500kV變電站直流閥控式蓄電池組運維研究

耿澤昕

摘要：閥控蓄電池具有免維護特點，日常運維容易忽視，作為直流供電最后一道防線，蓄電池組的安全運行尤為重要。通過統計某省500kV變電站閥控式蓄電組安裝及運行情況，給出了典型故障現象，從運維層面分析了故障原因，提出了故障防范和處理措施。

關鍵詞：500kV變電站;直流閥控式;蓄電池組;運維研究

正常運行時，蓄電池組處于浮充備用狀態，直流負荷由站用電經充電機供電，當交流失電或充電機故障時，由蓄電池向事故性負荷供電，如繼電保護、自動裝置、斷路器控制電源、UPS以及事故照明等負荷。變電站安裝的都是閥控免維護鉛酸蓄電池，免維護是指無需加水、加酸和換液，而不是可以減少或不運維，運行中的蓄電池組單體電壓下降以致整組容量下降時有發生，蓄電池作為直流供電最后一道防線，做好蓄電池組日常檢測和維護工作有著重大安全意義。

1.直流蓄電池組運行統計

1.1安裝統計

截至2018年5月底，某省在運行500kV變電站22座，均設置有兩組閥控式密封鉛酸蓄電池，蓄電池單體額定電壓為2V，兩組蓄電池之間均設置有防火墻。

按資產屬性統計：國網總部5座、華中分部1座、省公司16座。

按投運年限統計：3年以內3座，3-5年4座，5-10年5座，10年以上10座。

按蓄電池組端電壓統計：DC110V的1座（500kV變電站），DC220V的21座。

按單組配置蓄電池節數統計：節數與系統標稱電壓（DC110V或220V）和單體浮充電壓（2.15、2.23、2.25V）有關，52節的1座、103節的6座、104節的15座。

按蓄電池組容量統計：蓄電池容量應滿足全站事故全停電時間內的放電容量，400AH的7座、500AH的3座、600AH的7座、800AH的5座。

按設備廠家統計：國外廠家1座（德國陽光）、國內廠家21座（7個國內廠家）。

按布置形式統計：膠體式閥控式密封鉛酸蓄電池易采用立式安裝，貧液吸附式的閥控式密封鉛酸蓄電池可采用臥式或立式安裝，多層布置時，宜采用鋼架組合結構，應便于安裝、維護和更換蓄電池，整體高度不宜超過1.7m。布置形式統計如表1所示。

1.2更換統計

截至2018年5月底，共5座變電站蓄電池整組更換6站次，更換原因均為連續三次充放電循環后，仍達不到額定容量的80%。其中，山西變更換2次（分別運行7年和9年）、長治/大同變運行7年后更換1次，臨汾/運城/晉中變運行9年后更換1次。

2.蓄電池常見異常現象及分析

經統計，500kV變電站蓄電池異常主要表現為內阻變大、單體電壓下降、容量下降、硫化爬液。

蓄電池內部工作機理復雜，物理層面表現為酸鹽化、失水、板柵腐蝕、活性物質軟化等。運維層面表現為：①環境溫度過高，閥控式蓄電池隨環境溫度升高，極板腐蝕速度加快，且消耗更多的水，導致蓄電池短時間內失效;②充電電壓設置過高，長期過充，蓄電池正極在析氧反應作用下促使板柵腐蝕和水損耗加速，使得蓄電池電壓下降，而頻繁均充導致安全閥頻繁開啟，內壓升高，出現冒氣、爬酸等現象;③長期浮充電，只充電不放電會造成蓄電池陽極極板鈍化，使蓄電池內阻增大，容量下降。

3.故障防范及處理措施

3.1故障防范

①運行參數設置。設置均充電壓、浮充電壓、單體電壓越限告警、充電限流、浮充轉均充間隔，并定期核對。

②環境溫度控制。蓄電池對環境溫度較為敏感，運行中應保持環境溫度在22-25℃，尤其注意站用變切換后重新開啟空調。

③單體電壓檢查。正常每月測量一次，容量下降時應縮短測量周期。測量工具為萬用表，無法存儲分析數據，國網江西省電力有限公司檢修分公司正在研制具備電壓值智能判別、自動存儲，能單兵測量的工具。

④日常巡視著重檢查連接條有無腐蝕;殼體有無滲液變形，極柱周圍是否有滲液或酸霧;如有應及時清潔，保持蓄電池表面干凈，并填報缺陷及加強監視。

⑤核對性充放電。新安裝或技改后的閥控蓄電池組必須進行全核對性放電試驗。運行的第一年和以后每隔2年進行一次核對性放電試驗。運行4年后應每年進行1次核對性放電試驗。嚴禁過放電，當單節電壓降至1.8V時自動停止放電。核對性放電結束后，靜置1-2h，即應進行回充電，采用恒流限壓充電→恒壓充電→浮充電方式進行。

⑥配置智能化管理系統，現有維護需將蓄電池脫離系統、定檢間隔時間固定，不能適應蓄電池性能變化，耗時耗力，檢修公司2017年研制的蓄電池在線監測維護系統，能遠程進行容量和內阻測試，通過分析電壓、電流、溫度、浮充/均充狀態，已在東鄉變應用，下一步計劃在進賢、撫州等5座變電站安裝。

另外，還應做好蓄電池單體故障、整組故障等事故預案，運維人員能在故障發生時迅速隔離故障，安全轉移直流負荷。

3.2故障處理

IEEE1118-1996公布的數據中，當電池的實際容量下降到額定容量90%以下，電池進入衰退期，下降到80%以下，電池進入急劇衰退狀況，且衰退期變短，此時電池組存在極大事故隱患，如太原、大同電池組2015年試驗容量還大于額定容量80%，而1年后的2016年核對性放電容量僅為25%。

①蓄電池內阻異常或電壓異常。發現內阻或電壓異常，用萬用表測量電壓，若電壓正常，考慮直流巡檢儀或其他通信故障，否則應開展核對性充放電，反復充放電方法恢復容量。異常電池小于4節，考慮更換單體蓄電池，大于4節，考慮整組更換。更換單體蓄電池時應使用同廠家產品，新舊內阻不同，電池充放電時差異明顯，串聯使用，會造成單只過充或欠充。

②蓄電池組容量低于額定容量80%。若連續三次充放電循環后，仍達不到額定容量的100%，應加強監視，縮短單個電池電壓普測周期。若連續三次充放電循環后，仍達不到額定容量的80%，應聯系檢修人員處理，考慮整組更換。

結語：

變電站直流蓄電池組是運維人員容易忽視的設備，本文總結了蓄電池組日常重點維護事項以及常見異常現象，為運維人員提供借鑒，同時，運維人員也應將蓄電池組與其他一、二次設備同等看待，切實保障好直流供電最后一道防線。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家經濟貿易委員會.電力系統用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術規程：DL/T724—2000[S].北京：中國電力出版社，2016.

[2]中華人民共和國國家發展和改革委員會.電力工程直流系統設計技術規程：DL/T5044—2004[S].北京：中國電力出版社，2015.