变电站蓄电池组改造的资产投资策略研究

桂 丹 陈婉菲 徐向丽

（国网河南省电力公司信息通信分公司财务资产部）

0 引言

传统的电池组测试方法是被动的、滞后的。通过分析调查预测蓄电池组寿命，可以有效提高蓄电池组维护效率，一旦发现蓄电池组预测容量明显下降，可以及时干预，找出并消除导致蓄电池组下降的异常原因。评估何时更换蓄电池组，缩短测试周期，加快测试速度，可以减少直流系统单次充电的运行时间，降低变电站直流系统的运行风险［1］。

1 研究意义

在2015～2021年期间，某供电公司更换的蓄电池组的统计图显示，每个电池的平均寿命约为7年。在这些蓄电池组中，寿命为8年或更短的蓄电池组占所有更换蓄电池组的94%。电池的使用年限会被各种因素影响，比如说生产原材料、生产工艺、运行流程、工作环境和维护电池的规章制度等［2-4］。

图 2015～2021年某供电公司更换蓄电池组示意图

2 研究方法

电力设备的全寿命周期成本，简称LCC。是指在设备正常运行的情况下，从它的设计、制造、运行、故障、维护和最后失去生产作用后处理等涉及到的全部费用。基于此，国内和国际对能源系统生命周期成本的研究主要集中在资产价值高的高压初级设施上，而对一些资产价值低的设备的生命周期成本研究则有些空白。变电站直流系统蓄电池组等低压设备也需要科学的管理策略，进行全寿命周期成本研究。基于上述标准，本文分析了蓄电池组全生命周期成本计算的最佳维护和检修策略。

3 蓄电池组改造处理方案

变电站蓄电池由几个单体蓄电池串联起来形成一个组，组内一个蓄电池的故障会导致整个组变质或不发挥作用。当新旧电池混合时，或不同的电池混合时，终端电压和内部电阻是不同的，因为不同的电池有不同的化学反应物。当依次使用时，不同的蓄电池在其终端会有不同的电压，这将导致蓄电池过早损坏。当混合使用后，蓄电池的容量可能在短时间内达到要求值，但运行一年以上后，一个或多个蓄电池将不再符合要求值，整个蓄电池将被丢弃。由于这些特点，有问题的蓄电池组不能被修复。

4 蓄电池管理的全寿命周期建模

全寿命周期成本法是一种概念和方法，该方法涵盖了设备、系统和工程的计划、研发、生产、安装、运行、维护、修改和翻新的一套流程，直到其使用寿命结束，并考虑了设备、系统和项目的长期经济影响，在满足性能和可靠性要求的同时，最大限度地降低全寿命周期成本。使用的主要计算模型有：

其中，CF为故障成本；CO为运行成本；CM为检修维护成本；CI为投入成本；CD为废弃成本；LCC为全命周期成本。

4.1 投入成本

根据蓄电池的采购和装置的价钱，可以计算出蓄电池组的投入成本，见表1。

表1 蓄电池组投入成本

4.2 运行成本

（1）设备维护成本

蓄电池组的设备维护成本主要费用包括电压测量、内部电阻测量、外观清洁和充放电检查。由于蓄电池组充放电检测的成本占设备维护成本的很大一部分，而且充放电检测的策略也各不相同，下面将讨论蓄电池组充放电检测策略。蓄电池组的充放电测试是基于10h的完全放电率，放电时间为10h，充电时间约为15h。充放电时间约为26h。电池容量测试每项工作需要三个人，至少需要两个工作日，以及另外两名操作员的行动。每次容量测试的成本大约为8000元。

（2）环境维护成本

蓄电池在恶劣的环境中工作，对温度非常敏感。蓄电池在20℃～25℃之间可以更好地工作，超高或超低的温度都会影响其寿命。变电站中使用的所有空调都是传统的单冷空调，其寿命很短，中断连续运行，而且不能加温。如果选择工业精密室内空调，使用成本会增加。一般来说，这将涉及到目前的维护做法，即按照规格检查放电，安装一个民用空调，并对部分空调暂停运行。据统计，在这种操作和维护下，电池组的寿命为6～8年，下面的统计考虑到了8年的最大寿命，我们将其定义为第一种操作模式，为模式一。

假设按照电池组的说明进行了维护，蓄电池组的理论寿命为10～12年。经过统计可以发现，蓄电池组最长使用年限为12年。此外，应厂商的要求，在寿命周期内进行了大约23次验证性功率测试。在机房内使用精确的工业空调以确保工作环境温度，定义为第二模式，为模式二，电池组的寿命为12年。

模式一，如表2所示，在模式一下的生命周期内运行成本等于8年生命周期内核对性充放电次数与核对性充放电工作单价的乘积，再加上普通空调年均使用成本与使用年限的成绩的总和。

表2 蓄电池组8年生命周期维护成本

模式二，这个方式下的生命周期内运行成本＝12年生命周期内核对性充放电次数×核对性充放电工作单价＋精密工业空调年均使用成本×使用年限 ＝22×7500＋1500×12＝183000元，则各型号电池运行成本相同。

5 讨论

5.1 运维策略的选择

为了总结以上对各类型电池组的运行和维护策略的分析，下面的表3显示了蓄电池组的运行和维护策略。

表3 运维策略汇总

5.2 运行方式的选择

综合以上分析，可以得出结论，不论哪种蓄电池类型，使用第一或第二种运行维护策略的成本都低于第三或第四种策略。使用策略A或B的成本低于策略C或D，也就是说，使用第一种操作模式的蓄电池组的总成本低于第二种操作模式。基于最广泛使用的300Ah，110V的蓄电池组，模式一的蓄电池组的寿命约为8年，全生命周期成本约为人民币115000元，平均年成本约为人民币13000元。模式二运行的蓄电池组的寿命约为12年，全生命周期成本约为28万人民币，平均每年的成本约为23400人民币。

根据这些计算，模式一与模式二相比，模式一的每个蓄电池每年可节省约1万元，或按每个电池400个蓄电池计算，每年约400万元。因此，尽管模式一的电池寿命较短，但与模式二的电池相比，它们的运营成本大大降低。因此，出于经济原因，我们选择了模式一而不是模式二来操作和维护所有电池。

6 结束语

首先，所有的蓄电池都是以一对一的方式进行操作和维护。最经济的方法是根据规范要求进行有控制的放电，安装家装空调系统，并容忍家装空调系统不能使用的部分时间。采用这种操作方法，蓄电池组的寿命约为8年。为了达到蓄电池组12年的设计寿命，每个供电企业每年需要增加约400万人民币的维护费用。其次，每个不一样的蓄电池组都应该有不一样的管理策略与之对应。由于蓄电池组具有不同的容量、电压水平和关键性，因此可以选择不同的运行和维护策略，在确保安全的同时实现最佳经济效益。