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摘要：随着电力建设的发展，变电站开关分合和保护装置等方面需要可靠的直流电源电池组，阀控式铅酸蓄电池获得了广泛的应用。本文结合阀控式铅酸蓄电池的工作原理，论述了其在电力系统运行中的作用，重点提出了日常维护方法。
关键词：阀控式铅酸蓄电池；变电站运行；电池维护
变电站继电保护系统、通讯系统和安全自动装置等是电网中的重要设备，其稳定性直接关系到电网的安全可靠运行，这些重要的设备都需要有可靠的直流电源供电，铅酸蓄电池成为首选。与普通铅酸蓄电池相比，阀控式铅酸蓄电池搬运方便，自放电小，使用寿命长，被广泛应用于变电站中。阀控式铅酸蓄电池（VRLB）在使用过程中不需要加水加酸维护，电池结构密封，漏酸问题得到就解决，电池中设置有可靠的安全阀，可以保证电池内部的气体及时排出，安全性较高。
1阀控式铅酸蓄电池工作原理
阀控式铅酸蓄电池工作过程中涉及电化学反应，充电过程中将电能转换为化学能，将能量储存在电池内部，放电过程中将化学能转换为电能对外供电[1]。
阀控式铅酸蓄电池的充电和放电过程都是通过电化学反应实现，电化学反应方程式如下:
PbSO4+2H2O→PbO2+H2SO4+2H++2e-（正极反应）
H2O→ O2+2H++2e-（正极副反应）
PbSO4+2H++2e-→Pb+H2SO4（负极反应）
2H++2e-→H2（负极副反应）
结合反应方程式可以看出，水解反应存在于充电过程，正极充电达到70%时，不断生成氧气，负极充电达到90%时，不断生成氢气。氧气和氢气析出的过程中，如果不及时重新应用，电池将会失水变干。早期的铅酸蓄电池在使用过程中需要加水维护，而阀控式铅酸蓄电池可以及时重新利用电池内部析出的氢气和氧气，同时也能对氢气的析出进行抑制，克服了传统铅酸蓄电池的应用缺点。阀控式铅酸蓄电池以传统电池反应原理为基础，不断改良后，蓄电池体现出自放电小、寿命长、维护简单、污染小的优势，与传统的铅酸蓄电池相比，在使用和维护过程中都十分方便。电池使用过程中需要对整流器的充电电压进行严格的控制，结合浮充需求保证电池循环使用，应用规定幅值的电压充电，实现无人化值守，使用过程中不需要加水维护，只需要每隔一定时间对电池电压和放电容量进行测定。
2蓄电池组在电力系统运行中的作用
变电站的直流系统是电网中重要的部分，直流系统主要包含蓄电池组、充电设备、直流屏和直流馈电单元等，这些设备都为变电站乃至电力系统的安全稳定运行做出了重大的贡献。针对直流系统而言，在正常运行的过程中，充电装置将会承担正常的负荷电流，同时及时向铅酸蓄电池组中补充电能，避免电池组自放电过多，保证蓄电池组可以时刻保持在备用状态。如果变电站内部出现故障，站内用电中断，蓄电池组可以作为独立电源，发挥重要的供电作用，持续向站内保护装置、通信装置和照明装置等提供可靠的直流电源，也可以通过UPS不间断电源设备逆变为交流电，供必要的站内交流用电设备，如后台监控机、防误操作设备等。
结合电力系统多年的运行情况来看，如果系统出现故障，短路电流瞬间增大，如果断路器不能快速跳闸，主变压器和发电机等设备将会被大电流产生的电动力损坏甚至有被烧毁、爆炸的可能。保证断路器快速、可靠跳闸，需要可靠、稳定的直流电源支持。然而，系统故障常导致系统电压急剧降低，经整流装置的直流电压也降低。此时，蓄电池组负担起维持直流电压，保证继电保护等设备正常运作的独立电源。因此直流系统或者说蓄电池组在电力系统运行过程中发挥着重要的作用[2]。
3阀控式铅酸蓄电池组的运行标准
充电过程是阀控式铅酸蓄电池使用中的重点，工作方式一般分为补充充电、浮充充电、均衡充电和核对性放电四种。
3.1补充充电
蓄电池存放过程中，由于自身放电原因，容量也会逐渐减低甚至损坏，需要以厂家说明书为准进行定期充电。阀控式铅酸蓄电池带电出厂，由于自身的放电原因，在正式投入运行前需要补充一部分损失的电能，以及为了弥补运行中因电流调整不当造成了欠充，补偿电池自放电和爬电漏电造成的容量亏损。补充充电的过程中一般应用恒压限流方法，变电站使用的蓄电池多为单体2V，电池安装前需要检测不同电池的开路电压。针对2V铅酸蓄电池而言，充电电压的调整范围为90%~125%。
3.2浮充充电
蓄电池和负载始终并接在充电装置的直流输出端，应用恒压充电方式工作，充电装置在正常运行的情况下承担经常性负载，并且及时向蓄电池补充充电，弥补蓄电池自身放电的损耗，保证蓄电池以满容量的状态备用。浮充工作制是阀控式铅酸蓄电池的主要工作方式，电池使用的过程中与整流器相连，为变电站内的负载回路提供后备电源。电池组平时不会对外放电，此时负载的电流全部来源于整流器，如果实际运行中出现局部放电或者负载突然增大时开始放电。如果电力系统断电或者整流器设备出现故障时，蓄电池组可以单独为负载供电，保证直流电源持续，另外还可以发挥重要的滤波作用。与电容器相同，电池组具有充放电的功能，对交流成分表现出旁路作用。因此，传输到负载端的脉动成分逐渐减少，可以大大提高负载设备的供电质量。浮充电压的选择过程中需要重点考虑外界环境因素的影响，浮充电压控制在一定范围内（或按电池厂家要求），一般单体电压为2.23－2.28V（25℃）。由于外界环境温度的变化，一般需要对浮充电压做出相应的调整，按照温度补偿系数调整浮充电压。
