加强蓄电池使用寿命的研究

张永杰

广东中山供电局，广东 中山 528400

2010年3月，某局110kV泮沙站#1、#2蓄电池组进行了全核容试验，一个月内接连进行了三次的核对性放电充试验，均达不到额定容量的80%以上，下表1为该站蓄电池第三次放电后的部分参数，#1蓄电池组共有23号、28号、31号、37号、42号、46号蓄电池容量低于额定的80%，其中容量最低的37号有75.4%；#2蓄电池组只有16号蓄电池的容量低于额定的80%。详情见表1、表2:

表1 整组测试统计

表2 整组测试统计

52 2.212 1.924 101.1 优良 按照规程维护整组电压114.05 98.96 76.2 落后 对单体进行充电整组电流 19.6 45.2环境温度 25 25 温度正常环境湿度 无 无

由于订货、土建工程等因素影响，该站的蓄电池组直至2011年9月才更换改造完毕，在 这18个月的时间里，加强了蓄电池巡视密度及缩短测量端电压周期，每次的巡视及电压测量均无异常现象，性能稳定，直至更换完毕。

从上面的案例中可以看出:一是该两组蓄电池最低容量均在75%及以上；二是低于额定容量80%的蓄电池数量较少，特别是第二组仅有一只蓄电池不合格；三是发现蓄电池不合格后还能再“安全运行”了18个月。故提出蓄电池只要硬件不损坏，且容量损失在比较平滑趋势的基础上如何挖掘蓄电池最大潜能，延长蓄电池人使用寿命？本人觉得可以着重考虑以下两个方案:1）试探降低“蓄电池容量低于额定容量80%为不合格蓄电池标准”；2）增加蓄电池运行个数，采用递减法拆除故障蓄电池。下面分别进行论述:

方案一:试探降低“蓄电池容量低于额定容量80%为不合格蓄电池的标准”

分析制定蓄电池容量低于额定容量80%为不合格蓄电池标准的历史背景:

1）2000年11月3日中华人民共和国国家经济贸易委员会颁发的《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》规定首次明确了“蓄电池若经过了3次全核对性放电，容量均达不到额定容量80%以上，可认为此组蓄电池使用年限已到，应安排更换”的规定；

2）早期直流电源设备普遍采用故障率高、输出电流小、电压电流不稳定的可控硅整设备，其维修工期长。结线方式为一套或两套充电器带一组蓄电池，单母线运行，安全风险较大；

3）变电站的开关设备主要采用电磁式机构，这种开关柜合闸线圈电阻约为2Ω，合闸的电流通常有100A左右，冲击电流较大。变电站的常规负荷相对大，蓄电池容量相对小，例如110kV变电站一般的常规负荷可达十几安左右，但蓄电池容量只有200A时，事故放电时间较短。

综上所述早期的直流电源设备及负荷对蓄电池容量要求更严格。

分析降低“蓄电池容量低于额定容量80%为不合格蓄电池的标准”的理由:

1）现阶段变电站直流电源设备运行情况:现在的直流系统电源设备已完成了更新换代，整流设备已全部采用性能稳定的高频开关电源， N+1冗余备份；两套充电器带两组蓄电池，单母线分段运行，这种结构可实现故障维修无需停电；

2）开关设备操作机构也由电磁机构换成储能式机构，分合闸电流只有几安培，消除了蓄电池组瞬时的大冲击电流负荷。110kV变电站蓄电池容量都达到300安时及以上，220kV变电站蓄电池容量都达到500安时及以上，事故放电时间较长；

3）有关《规程》规定，事故停电时间，无人值班的变电所，全所交流电源事故停电时间应按2小时计算，与容量80%有较大的距离；

4）断路器可靠跳合闸对直流电压的要求:65%及以上额定电压应能可靠动作。即额定电压110V的为71.5V、额定电压220V的为143V电压断路器跳合闸线圈就能可靠动作。如果全核容后单体电压每个按1.80V计算，整组电压110V系统为97V、220 V系统为194V，也就是说即使核对性放电100%的容量后其电压均符合断路器跳合闸线圈对直流电压的要求，并能可靠动作。

综上所述现阶段的直流电源设备更可靠，蓄电池的容量对所有负荷有更多的裕度，对距离额定容量80%的要求有更广的幅度，故采取一定措施后，可相应降低蓄电池容量低于额定容量80%为不合格蓄电池的要求标准。降低多少标准可从该站存在的风险及掌控风险的能力等具体考虑。这也是符合我国做好节能减排工作，提高能源、资源的利用率上的要求。

蓄电池容量低于额定容量80%再运行应采取的措施:

