摘要：蓄电池作为直流系统中不可缺少的设备，广泛应用于变电站中，是变电站通信网络能够可靠运行的重要保证。文章介绍了变电站的直流系统，对阀控式铅酸蓄电池的原理与特点进行了分析，讨论了如何在实际工作中对蓄电池进行正确地检测与维护，供参考。
关键词：直流系统；蓄电池；检测；维护
变电站直流系统由充电装置、蓄电池组、监测装置及馈线网络等组成，其中蓄电组是直流系统核心。目前，随着社会经济和科学技术的不断发展与进步，直流系统的复杂性也随之在不断的提高，技术方面的要求也越来越高。因此，直流系统中的蓄电池也面临着比较严峻的检测维护问题。
1.变电站直流系统概述
直流系统在变电站中起着非常重要的作用，它供电给继电保护、控制、信号、自动装置等直流负荷，是变电站的重要组成部分。正常运行方式下，直流电源由站用交流电经整流后提供，如图1所示。当发生故障导致交流失电时，蓄电池组将成为唯一的直流电源，以保证控制、信号等的正确指示及断路器的正常操作，因此蓄电池质量及性能的好坏将极大地影响变电站的安全稳定运行。本文针对阀控式铅酸蓄电池组的原理及特点，对其运行中存在的问题及蓄电池组的检测与维护等方面进行介绍。
图1变电站直流系统典型示意图
2.阀控式铅酸蓄电池的原理与特点
2.1阀控式铅酸蓄电池的原理
阀控式铅酸蓄电池（Valve Regulated Lead Acid Battery，简称VRLA）由正、负极板、隔板、栅板、汇流排、安全阀及密封盖和外壳组成，其中隔板由超细玻璃纤维（AGM）构成，栅板由无锑合金铸造，电池内部无游离电解液，使用过程中无酸雾和气体排出，具有良好的密封性能。其基本化学反应：
PbO2+2H2SO4+Pb
PbSO4+2H2O+PbSO4
同时，正极析出的氧气通过AGM到达负极与氢气还原为水，少量气体通过安全阀排放出去。
2.2阀控式铅酸蓄电池的特点
阀控式铅酸蓄电池有以下特点：①无需加水及调整酸密度，具有免维护功能；②无酸雾及漏液，不腐蚀设备；③密封性能良好，结构紧凑，可采取积木式安装方式，占地面积小；④自放电率小，高低温性能较好，电池寿命长。
3.蓄电池的运行及检测方式
3.1蓄电池的运行方式
变电站直流系统中的蓄电池通常工作在浮充电状态，即由充电装置承担经常性直流负荷，同时以恒压小电流（0.3～2mA/h）向蓄电池组充电以补充由于其自放电产生的电量缺损，使单个蓄电池电压维持在2.23～2.27V范围内，保证蓄电池组以满容量的状态处于备用。当蓄电池组承担直流负荷而放电或在进行核对性放电后，应进行均衡充电，即以恒定大电流对蓄电池组进行快速补充充电，并消除个别蓄电池的电压偏差，使之趋于平衡。
3.2蓄电池的检测方式
①蓄电池端电压的检测。用万用表逐个检测蓄电池的端电压并做好记录，当检测结果与历史数据或相互之间有较大偏差时（浮充时单个蓄电池端电压的最大差值不应大于50mV），应当引起重视。并且蓄电池外壳或极柱温度也要正常，不能有较大温升。
②蓄电池内阻的检测。当蓄电池内部栅板腐蚀或接触不良等情况出现时，将会导致蓄电池内阻增大、电导减小。因此蓄电池内阻升高可在一定程度上反映出蓄电池的内部故障，发现该情况时应足够重视。
③蓄电池核对性放电检测。通常变电站直流系统安装有两组蓄电池，可分别进行核对性放电检测。若经过3次核对性放电，蓄电池容量达不到其额定容量的80%，则可认为该组蓄电池组使用期限已到，应采取更换措施。
④蓄电池外观的检查。检查蓄电池外观是否完好，壳体有无变形与渗漏，极柱、安全阀周围是否有渗酸和酸雾逸出，通风状况是否良好以及各个螺栓有无松动、腐蚀等，发现异常状况时应及时按说明书处理。
4.蓄电池运行中的常见问题
4.1运行环境温度过高
蓄电池的运行环境温度过高对其使用寿命有很大影响，环境温度升高将加剧蓄电池正、负极板的腐蚀情况，硫酸盐化严重，同时也将增加其内部水分的消耗，使得电解液干涸，从而缩短蓄电池的循环使用寿命。阀控式铅酸蓄电池的容量会随着温度的升高而减少，在25℃以上时，每升高6～10℃蓄电池的容量将会减少一半。因此，必须根据环境温度的变化合理地调整蓄电池组的充电电压，一般每升高1℃，充电电压应下降2～4mV。同时应保证蓄电池室的良好通风，必要时应使用空调设备，以控制蓄电池室的温度保持在20℃～25℃以内，达到最佳工作状态。
4.2蓄电池长期处于浮充电状态
