探究蓄電池故障檢測(cè)與運(yùn)維管理中的注意事項(xiàng)

陳達(dá)敬

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 東莞供電局，廣東 東莞 523000）

0 引 言

我國(guó)變電站運(yùn)行過(guò)程中往往通過(guò)蓄電池實(shí)現(xiàn)負(fù)荷調(diào)控。尤其是在斷電情況下，可快速通過(guò)蓄電池向事故性負(fù)荷進(jìn)行通電，從而保障區(qū)域用電的有效性、可靠性以及穩(wěn)定性。但在上述過(guò)程中，環(huán)境因素和技術(shù)因素等均容易影響蓄電池的蓄電能力、放電性能以及使用壽命，需在智能監(jiān)測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)上做好其運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)及運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的全面管控，這樣才能夠從根本上改善變電站運(yùn)行過(guò)程中蓄電池的安全效益與經(jīng)濟(jì)效益[1]。

1 蓄電池故障情況及運(yùn)維現(xiàn)狀分析

變電站系統(tǒng)中，蓄電池面向通信設(shè)備、繼保裝置及監(jiān)測(cè)裝置供電，或作為變壓器故障后的備用電源使用，其安全性能和運(yùn)行狀態(tài)直接影響著變電可靠系數(shù)，需全面重視。

從本單位轄區(qū)內(nèi)2020年35 kV及以上變電站蓄電池故障統(tǒng)計(jì)情況來(lái)看，蓄電池的異常形式包括內(nèi)阻較大引起的高損耗、浮充電壓過(guò)高造成的容量不達(dá)標(biāo)以及硫化爬液導(dǎo)致的短路并熱失控等，其關(guān)鍵致因見(jiàn)表1。

表1 35 kV及以上變電站蓄電池的故障致因

除物理因素外，運(yùn)維管理工作也在一定程度上決定著變電站蓄電池的使用效果。從上述故障統(tǒng)計(jì)中可以發(fā)現(xiàn)，本單位對(duì)35 kV及以上變電站蓄電池運(yùn)維管理重視力度不足，部分區(qū)域蓄電池運(yùn)行過(guò)程中溫度較高，充電電壓值較大，存在過(guò)度放電與長(zhǎng)期浮充電現(xiàn)象，造成蓄電池容量不達(dá)標(biāo)和無(wú)容量輸出等，亟待調(diào)整和優(yōu)化。

2 變電站蓄電池故障檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建

變電站蓄電池故障監(jiān)測(cè)過(guò)程中可以利用內(nèi)阻測(cè)試原理，確定蓄電池的安全狀態(tài)及使用性能，其方法包括單電池測(cè)試和循環(huán)放電測(cè)試兩種。其中，單電池測(cè)試針對(duì)單一蓄電池的運(yùn)行條件及電池本身的狀況設(shè)計(jì)主控模塊電路轉(zhuǎn)移模式（Circuit Transfer Mode，CTM）、支持Modbus協(xié)議的RS485總線(xiàn)接口模塊以及單電池采集模塊，實(shí)現(xiàn)通電后的蓄電池內(nèi)阻測(cè)定。循環(huán)放電測(cè)試將一組電池組分成多個(gè)循環(huán)，每次測(cè)量?jī)?nèi)阻時(shí)先對(duì)第一個(gè)循環(huán)進(jìn)行放電，結(jié)束后再對(duì)第二個(gè)循環(huán)進(jìn)行放電，直至最后一個(gè)循環(huán)。在放電的同時(shí)，系統(tǒng)高速采集每節(jié)電池的放電曲線(xiàn)，取得壓降后測(cè)出每節(jié)電池的內(nèi)阻。放電負(fù)載采用了恒流負(fù)載，確保電壓變化時(shí)每次放電的電流不變。系統(tǒng)可以被設(shè)成間隔一定時(shí)間自動(dòng)測(cè)量一次內(nèi)阻，無(wú)需人工干預(yù)。

本次設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)蓄電池循環(huán)放電特性曲線(xiàn)，測(cè)量壓降后的蓄電池內(nèi)阻值，觀察蓄電池是否存在安全隱患。該檢測(cè)系統(tǒng)主要包括性能測(cè)試單元、通信單元、服務(wù)器以及監(jiān)控終端等，架構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 變電站蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 性能測(cè)試單元

借助單體性能測(cè)試器及電流傳感器測(cè)試蓄電池的電壓、溫度及內(nèi)阻，分析蓄電池的劣化狀態(tài)。上述過(guò)程中通過(guò)雙耳四線(xiàn)接線(xiàn)方式，利用脈沖電流放電法依次測(cè)量整組蓄電池的性能參數(shù)，最大限度降低了測(cè)試電流對(duì)蓄電池容量的影響，保證了在線(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性[2]。同時(shí)，上述測(cè)試中利用單體性能測(cè)試器在放電情況下自動(dòng)連續(xù)捕捉，其操作非常便捷，測(cè)試結(jié)果可靠有效，適用范圍較廣。