方法:采用蓄电池在线智能监控系统。

按《规程》规定，新安装的阀控式蓄电池在验收时应进行全容量核对性充放电，以后每2～3年应进行一次全容量核对性充放电，运行了六年以上的阀控式蓄电池，宜每年进行一次全容量核对性充放电。蓄电池的充放电周期最短的也有1年，最长的达2～3年。蓄电池是个复杂的电化学系统，从注入了电解液开始，就时刻发生着化学反应，特别是阀控式蓄电池，其化学反应是看不见的、摸不着的。核对性放电测试虽然准确发现落后电池，但无法在测试前发现落后电池，也无法保证测试后不出现故障，且工作量很大，因此，传统的检测维护手段不但缺少信息采集的来源，更没有专业的综合分析手段，致使无法及时发现已发生的故障和存在的隐患，给生产和安全带来严重威胁。所以只有采用蓄电池在线智能监控系统，实现缩短充放电周期及其它辅助检测手段，减少蓄电池监测的盲点，实时掌控蓄电池的性能变化趋势，才能保证蓄电池在健康状态下运行。

蓄电池在线智能监控系统应有功能:

1）蓄电池在线内阻测试及分析:随着人们对阀控式密封铅酸电池研究的深入，蓄电池内阻已经成为衡量电池好坏的一个重要指标，内阻检测成为电池维护一个重要手段。内阻跟蓄电池容量之间虽没有严格的数学关系，无法根据单个电池的内阻值去预测蓄电池的寿命和容量，蓄电池内阻突然增大，蓄电池的容量将发生变化，通过对内阻测试数据不断累积和定量分析，可以推断出电池容量变化趋势和寿命情况。人工进行内阻测试耗时，测试数据少，一般要求一年一次，测试数据不能及时存储和多年保留，分析功能较差。因此在电池巡检的基础上，增加了内阻在线检测，并采用现代的通讯和计算机等技术，建立了蓄电池在线智能监控系统。

2）蓄电池在线容量活化:如果蓄电池组长时间不进行充放电，蓄电池组电解液就会出现分层现象，即电解液会分解为酸溶液浓度各不相同的液体层，这会影响到蓄电池在断电时的供电能力，这种现象会最终导致在硫酸浓度较高的区域出现极板腐蚀。但如果经常进行满容量充放电测试每次通常会消耗几十个小时甚至几天的时间，这是一个高成本、对电池具有破坏性、不安全的过程（包括重新充满电）。因此增加蓄电池在线容量活化，利用蓄电池在线智能监控系统，定时在线进行蓄电池小容量核对性充放电测试，不但可以检测蓄电池的容量，还可以经常在线对落后蓄电池进行活化，提高蓄电池剩余容量。

蓄电池在线智能监控系统主要由数据采集模块、放电模块、监控单元三部分组成，具有实时监测电池的运行参数（电压、电流、温度）、定时自动测试电池内阻、静态放电测量电池容量、综合测量判断电池性能及变化趋势以及显示报警功能，系统还可实现网络化、智能管理。实现信息集中和远程控制，使运行检修人员、相关人员和管理决策层能够通过局域网内的任何一个终端用IE浏览的方式即可实时掌握各变电站蓄电池的运行情况及其性能变化趋势，使蓄电池得到及时的维护，同时也为“设备状态检修”提供可靠依据，将“定期维护检修”转变为“状态检修”，从而实现对蓄电池的科学化管理，保证系统的可靠、安全运行。

方案二:增加蓄电池运行个数，采用递减法拆除故障蓄电池

采取的措施:增加蓄电池运行个数。

方法:在调压允许的情况下，母线电压保持合格的范围内可适当增加蓄电池运行个数，也可以理解为把备用蓄电池串入运行蓄电池组中，当出现个别蓄电池容量损失过大或损坏的情况下，采用递减法直接拆除该蓄电池，直至蓄电池个数无法拆除。例如，调压范围为0～25V，系统为110V电压等级的直流系统蓄电池个数可以增加到58节，其最大的均衡充电电压为136V（2.35*58），调压后母线电压保持在111V，完全满足运行要求。当有蓄电池出现故障无法恢复时直接拆除，直至52节时停止（以无调压方式的系统为参考），这样在增加极少投资的情况下可相应延长蓄电池使用年限。

另外逐渐在变电站中推广应用的无调压方式的直流系统建议停止使用。缺陷1、母线电压不稳定，即母线电压时为均衡电压122.2V，时为浮充电压117V，时为事故放电时电压。容易造成用电设备老化，甚至烧坏。缺陷2、蓄电池故障不可恢复时只能进行更换，故需做好该型号蓄电池备品采购及维护工作。由于不能确保蓄电池备品是同批次及同期的产品，故性能会出现较大差异，从而影响蓄电池使用寿命。另外备品需定期维护，不但会增加人员的维护量，而且蓄电池在不同的条件下会有不同的性能，也会影响蓄电池使用寿命。缺陷3、蓄电池故障不可恢复且无备品更换时，可能导致整组蓄电池的更换，造成不必要的浪费。

随意电力系统的不断发展，许多新的维护方法及手段正悄悄地应用在变电站直流电源设备上，不但减轻了维护人员的工作量，也减少了因维护专业人员不足带来困境，是保证了直流电源设备健康运行的有力手段。

[1]DLT7242000电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程.

[2]DLT 5044-2004电力工程直流系统设计技术规程.