阀控式铅酸蓄电池若长期处于浮充电状态下，只充电而不放电，将会造成蓄电池的正极板钝化，使蓄电池内阻增大，电池容量大幅下降。同时由于正极的析氧反应，将会导致蓄电池内部水分的消耗与氢离子的增加，从而加速栅板腐蚀，缩短蓄电池的使用寿命。浮充电压应选择适当，不能过高或过低。过高的浮充电压会使得蓄电池处于过充电状态，有可能造成蓄电池的缓慢失水。而过低的浮充电压会使得浮充电流减小，从而相对地延长充电时间，长此以往，将有可能造成电极的硫酸盐化。
4.3蓄电池被过度放电
当交流电源停电后，由蓄电池作为变电站内直流负荷的唯一电源，此时蓄电池有可能过度放电。当蓄电池由于长时间供电使得其电压过低甚至降为零时，会导致蓄电池内部负极表面吸附大量的硫酸铅，硫酸铅是一种绝缘体，在负极上吸附的硫酸铅越多，蓄电池的内电阻就越大，其充放电性能随之变差。当蓄电池以标称容量十分之一的电流放电时，单体蓄电池端电压降到1.8V时即应停止放电，否则就会出现过度放电，从而减少蓄电池的有效循环次数，缩短其使用寿命。
4.4新旧电池不匹配
由于每组蓄电池是由108只单体电池串联而成，在运行过程中难免会出现单个电池故障需要更换的情况，此时应尽量选择与被更换电池属于同一厂家、同一型号甚至是同一批次的蓄电池进行更换。否则很可能出现由于该电池与其余电池不匹配而导致的浮充电压不平衡、单体温度异常升高等情况，给整个蓄电池组的安全稳定运行带来负面影响。
4.5蓄电池充电机发生故障
为阀控式铅酸蓄电池选择充电设备时，应选用高质量的相控电源或高频开关电源，对稳压及稳流精度、纹波系数、温度补偿、充电方式切换等主要指标要有严格的要求，充电机应能完成浮充电与均衡充电模式的自动转换。同时充电机应具备实时监控和智能化管理功能，使得蓄电池组时刻工作在最佳状态下。当高频开关电源模块出现故障时，应能够立即退出故障模块，且不影响其他正常充电模块的运行。当充电机发生故障时，将造成蓄电池组的非正常充、放电，电压、电流等参数将偏离预定值，此时若再出现交流失电而由蓄电池作为直流电源的情况，势必缩短其能正常供电的时间，带来重大安全隐患。
5.保障蓄电池安全运行的措施
针对上述蓄电池组运行中的常见问题，可采取以下措施进行维护。
5.1蓄电池室的温度控制
蓄电池室应远离热源并防止阳光直射，通风和照明设施应检查良好，室内空调应运转正常，室内温度应符合要求，保证蓄电池处于最佳工作状态。
5.2定期进行均充电
蓄电池组每隔三个月到六个月应进行一次均充电，具体间隔应视平时浮充电压差的程度来决定，定期均充电可消除浮充电压随温度变化的影响。在电池放电或事故停电后，应对蓄电池进行均充电，并检查充电机的充电电流是否正常。
5.3定期进行核对性放电
为了能准确掌握蓄电池组的容量，发现老化电池，定期进行核对性放电是十分必要的。放电过程中，当任意一只蓄电池端电压降到1.8V时，应立即停止试验，整个放电试验达到蓄电池组额定容量的30%～40%即可。
5.4应用蓄电池智能巡检仪
当前蓄电池室的每组蓄电池上都设置有电池巡检装置，实时监测每个单体电池的电压及各项充电参数。运维人员应认真巡视，及时发现电池电压的异常情况，并通过离线测量与在线监测数据的对比，确认故障蓄电池编号，尽快安排维修或更换。
5.5蓄电池的故障处理
当发现蓄电池极柱上有硫酸盐化情况时应用肥皂水进行清洗，不允许用有机溶剂；蓄电池有鼓壳或裂纹时，应及时更换；当蓄电池处于放电状态时，若发现个别电池的端电压低于放电终止电压，应将其解除放电，必要时应单独对其进行过充电处理，恢复其额定容量。
6.结束语
总之，在变电站中，蓄电池是直流系统的核心设备，对它的运行要求和维护方法是非常重要的。在实际工作中，必须根据蓄电池的原理与特点，针对影响其使用寿命的主要因素，采取日常检测与定期维护相结合的方式，这不仅有利于保证变电站直流系统的安全运行，而且也能够保证整个电网的安全稳定，对我国经济的持续快速发展具有积极意义。
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论文作者:黄柏强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/13
标签：蓄电池论文; 变电站论文; 系统论文; 电池论文; 端电压论文; 电压论文; 酸蓄电池论文; 《电力设备》2018年第8期论文;