變電站直流系統(tǒng)存在問題及解決措施

常丹

摘 要：變電站直流系統(tǒng)是一個(gè)完整而又復(fù)雜的系統(tǒng)，各個(gè)環(huán)節(jié)之間環(huán)環(huán)相扣而又相互配合，因而，這個(gè)系統(tǒng)可能會(huì)發(fā)生各種各樣的問題。這時(shí)，用超級(jí)電容代替蓄電池或者正確合理操作，就可以更好的降低問題或者故障發(fā)生的概率，延長(zhǎng)生命周期，減少經(jīng)濟(jì)損失。

關(guān)鍵詞：變電站；直流系統(tǒng)；電容量；蓄電池

0 引言

目前，在我國(guó)主要有4大類型的終端變電站，分別是110kV終端變電站、35kV終端變電站、10kV終端變電站以及6kV配電系統(tǒng)，他們大部分都是采用了蓄電池的配置，并配合硅整流電容儲(chǔ)能來(lái)更好的保證變電站直流系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，更好的保護(hù)電源不被損壞。但是，在現(xiàn)實(shí)生活中，這種運(yùn)行模式卻存在許許多多的問題，影響了整個(gè)系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。

1 鎘鎳蓄電池來(lái)維持的直流系統(tǒng)

這是現(xiàn)實(shí)生活中非常常見的一種直流系統(tǒng)，由接近200只蓄電池組成，陣容非常龐大，輸出電壓為220V。

蓄電池的陣容龐大，壯觀的同時(shí)也讓它的性能更加不穩(wěn)定。每一個(gè)參與其中的單個(gè)的蓄電池的性能和特征并不完全一樣，雖然是同一型號(hào)，但是彼此之間還是會(huì)存在一定的差異。然而，它們組成一個(gè)整體工作的時(shí)候，相同的電源，相同的輸出，運(yùn)行久了，單個(gè)電池之間的差異就會(huì)越來(lái)越大，相互之間就會(huì)拖累，從而影響整體性能的發(fā)揮。

鎘鎳蓄電池還有一個(gè)弊端，如果長(zhǎng)時(shí)間只是“假滿”或者“假充”狀態(tài)，那么電池的壽命也會(huì)受到相應(yīng)的影響，時(shí)間長(zhǎng)了，必然會(huì)縮短原本正常使用的壽命。

雖然，這些電池的說(shuō)明書上明確的注明，使用10年沒有問題，但是在實(shí)際使用過(guò)程中，壽命總是會(huì)被打折，總會(huì)被縮短，一般在5年左右，短的甚至只有3年的壽命。造成理論與實(shí)際壽命差距如此之大，主要是因?yàn)榧俪湟簿褪歉〕鋾r(shí)，電流會(huì)變大，讓電解液中的水被電解，生成氫氣和氧氣的混合物，不但影響蓄電池壽命，稍有不慎，比如通風(fēng)不良的情況下就容易引起爆炸，嚴(yán)重的會(huì)造成人員傷亡。

與此同時(shí)，過(guò)充也會(huì)損害電池的壽命，過(guò)充容易導(dǎo)致電解液外漏，流到電池外表面上的小部件上，會(huì)氧化腐蝕這些部件，降低這些部件的使用周期，從而降低電池總體的使用壽命。因此，為了延長(zhǎng)電池的壽命和電池容量，需要定期對(duì)它進(jìn)行活化實(shí)驗(yàn)，按照廠家的要求進(jìn)行放電，直至完全放空，然后再進(jìn)行充電，保證電池的活力。但是如何才能保證電池的容電量正好放空，既不會(huì)過(guò)度放電，也不會(huì)殘留電容量，是一件非常困難，需要耐心和細(xì)心的事情。

稍有不慎，就會(huì)起到反作用，不僅不能延長(zhǎng)電池壽命，反而會(huì)加快電池的損壞，因而，現(xiàn)如今的許多單位會(huì)對(duì)這一方面加長(zhǎng)檢查力度和標(biāo)準(zhǔn)，盡可能的延長(zhǎng)電池使用壽命。

2 密封鉛酸蓄電池壽命長(zhǎng)短受許多方面的影響

隨著科技水平的發(fā)展，閥控蓄電池開始代替鎘鎳蓄電池被廣泛的應(yīng)用，它全密封的特點(diǎn)讓它使用更加方便，壽命也隨之增長(zhǎng)，但是卻也給觀測(cè)和檢查維護(hù)帶來(lái)了一定的困難。