2.2 通信單元

通信單元具有良好的雙向傳輸功能。蓄電池前端通信主要通過(guò)采集器實(shí)現(xiàn)，將單體性能檢測(cè)及電流傳感器中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽f(xié)議轉(zhuǎn)換器中，按照既定通信協(xié)議數(shù)模轉(zhuǎn)換，發(fā)送到變電站光端機(jī)中。而通信管理系統(tǒng)中的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指令也利用該通信路徑，發(fā)布到采集器中，控制電流傳感器和單體性能測(cè)試器完成對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集[3]。

2.3 監(jiān)控單元

監(jiān)控單元由監(jiān)控主機(jī)、服務(wù)器以及通信管理系統(tǒng)3部分構(gòu)成。前兩者主要負(fù)責(zé)蓄電池狀態(tài)顯示及數(shù)據(jù)分析，后者則主要實(shí)現(xiàn)面向調(diào)度工作的運(yùn)維管控。將蓄電池的狀態(tài)信息和內(nèi)阻等數(shù)值采集到服務(wù)器中，利用專(zhuān)家診斷模型快速分析是否存在安全隱患，并在監(jiān)控主機(jī)中以可視化圖像顯示。若存在安全風(fēng)險(xiǎn)，則此時(shí)監(jiān)控主機(jī)和通信管理系統(tǒng)同時(shí)報(bào)警，調(diào)度人員可在通信管理系統(tǒng)中調(diào)取蓄電池信息，發(fā)布運(yùn)維管理的相關(guān)指令。

3 蓄電池運(yùn)維管理過(guò)程中的關(guān)鍵事項(xiàng)

為進(jìn)一步提升變電站蓄電池運(yùn)行的安全性、可靠性以及穩(wěn)定性，運(yùn)維管理人員需根據(jù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果做好故障處理、電池維護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)管控等工作，從全周期出發(fā)做好蓄電池運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)防控，以確保其能夠滿(mǎn)足變電站供電需求，從根本上改善變電站運(yùn)行的安全效益與經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 故障處理

針對(duì)變電站蓄電池內(nèi)阻造成的電壓異常問(wèn)題，可適當(dāng)考慮更換更高性能的蓄電池組，調(diào)整其充電方式，避免出現(xiàn)過(guò)充或欠充導(dǎo)致的容量負(fù)荷不一致現(xiàn)象。針對(duì)持續(xù)電容達(dá)不到額定值的問(wèn)題，可先對(duì)蓄電池組的電容量進(jìn)行測(cè)試，如果在3次連續(xù)的充放電測(cè)試中整組蓄電池?zé)o法達(dá)到額定容量的80%，則應(yīng)考慮更換[4]。

3.2 電池維護(hù)

變電站蓄電池維護(hù)的過(guò)程中應(yīng)做好單體電壓檢查、新電池的大充大放以及電池外觀測(cè)試等工作。其中，單體電壓檢查主要是對(duì)變電站蓄電池組的浮充電壓情況進(jìn)行檢測(cè)，觀察單節(jié)電壓值是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，若低于2.18 V則應(yīng)及時(shí)人工轉(zhuǎn)均衡充電操作。蓄電池在使用的過(guò)程中必須每年做一次容量恢復(fù)試驗(yàn)，通過(guò)大充大放激發(fā)蓄電池內(nèi)部的活性物質(zhì)，從而提升其整體性能。蓄電池外觀檢查過(guò)程中則側(cè)重絕緣外皮、接電線(xiàn)路、螺栓固定、發(fā)熱情況等是否正常，確定其安全性能等[5,6]。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)管控

變電站蓄電池運(yùn)行過(guò)程中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求較高，需嚴(yán)格控制溫濕度，做好現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)。如在溫度控制過(guò)程中，應(yīng)盡量保持在22～25 ℃，夏冬季節(jié)可適當(dāng)安裝空調(diào)。在濕度控制的過(guò)程中，應(yīng)增加通風(fēng)機(jī)，必要時(shí)安裝干燥裝置，避免由過(guò)潮引起的蓄電池絕緣事故、蓄電池腐蝕等。在積塵較為嚴(yán)重的地區(qū)，應(yīng)定時(shí)清理并安裝防塵裝置，避免蓄電池運(yùn)行過(guò)程中積塵閃絡(luò)。在動(dòng)物出沒(méi)較為頻繁的地區(qū)，應(yīng)安裝隔離欄、防護(hù)網(wǎng)等，做好現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)。

4 總 結(jié)

變電站蓄電池運(yùn)行過(guò)程中很容易出現(xiàn)由環(huán)境因素、技術(shù)因素以及管理因素等造成的內(nèi)阻損耗、容量不達(dá)標(biāo)、短路等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了其運(yùn)行的安全性能和經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)此，在蓄電池運(yùn)維管理過(guò)程中需借助智能監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)阻、溫度等狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，利用專(zhuān)家診斷模型快速分析蓄電池的故障情況與風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，實(shí)現(xiàn)早預(yù)防、早發(fā)現(xiàn)、早控制，從根本上降低變電站蓄電池的故障率，提升變電站直流輸電及備用電的經(jīng)濟(jì)效益。