变电站蓄电池组检验与故障处理分析

陈玉文，喻宏江，杨文益，何林涛，韩会冲

（云南电网有限责任公司怒江供电局，云南 怒江 673100）

0 引 言

变电站直流系统中，蓄电池组是一个重要的组成部分，可以在变电站低压交流失电的情况下为变电站提供应急直流电源，但蓄电池开路或电压降低将导致直流系统无法运行，所以蓄电池组的定期检验与缺陷处理显得尤为重要。在蓄电池放电试验中，某一只电池电压降低至下限值时，需要将这一只蓄电池隔离出来才能继续开展试验，而且更换故障蓄电池时，需要停用蓄电池组才能进行更换操作。在变电站正常运行状态中，由站用变低压侧400 V交流电通过整流模块（充电机）进行整流后输出±110 V的直流电供给直流母线和蓄电池组充电，直流母线又通过直流馈线屏给全站提供所需的直流电源[1]。当站用变发生故障时，变电站低压交流电源会发生失电现象，此时蓄电池组将放电给直流母线提供直流电源，然后通过直流母线给全站提供直流电源，同时通过UPS逆变后给全站提供低压交流电源，以达到交流电源及整流模块故障时，全站短时内不失去低压交直流电源的目的[2]。

1 蓄电池组配置原则

根据变电站电压等级设计规范优化配置直流系统。在220～500 kV变电站的直流电源系统配置两组阀控式密封铅酸蓄电池，在110 kV变电站直流电源系统配置两组高频充电装置或两组阀控式密封铅酸蓄电池，每组蓄电池带全站直流负荷事故放电时间应不小于2 h。110 kV、220 kV以及500 kV变电站每组蓄电池容量可分别按300 Ah（110 V）、500 Ah（110 V）以及800 Ah（110 V）或200 Ah（220 V）、300 Ah（220 V）以及500 Ah（220 V）选取，以上容量均不考虑通信负荷。对于3C绿色变电站蓄电池的容量，要按照实际情况进行综合考虑，110 kV、220 kV以及500 kV变电站充电装置额定电流（N个高频开关电源模块额定电流之和）可分别按60 A（110 V）、80 A（110 V）以及120 A（110 V）或40 A（220 V，4个10 A模块）、60 A（220 V）以及100 A（220 V）选取。35 kV变电站直流电源系统应选用一套充电装置和一组蓄电池的方式，蓄电池应按200 Ah（110 V）或100 Ah（220 V）选取。在实际运行情况中，220 kV变电站直流电源系统均应配置两组蓄电池，蓄电池应选用阀控式密封铅酸蓄电池，每组容量300 Ah（220 V），110 kV变电站直流电源系统均应配置两组蓄电池，蓄电池应选用阀控式密封铅酸蓄电池，每组容量为200 A（h220 V），35 kV变电站直流电源系统应选用一套充电装置和一组蓄电池，其中蓄电池容量为100 Ah（220 V）[3]。

2 蓄电池组的运行环境

在变电站蓄电池组的运行过程中，考虑蓄电池组的安装和布置设计方面，要按照国内出台的相关规范和要求为其提供一个良好的运行环境，确保蓄电池组在正常工况下安全运行，不对蓄电池组的使用寿命产生任何影响。此外，在蓄电池组的运行过程中，为了确保人身安全和系统安全，要控制蓄电池组运行过程中产生的安全隐患。一般在国内的电力行业内，往往都是参照《DL/T 5044—2014电力工程直流电源系统设计技术规程》、《GB 50172—2012电气装置安装工程蓄电池施工及验收规范》以及《DL/T 724—2000电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》等，国外电力行业主要是参照《IEEE Std 1188a—2014》规范，按照相关的标准和规范进行环境的控制。在变电站蓄电池组的运行过程中，对运行环境的要求主要是来源于气体带来的风险、运行产生的热量以及可能发生泄漏的化学液体等。在具体的操作实践过程中，可以从以下几个方面进行考虑。第一，蓄电池组的存放室必须做好冷却通风，间隔距离要符合相关规范要求，天花板要设计成平坦的，地板要有排水坡度等，其主要目的是预防危险气体产生聚集现象，进而产生严重的后果。第二，如果采用电池架，则要求架底到地面有一定距离以便底面通风，与荷载配合的基础方面，对电池架的水泥台和地面材质都有要求，国外工程还会要求蓄电池组附近有提供运行人员使用的洗眼器等。此外，对蓄电池室内的灯具和风机等都有防爆要求，在变电站蓄电池组的运行管理和维护工作中，首先要创造一个良好的运行环境，才可以确保蓄电池组的安全运行[4]。