又因宣稱“免維護(hù)”的優(yōu)點(diǎn)讓一些使用者或者單位放松對(duì)它的檢查和維護(hù)，一定程度上縮短了它的使用壽命。

加之，中國(guó)在閥控蓄電池領(lǐng)域技術(shù)水平有限，沒有完全掌握這一領(lǐng)域的技術(shù)。2008年該領(lǐng)域的專家聚集一堂，對(duì)它的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，得出以下結(jié)論，并相互之間交流經(jīng)驗(yàn)，盡可能促進(jìn)該領(lǐng)域的科研進(jìn)展。

2.1 壽命長(zhǎng)短變化

雖然在該類電池的說(shuō)明書上，標(biāo)明正常使用壽命是10到20年，但是，這種說(shuō)法有點(diǎn)夸大事實(shí)，實(shí)際上，并沒有這么長(zhǎng)的使用壽命。這一點(diǎn)幾乎是毋庸置疑的，目前，并沒有國(guó)產(chǎn)的該類電池可以擁有這么長(zhǎng)的使用年限。或許，應(yīng)該把壽命年限改為5年比較合適，這樣會(huì)更加契合實(shí)際情況。

此外，膠體蓄電池的“正常使用壽命”中的“正常使用”條件要求非常嚴(yán)苛，必須在規(guī)定的溫度下使用，必須嚴(yán)格按照要求進(jìn)行充電或者放電，才能讓其壽命在10年以上，但是在現(xiàn)實(shí)生活中，正常使用的時(shí)候，根本不可能達(dá)到這么嚴(yán)格的使用標(biāo)準(zhǔn)。那么，必然，壽命也會(huì)縮短。

2.2 影響該類電池使用壽命的原因介紹

（1）閥控蓄電池有些“嬌貴”，對(duì)溫度的變化十分敏感，比較適合溫度在15℃到25℃的環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)行，高了，低了都會(huì)縮短它的壽命。當(dāng)運(yùn)行環(huán)境的溫度超過(guò)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的限制后，每超出范圍10℃為一個(gè)等級(jí)，每上升一個(gè)等級(jí)，壽命就會(huì)縮短一半，以此類推。

我國(guó)大部分地區(qū)屬于季風(fēng)氣候，一年四季分明，溫差差異也比較大，中國(guó)大部分地區(qū)冬季最低溫會(huì)低于這個(gè)范圍，夏季最高溫則會(huì)高于這個(gè)范圍，因而，能夠保證最佳溫度下運(yùn)行的時(shí)間就比較少，適合的地區(qū)也有限。

另外，配電室的安裝，封閉的運(yùn)行環(huán)境，都讓這個(gè)“缺憾”放大化。

（2）不合理的使用縮減該類型蓄電池的使用壽命。

過(guò)度使用，顧名思義，就是蓄電池電容量已經(jīng)使用干凈，卻還在繼續(xù)使用，簡(jiǎn)單說(shuō)就是透支電容量，這種情況可能是粗心大意造成的，也可能是因?yàn)橥ｋ娀蛘叱潆娔K被損壞造成。

過(guò)度使用會(huì)讓電池內(nèi)部的硫酸鉛原有的位置和運(yùn)行的方式改變，在電池的陰極表面形成硫酸鹽，不僅能腐蝕蓄電池，還會(huì)阻礙電池正常的充電和放電功能效率。可想而知，硫酸鹽越多，阻礙就越多，電池的性能就會(huì)越低，當(dāng)然，使用壽命也會(huì)越短。

（3）板柵的變化是影響該類型電池壽命長(zhǎng)短的重要因素

在正常使用狀態(tài)下，原本浸泡在硫酸溶液的鉛合金與二氧化鉛相接觸，各自為戰(zhàn)，建立各自的平衡電極電位。但是，當(dāng)板柵不斷被腐蝕，形狀性能都在變化后，這種平衡就會(huì)被打破。正極柵板被溶解，析氧反應(yīng)水越來(lái)越少，H+卻越來(lái)越多，相應(yīng)的，酸度越來(lái)越強(qiáng)，更加加快了侵蝕和溶解，以此循環(huán)，情況變得越來(lái)越糟糕。

（4）浮充或者假充會(huì)縮短蓄電池使用壽命。

長(zhǎng)時(shí)間的充電狀態(tài)，會(huì)讓已經(jīng)充滿電的蓄電池只是出于充電的狀態(tài)，但并沒有進(jìn)行真正的充電。這種情況下，極大多數(shù)是由于操作人員粗心大意造成的。這種情況下，會(huì)讓陽(yáng)極極板收到損害，增大蓄電池內(nèi)的電阻，降低蓄電池的實(shí)際容量，因而，這時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，充滿電后的蓄電池能夠運(yùn)行的時(shí)間越來(lái)越短，最后，無(wú)法正常使用。

