摘要：本文以事故预想的形式，通过分析蓄电池故障对110KV 变电站产生的安全隐患，对提高变电站供电的可靠性，处理蓄电池故障提出了相应的改进方案，避免发生变电站全停事故。
关键词：蓄电池；故障问题；直流系统；110KV 变电站；冲击电流；安全运行
引言蓄电池是变电站直流供电系统中的重要组成部分，为变电站二次系统的负载提供了稳定可靠的保障，能确保变电站通信、控制、保护设备的正常运行，因此在放电过程中，电力设备的安全运行主要取决于蓄电池的稳定性。蓄电池的使用寿命与实际条件、维护状况、充电器和电池本身质量有直接关系，目前大部分蓄电池的使用寿命要短于预期使用寿命，在实际使用过程中个别蓄电池出现故障将会导致整组蓄电池失效。随着我国电力事业的发展，如何在减少维护作业工作量的同时建立蓄电池和直流装置监管系统，确保蓄电池的稳定运行，已成为电力系统要解决的新问题。
一、110KV 变电站介绍（一）变电站的正常运行方式110KV 内桥接线变电站正常运行方式为：进线1 以1 号主变、2号主变并带110KV 母线运行；进线2 配置110KV 备用电源装置，开关处于备用状态。10KV 出线配置电磁型机构断路器，分段母线上各配置一台补偿所变运行。110KV 母分开关和10KV 母分开关都处于运行状态（如图1 所示）。
图1 110KV 内桥接线变电站运行方式示意图（二）变电站内直流电系统变电站内一般配置容量为300Ah 的密封性铅酸蓄电池和浮充电压为2.2V 的单只蓄电池，总数为108 只。控制负荷的直流系统通常用110V，控制负荷以及动力负荷合并供电的直流系统适合用220V。
在变电站内有电磁型直流开关控制电压的情况下，正常运行状态下的母线电压一般为225V，合闸母线电压为240V。蓄电池组在变电站内起着平时作为直流备用电源以及用来控制10KV 开关开合。
直流系统的开关电源装置一般为微机监控高频开关，并配置SR-3双路交流进线来进行切换操作，但提供给整流模块的交流电源只有一路，一方面整流充电模块对蓄电池组浮充，以保持蓄电池组的满充状态；另一方面用降压硅链来控制母线的直流负荷。事故变电站内的直流系统接线如图2 所示。
二、直流系统易出现的危险事项由于密封性铅酸蓄电池的负极材料主要成份为铅，日常保养不当会导致极板、极柱、导流板硫化速度加快，易变成硫酸铅，造成负极材料出现裂痕以及粉状脆化，极柱的连接强度会大打折扣。在开关合闸的强大电流冲击下，易造成极柱断裂，蓄电池组开路，出现这种情况后仅仅靠整流充电模块输出维持整个变电站的直流电压是完全不够的，当变电站一旦发生低压侧出线永久性短路的故障时，极有可能导致继电保护出现越级跳闸的情况，造成变电站全所停电，事故演变流程如图3 所示。
图3 变电站直流系统故障演示图经过分析原因可以得知，当线路保护监测到故障时，过流保护会跳开出线开关自动隔离故障。由于一般的出线配置都带有自动开合装置，在一定延时后开合闸装置开关会再次合闸，在合闸过程中，电磁型开关会产生强大的电流通过直流蓄电池组，在电流冲击作用下，已经发生硫化反应的蓄电池会瞬间开路。发生故障的同时若发生线路重合的情况，在距离变电站较近时将会造成变电站内10KV 的母线电压大幅度跌落。由于所变输出线直接接在10KV 母线上，当所变输出电压过低时会导致整流输出模块输出电压出现偏差，从图2 中可以看出，在蓄电池开路、整流输出模块电压不合格的情况下，导致控制母线电压达不到自动装置和保护装置的最低动作电压，造成变电站全站自动装置和保护装置发生拒动，只能靠电源测线路保护跳闸切断故障线路，因此全站失电。
三、改进方案目前110KV 变电站普遍使用单电单充的直流系统供电模式，容易因蓄电池开路导致全站失去备用直流电源，若再发生母线故障使整流输出电压不合格，会进一步扩大停电范围。可以从三个方面入手，通过改进方案来解决这一问题：（一）有效管理蓄电池的日常运行正常使用的以浮充方式运行的蓄电池由于满状态时间过长，负极板容易产生硫酸铅结晶，不利于蓄电池的日常运行，根据变电站实际运行经验，为保证蓄电池放电容量，延长使用寿命，必须做好日常保养工作，定期对蓄电池进行充放电操作。
1.加强蓄电池的巡视检查工作，每月要定期测量单体电压和总体电压，及时更换超过平均电压4%-10%的不合格蓄电池。定期对蓄电池进行充放电操作并记录充放电后蓄电池的电压和电阻数据。对存在电压异常的蓄电池必须及时进行消缺，避免因消缺周期过长导致安全事故，消缺作业结束后按照标准严格验收并做好缺陷闭环工作。
2.运行时间在3 年以上的蓄电池要每年进行3 次全核对性放电试验，若试验结果表明蓄电池容量达不到额定容量的80%以上，则说明蓄电池使用寿命已接近尾声，应更换新的蓄电池；对运行时间在3 年以内的蓄电池要每年进行一次放电容量为全容量40%的放电试验。另外，在蓄电池充电过程中如果电池温度高于45℃，要立即停止充电以免对电池造成损毁。
（二）对10KV 电磁型断路器进行整改若用带有弹簧储能结构的开关替换掉现有的110KV 开关，运行时即使全站失电，开关在受分合闸指令时仍然可以正确动作，保护母线不受电流冲击，改善了蓄电池的工作条件，延长了使用寿命。在进行变电站直流系统二次配置时可参考上述方案，采用相应电压等级的保护装置和自动装置，减少设备投资的同时也能让直流系统更加安全稳定的运行。
（三）合理选择变电站运行方式在现有条件允许下，可通过调整变电站的运行方式来避免电网运行的风险，以前文110KV 变电站失电事故为例，可供选择的运行方式有两种：1.将1 号、2 号主变高压侧与110KV 并列运行，低压侧与10KV母线分列运行，这种方式的优点是如果遇到蓄电池开路或低压侧线路发生故障时，能保持整流输出电压的稳定，不会引起全停现象，缺点是变电站所用电系统和故障线路处于同一母线时仍旧会引起全站失电。
2.对1 号、2 号主变的高低压两侧都采取分列运行的方式，这种方式包含了上述方案的所有优点，不同的是在故障发生时只会对一台主变造成影响，另一台仍然可以照常运行。
结束语：只有从事故中吸取经验和教训，才能在电网的实际运行中保证安全，通过对蓄电池组的改进措施能有效减少直流系统发生故障的频率，保证继电保护装置和自动装置能有效运行。
参考文献：[1]卢伟.蓄电池在线均衡充放电维护探讨[J].技术与市场，2012，19（4）：109-110.[2]陈兰兰.35 千伏变电站直流蓄电池组故障处理与预防[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（14）.
论文作者:安梓鸣
论文发表刊物:《电力设备》第01期供稿
论文发表时间:2015/9/22
标签：蓄电池论文; 变电站论文; 电压论文; 母线论文; 故障论文; 系统论文; 发生论文; 《电力设备》第01期供稿论文;