3 蓄电池组放电试验分析

3.1 蓄电池核对性充放电试验周期

对于阀控蓄电池，无论是新安装的还是发生故障后大修过的都必须要进行核对性充放电试验，而且在日常使用过程中应按照2年一次的周期进行核对性充放电试验。当阀控蓄电池使用时间超过6年后，应当每年进行一次核对性充放电试验，如果检测各项指标不合格的应及时更换电池。对于备用搁置的阀控蓄电池应做好保养计划，一般每隔3个月就要补充充电。如果阀控蓄电池配置两充两蓄，那么要做好检测工作，全容量核容该蓄电池组，如果只配置了一组蓄电池但可用备用蓄电池组作临时代用时，应进行全核对性放电，若无备用蓄电池组可进行50%容量核容。当异常或故障蓄电池数量达到整组蓄电池的15%及以上时，应及时更换整组蓄电池，当蓄电池组达不到额定容量的80%时，应考虑更换整组蓄电池，以保证蓄电池组的正常运行[5]。

3.2 蓄电池放电时隔离单只蓄电池的方法

采用整组蓄电池核对性放电试验方法，当有单只蓄电池电压达到下限时的处理方法有两种，一是在核对性放电过程中将蓄电池组放电10 h，期间不考虑单只蓄电池达下限的情况，只有当整组蓄电池组达到下限时才停止放电，这种做法可能会导致蓄电池组过放，降低其使用寿命。二是当在直流系统放电过程中异常或故障蓄电池数量达到整组蓄电池的15%及以内时，由于个别电池电压降低导致整组电池不能继续放电，就要采用如图1的方式进行处理，通常会将异常或故障蓄电池从系统隔离，将隔离点短接后再继续对整组蓄电池继续放电到剩余电池的15%及以内。由于在隔离异常或故障蓄电池将短时终止电池的放电，因此会对电池的放电曲线及电池放电的稳定性造成影响，同时在拆接过程中可能引起直流短路，而且拆接蓄电池耗费太多时间，大大降低了工作效率。

4 蓄电池组故障处理分析

在蓄电池组运行中，如若1～2节蓄电池发生故障现象将会出现容量不足的情况，此时需要更换运行蓄电池组中的1～2节蓄电池，将蓄电池组短时退出运行[6]。在实际操作中，如图1所示先将蓄电池退出运行，然后将故障电池拆卸下来，之后再短接或替换备用电池。在这种情况下，一旦站用交流电停电，将会导致全站直流系统失压，影响二次设备正常运行，降低了供电可靠性，甚至引发严重的安全事故，威胁着人民的生命财产安全。

5 蓄电池组改进措施

发电厂和变电站直流系统蓄电池无论是在正常情况还是在事故状态下，都必须提供断路器操作电源、二次设备的直流负荷电源以及事故情况下的照明电源，因此蓄电池的好坏直接影响到事故情况的用电操作及照明等供电负荷。在蓄电池组改进措施中，找来了40 A二极管及40 A直流空气开关，如图2所示用二极管将故障蓄电池隔离出来。合上空气开关后，故障蓄电池将被隔离出来，通过这一方法可以对蓄电池进行更换或继续对蓄电池进行试验，缩短了操作的时间，既有效提高了工作效率，降低了风险，还提高了供电可靠性，保证供电的安全。

图1 直流系统蓄电池异常或故障蓄电池拆除隔离后短接接线图

图2 直流系统蓄电池异常或故障蓄电池不拆除故障电池接线图

6 结 论

蓄电池是直流系统重要组成部分，在交流失电的情况下，直流系统蓄电池可通过逆变器由直流转换为交流，成为唯一交流电备用电源，因此好坏直接将影响到事故状态下的电气操作及事故照明。通过直流系统蓄电池异常或故障蓄电池不拆除故障电池接线图（图2）的接线优点，可以对蓄电故障时跨过故障电池来满足故障时的用电负荷，同时也可以在利用该接线方式在蓄电池不退出时更换该故障电池。此外，在蓄电池放电过程中如果有蓄电池电压达到该单只电池下限时，应提前短接该故障电池，确保该故障电池不再继续放电，待整组电池到下限时，拆除短接的二极管及空开恢复蓄电池的整组充电。由于故障电池在放电时放电少，所以在充电时就会与整组电池同步进行充满，防止了该电池产生过放电现象，避免造成损坏。