（5）缺水是縮短該類型蓄電池的重要原因之一。

水是生命之源，在這里，也有同等的重要性，如果蓄電池內(nèi)部缺水，會(huì)打破原有的平衡，讓電解液的比重越來(lái)越高，加快電池柵板的被腐蝕的速度，降低蓄電池的活力，縮短壽命。如果缺水量達(dá)到1/4時(shí)，這個(gè)蓄電池基本就算是報(bào)廢了。

3 電解電容儲(chǔ)能類型的直流屏

在20世紀(jì)60年代時(shí)期，由于這種類型的直流屏成本低，容易維護(hù)，于是，便得到廣泛的使用。但是，經(jīng)過(guò)這50多年的使用，證明它并不是完美沒有缺點(diǎn)的。事故分閘的可靠性能低便是它的致命缺點(diǎn)。現(xiàn)在，該類型的直流屏正在被重新研究，系統(tǒng)也需要進(jìn)行升級(jí)換代。

它的缺點(diǎn)正在被人們研究解決。超級(jí)電容器的問世，讓人們看到了克服弱點(diǎn)的希望，或許，將來(lái)就能解決這個(gè)弱點(diǎn)，讓它更加完美。同時(shí)，超級(jí)電容的問世也讓人們開始拿它與蓄電池相比較，哪一個(gè)的性能更好。蓄電池需要精確度高、性能好的充電和放電裝置，出現(xiàn)故障的概率比較大，超級(jí)電容直流屏則相對(duì)簡(jiǎn)單一些，不需要這么復(fù)雜的裝備，因而，發(fā)生故障的概率就會(huì)大大降低。蓄電池的維護(hù)比較難，工作量也比較大，但是超級(jí)電容的檢測(cè)維修相對(duì)簡(jiǎn)單，省事省時(shí)省力。

4 從主觀、客觀方面采取措施延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命

（1）提升相關(guān)人員綜合素質(zhì)和專業(yè)水平。雖然不同類型的蓄電池的維護(hù)工作不相同，但是只要相關(guān)工作人員能夠提高認(rèn)識(shí)，細(xì)心對(duì)待，定然可以減少操作上的失誤。畢竟，在蓄電池的操作上出現(xiàn)的失誤越多，它的壽命會(huì)縮短的越快。因而，要提高相關(guān)工作人員的思想覺悟，增加相關(guān)的知識(shí)和技能，就能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，知道如何操作能夠降低故障發(fā)生的概率，更好的延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。

（2）在蓄電池的使用說(shuō)明書上，標(biāo)明在使用過(guò)程中的主意事項(xiàng)，避免錯(cuò)誤操作，同時(shí)，詳細(xì)介紹比較常見的故障以及解決的方法，而不是夸大使用壽命，給人一種可以隨意、放心使用的認(rèn)知。

（3）加快這一領(lǐng)域的科研進(jìn)展，在明確每一種類型的蓄電池的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)的同時(shí)，尋找可以克服缺點(diǎn)的技術(shù)，從整體來(lái)提高蓄電池的性能，讓它可以更好的使用“惡劣”的環(huán)境。而不是像現(xiàn)在的某一種蓄電池一樣，對(duì)溫度和環(huán)境的要求甚至達(dá)到了苛刻的地步。

（4）合理選擇使用不同類型的蓄電池。在相對(duì)而言，比較重要的變電站，則可以使用比較容易進(jìn)行維修和維護(hù)的小容量蓄電池與超級(jí)電容組成的復(fù)雜電源，相互彌補(bǔ)，相互配合，更好的發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，既能超額完成任務(wù)，也能降低成本，延長(zhǎng)使用壽命。

5 總結(jié)

蓄電池在使用過(guò)程中，不可避免的出現(xiàn)各種故障，因?yàn)橥庠诨蛘邇?nèi)在的原因，造成壽命的縮減，在耽誤工作任務(wù)的同時(shí)，也增加了運(yùn)行成本和使用成本。不管是生產(chǎn)廠商還是使用的企業(yè)或者單位，都應(yīng)從自身做起，生產(chǎn)商加快科研力度，延長(zhǎng)使用壽命和性能，使用單位相關(guān)人員正確操作和使用，加快維修維護(hù)，延長(zhǎng)使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1]劉寶貴.發(fā)電廠變電所電氣設(shè)備[M].北京：中國(guó)電力出版社，2015.

[2]揚(yáng)志輝.電氣運(yùn)行技術(shù)與管理[M].北京：中國(guó)電力出版社，2015.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)四川阿壩州電力有限責(zé)任公司）