3.3均衡充电
如果蓄电池组的容量不足，或者浮充充电较低时，需要及时应用均衡充电的方法对补充电能，均衡充电也是电池定期活化，适当均衡充电是电池保养的重要方法，是延长电池使用寿命的基础，均衡充电电压一般为2.30~2.35V（25℃），蓄电池组端的电压上升到该范围值后，将自动或手动转换为恒压充电，当充电电流减小到I10的10%时，可以认为蓄电池组容量充满，可以自动或手动转换为浮充点方式运行，其中I10表示10h率放电电流，单位A。每180天对电池组均衡充电一次。
3.4核对性放电
如果阀控式铅酸蓄电池的运行时间较长，必须每隔相同时间将蓄电池组脱离运行对电池的实际容量进行检查，以恒流放电到终止电压做出核对性放电试验。每三年做出一次容量放电测试，将电池组额定容量80%的电能放出。电池组在放电或者充电的过程中，必须及时测定电流和电压信息，计算电池组总压，做好相应的记录。若变电站只有一组电池不能退出运行，不能全核对性放电，只能用I10电流恒流放电50%容量且电池组端电压不能低于（2×N）V（N为蓄电池组电池个数）。放电后应立即充电，反复放充2－3次。若有备用蓄电池组临时代替运行，应进行全核对性放电。
4阀控式铅酸蓄电池日常维护
阀控式铅酸蓄电池为密封状态，在使用过程中会出现累积变化，为了给电池提供良好的运行环境，保证直流系统的安全稳定运行，需要加强蓄电池的日常维护，维护的过程中做好各项检测工作。例如对单体电池和电池组的浮充电压进行检查，测量电池外壳和极柱温度，检查电池壳盖状况，是否出现变形和渗漏问题，检查极柱、安全阀周围是否存在渗漏问题，是否有酸雾逸出，每年进行一次核对性放电试验，每三年进行一次容量放电试验。
阀控式铅酸蓄电池在应用过程中需要注意以下问题：
第一，不得拧开电池的排气阀，避免空气进入电池内部，最终导致电池电解液蒸发，电池容量不断下降。
第二，避免蓄电池深度放电，较长时间后补充，频繁充电和放电将会降低电池的使用寿命，并且电池容量较难恢复[3]。应注意每三个月的均充是否正确启动（可以从直流母线过压告警信息或充电机历史信息获取）。在日常运行维护中，可以对电池进行单节电压测量，并进行数据跟踪确定蓄电池是否容量降低。使用Excel等软件，结合程序，对数据变化进行变化管理。当发现严重欠压电池时，应进行单体电池激活或整组电池核容。当欠压电池无法再活激活时，应在不影响运行电压需要时将欠压电池退出运行或更换电池。如果多个电池欠压，应检查充电装置，并整组电池更换。
表1 数据跟踪及变化管理
第三，使用过程中避免金属碎屑进入到电池内部，导致电池短路或者容量降低，危害较大。在运行中，一般使用带绝缘护套的连接导线，且极柱有绝缘盖。
第四，避免将浮充电压设置过高。直流母线电压过压报警接入后台监系统，当过压时进行运行监视，确保电压在可接受的范围内。
第五，电池搬运过程中避免电池跌落而破损，避免将新旧程度不同的电池在一起混用，由于电池内阻不同，电池的老化速度将会加快。
第六，使用过程中及时检查连接螺丝，避免松动而引起局部升温。在连接件中应用硅酮基润滑脂同时可防止锈蚀，不得应用石油基润滑脂,石油基的润滑脂会与密封材料发生化学反应，导致电池的密封性不足。日常运行维护中，应使用红外成像设备进行检查，防止电池、接头等过热。
图2 蓄电池红外成像检查
5结束语
蓄电池是变电站内直流系统的重要组成部分，可以为电力系统的安全运行奠定基础。本文在介绍阀控式铅酸蓄电池工作原理的基础上，提出了主要日常维护方法和注意事项。铅酸蓄电池在应用的过程中，需要应用科学的管理手段降低故障率，提高供电稳定度，应用合理的维护方法提高蓄电池的运行效益，延长电池的使用寿命，保证电力系统可靠运行。
参考文献
[1]张磊,王海波,拾华杰等.阀控式蓄电池并联充放电研究[J].电源技术,2011,35(11):139.
[2]隋亚涛.阀控式免维护铅酸蓄电池的应用与维护[J].华北电力大学学报,2013,36(8):140.
[3]雷和林.阀控密封式铅酸蓄电池的运行与维护[J].湖北电力,2014,32(3):44.
[4]电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程（DL/T 724-2000） 2001.1.1
论文作者:邹燕雄
论文发表刊物:《电力技术》2016年第5期
论文发表时间:2016/10/15
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