基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流电源系统应用研究

赵娟娟

摘 要：为提高变电站直流电源系统供电可靠性，降低安全运行维护成本，直流电源系统蓄电池在设备选型应用上需要迈出坚实的步伐，在电网快速扩张今天，变电站设备选型原来越智能化，对直流电源可靠性提高到了新的高度，对此，需要不断地探索应用新产品，新材料，新技术，对此，相比较其它蓄电池，磷酸铁锂蓄电池超长寿命、使用安全、绿色环保、可大电流充放电、耐高温、自放电率小、无记忆效应、体积小、重量轻的特点，研究磷酸铁锂蓄电池组在变电站直流电源系统中应用意义重大。

关键词：磷酸铁锂蓄电池；直流电源系统

直流电源系统是变电站二次设备的核心，其运行的可靠性直接关系到变电站的安全可靠运行。当前，电力系统直流蓄电池主要选型使用阀控式密封铅酸蓄电池，其单体电压“一致性”差，温度对电池特性影响大，有漏液、电池鼓肚现象，寿命偏短。现在，煤炭行业已经出台了在新项目中禁止使用铅酸电池的规定。在这种情况下，阀控式密封铅酸蓄电池作为一种落后的工艺逐渐将被替代，而锂电池的迅速发展也成为一个替代阀控式密封铅酸蓄电池的优秀产品。

在变电站的直流系统中，由于阀控式密封铅酸蓄电池只需严格控制整流器的充电电压，根据浮充使用和循环使用的不同要求，采用规定的电压进行恒压充电，无需值班人员过多操心电池的充电过程，不必添加蒸馏水，也不必经常检测电池端电压、电解液比重及温度，只需定期检测电池端电压和放电容量即可，其使用方便、安装简便、安全可靠，阀控密封铅酸蓄电池是目前电力系统发电厂、变电站直流电源系统的主流选择。目前国内变电站大部分采用的蓄电池是阀控式密封铅酸蓄电池。阀控式密封铅酸蓄电池除不测量密度，不添加蒸馏水之外，其它维护工作和一般蓄电池同等对待，阀控式密封铅酸蓄电池并不是免維护蓄电池，只是不加水、不测比重。目前运行的阀控式密封铅酸蓄电池在电力系统变电站运行工况并不乐观。阀控式密封铅酸蓄电池主要有以下缺陷：一是蓄电池单体电压“一致性”差，温度对电池特性影响大，有漏液、电池鼓肚现象，寿命偏短。《电力工程直流电源设备通用技术条件及安全要求》建议阀控式密封铅酸蓄电池室的环境温度应尽可能保持在5-35℃之间，但在实际运行中，要保证常年环境温度在规定范围内比较困难。二是存在隐蔽缺陷，部分蓄电池容量存在不足。在浮充状态下，端电压正常、温度正常、无漏液，但在站用电交流失压、大电流冲击、意外低电压情况下，存在隐蔽缺陷的蓄电池就可能会出现极板脱落、短时间容量“跳水”崩溃现象；三是阀控式密封铅酸蓄电池对过充电较为敏感，在过充电情况下有燃烧及爆炸危险，给变电站的设备安全运行带来潜在风险。四是废旧阀控式密封铅酸蓄电池处理不当会对环境造成严重污染。

在电力系统中，为确保直流电源不间断，一般都采用开关整流器（充电器）与蓄电池组并联的浮充电使用方式。在浮充状态下，充电电流主要用于电池因自放电而损失的容量，但是浮充状态下充电电流又是与电池的浮充电压密切相关的。因而为了使阀控铅酸蓄电池有较长的浮充使用寿命，在电池使用过程中，要充分结合电池制造的原材料及结构特点和环境温度等各方面的情况，制定电池合理的使用条件，尤其是浮充电压的设定。例如：在环境温度为25℃时，标准型阀控式密封铅酸蓄电池的浮充电压应设置在2.25V，允许变化范围为2.23～2.28V。浮充电压设置过低，电池长期处于欠充电状态，不仅会在电池极板内部形成不可逆的硫酸盐化，而且还会在活性物质和板栅之间形成高电阻阻挡层，使电池的内阻增加、容量下降，最终使其寿命提前终止；浮充电压设置过高，电池长期处于过充电状态，会使电池充电电流增大，不仅会使安全阀频繁开启导致失水增加，容量衰减；而且还会使电池内产生的热量来不及散掉，温度升高，形成恶性循环，造成热失控，另外还会使板栅腐蚀加速，浮充使用寿命提前终止。

当然为了使电池既不欠充电，也不过充电，还需要根据环境温度的变化来调整浮充电压，通常的调节系数为±3mV/℃。但决不是说有了浮充电压的调节系数，电池就可以在任意环境温度下使用。要知道，温度低时，由于浮充电压增大，同样会引起浮充电流增大，板栅腐蚀加速，寿命提前终止等一系列的问题；而温度高时，浮充电压减小，也会形成电池欠充电的一系列问题。由此可知，阀控式密封铅酸蓄电池安装使用时，最好安装在装有空调的、通风条件良好的房间内，同时还要远离开关整流器等热源，并且电池多层安装时，也最好不要安装在电池柜内，以免影响散热。通常，过放电越严重，下次充电时，落后电池越不容易恢复，这就将严重影响电池组的寿命。由于阀控式密封铅酸蓄电池过压、欠压充电会对电池的寿命及容量产生较大影响，不能耐受高温，温度对均、浮充电压影响较大，在使用过程中稍有不当，很容易造成蓄电池组提前报废。

磷酸铁锂材料无任何有毒有害物质不会对环境构成任何污染被世界公认为绿色环保电池，该电池无论在生产及使用中，均无污染，磷酸铁锂蓄电池列入了“十五”期间的“863”国家高科技发展计划，成为国家重点支持和鼓励发展的项目。我国现在已有一些工厂生产磷酸铁锂蓄电池正极材料及生产各种不同容量的磷酸铁锂蓄电池。由于生产时间不长，规模还不大，造成供不应求的情况。不过，这种情况可望在2～3年内得到改变，磷酸铁锂蓄电池将更便宜，并且其应用将更普遍。

参考文献：

[1]冯海洋.论智能变电站一体化电源的安全可靠性[J].中国电力教育，2012（30）：134-135.