顆粒，質地堅硬而粗大的，其化學物質為硫酸鉛，因為它長期在電池內部存在，活性日久會失去，以后再無法參與化學反應，這種現象叫做活性物質的硫酸化。由上述反應過程日積月累，硫酸鉛越積越多，活性物質會越變越少，則容量漸漸降低，電池的氣體吸收能力緩緩減弱，久之電池可能會失效。

5 結束語

因變電站二次系統負載，特別是繼電保護這一塊，與直流系統是密不可分的。蓄電池為變電站內的控制回路中的線圈或者直流電機提供可靠、安全、穩定的直流電壓，唯有直流系統的可行運行，才能保證保護正確動作性。因此，文章針對蓄電池的穩定性、可靠性進行關于監測的必要性、失效機理方面內容進行全方面的研究，對電力設備的安全運行具有十分重要的可行性、參考性的意義。

參考文獻

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