针对大有供电公司35KV某变电站维护蓄电池而提升电力直流系统的稳定运行的经验分析

张萍　王斌　王准涛

【摘 要】本文通过对河南大有能源供电公司下属各变电站近年事故的统计，针对2010年开始出现的事故问题进行了分析，发现事故原因多属于该类型蓄电池存在的问题。大有能源供电公司专门成立事故分析处理小组，调查现状、分析常见故障现象和原因，研究如何加强运行管理，降低了供电事故发生率。

【关键词】阀控式铅酸；蓄电池；运行；维护；分析

0 引言

随着煤炭工业的发展，矿井电力系统的规模越来越大，各种新的设备不断投入到系统当中，使系统变得更加复杂，系统发生故障引发事故的可能性随之也增加。我们供电企业承受了有史以来最大的供电压力。河南义煤集团供电公司负担着义煤集团18座变电站安全稳定运行的重任，这些变电所的安全运行直接关系到各个煤矿区的安全运行。

河南大有能源供电公司下属变电站多数使用的是国内生产的免维护阀控式铅酸蓄电池，近两年使用时出现了不少问题，例如电池壳变形、电解液渗漏、容量不足、电池端电压不均匀等。阀控式铅酸蓄电池从一开始使用便被称为免维护电池，而生产厂家又承诺该电池的使用寿命为10-20年，这样给维护人员一种误解，其实，适时的维护至关重要。为了解决这个矛盾，我们经过一段时间的学习、探索和积累，在不断实践的基础上，总结出一套切实可行、有效的方法，大大提高了直流系统供电可靠性。

1 现有电力系统分析

电力系统的安全一直是电力系统的重要课题之一。对电力系统来说，安全稳定和可靠都是电力系统正常运行所不可缺少的最基本条件。对于小系统的安全稳定问题，如一个小系统故障，运行人员可以凭经验把握住系统的实际稳定程度和实施必要的稳定措施，利用人为来预防更大事故的发生。在变电所中，直流系统在正常情况下为控制信号、继电保护、自动装置、断路器跳合闸操作回路等提供可靠的直流电源，当发生交流电源消失事故情况下为事故照明、交流不停电电源和事故润滑油泵等提供直流电源。而直流系统的可靠与否，蓄电池起着至关重要的作用。蓄电池是变电站保证设备安全运行的重要组成部分，蓄电池做为直流系统中的储能元件，是系统可靠运行的核心部件。因此，蓄电池的稳定性和在放电过程中能提供给负载的实际容量对确保设备安全运行具有十分重要的意义。

2 电力直流系统的现状

大有能源供电公司下辖110KV变电站2座，35KV变电站13座，6KV变电站3座，高低压输电线路400余公里，担负着整个集团公司中、东、西部15座矿井的安全生产和居民生活用电。

然而我们多数变电站因建设和使用年份久远，蓄电池经过一定时间的使用后，常易因活性物质脱落、板栅腐蚀或极板变形、硫化、失水等问题，而使容量逐渐降低直至失效。几十节串联的电池，只要1节过早损坏，随着时间变长，其他电池跟着报废。技术人员一般对变电站的保护回路及控制回路等比较重视，而对为继电保护回路提供能量的直流系统的重要性往往就忽视了。平时维护一般只是进行一些简单的蓄电池电压测试和绝缘监视等。检修维护人员定期对直流设备进行一般性的日常定检检查和简单的电池电压测量等工作。现场检修维护人员也因不具备相应的测试手段，难以确认设备的技术指标是否满足要求。

随着无人值守变电站的普及和阀控式密封铅酸蓄电池（也俗称免维护蓄电池）的使用，电力部门对直流充电设备的性能要求越来越高。直流系统中阀控铅酸蓄电池、智能型高频开关充电装置等附属设备的技术性能日益优越，安全可靠性提高，促进了直流系统技术和设备的迅速发展。如何通过有效措施及维护手段保证特种电源的稳定是我们面临的一个关键问题。

3 供电故障调查统计

3.1 现有直流电源设备状况

我义煤集团供电公司所现有的18所变电站中，除了2座新建的变电站采用的是高频开关电源整流充电机外，其他16座的全部为硅整流相控电源，我们从性能、可靠性、技术参数等方面来综合比较高频开关电源与相控电源之间的差别，现对比他们的性能比较如下：

由表1可见，我们多数变电站所使用中的相控电源存在的缺点及风险，充放电机的先进性也影响到直流电源的安全供电，而直流电源的蓄电池部分是系统安全运行的一个关键环节。

3.2 故障统计分析

大有能源供电公司下属18座变电站，除新建两座，其余16座均为使用超过10年以上变电站。以下是我们统计的自2010年以来对某35KV变电站直流系统故障统计。

2010年以来，统计我供电公司35KV **变电站系统的直流故障进行了调查（如表2）。

从表2看出，直流系统因素引发的故障共计12次，其中蓄电池原因占6次之多。蓄电池的稳定工作直接关系到电力系统的稳定，我们越来越关注其工作状态，并且探讨采取了一些积极有效的措施手段，力求电源的可靠运行。

4 对现实因素的调查统计

4.1 人员素质问题

变电站所有设备的操作、检修维护、故障处理都必须人来完成的，所以人员在设备的检查和维护及故障处理方面的作用就显得十分重要。由于现在普遍国企人员思想散漫，文化差异大，人员自身也存在惰性，满足于表层知识。再加上企业多数认为员工素质就是技术素质，实际上的安全意识、遵章守纪的安全素养同样十分重要。所以变电人员工作中存在的问题，潜在地影响着实际安全生产工作。

4.2 变电站设备问题

随着科技的发展及自动化程度的提高，作为输变电的重要枢纽，变电站正朝着无人值守的方向发展。我们通过对现有变电站充放电设备的调查，现有16座变电站充放电机使用多年，一般没有主动更换先进充电机的情况，除设备损坏不能使用的情况下会更新设备。因此，充电设备的优劣也严重地制约着对蓄电池合理而有效地充电，也是影响蓄电池寿命的重要原因。

4.3 技术水平问题

国家电力直流系统检修规范2005年制定，2006年开始实施。在此之前，由于标准不明确，不统一，各供电公司的蓄电池组的维护工作开展极不均衡。电池方面也存在着测试困难，不能补充电解液，对浮充、使用环境要求较高等不足之处。且电池应用初期，生产厂家夸大其免维护性，运行单位对该种电池也缺乏认识，客观导致了不少蓄电池组的维护跟不上，运行环境恶劣。

综合其以上全部分析调查，我们可以统计出制约蓄电池维护水平的4个方面要因，其次是影响这4个方面要因的主要原因和次要原因（如表3）。

分析表3我们得出四个要因中，人员问题、环境问题和方法问题都可以通过后期培训得到改善和优化，只有设备问题是一个重中之重的问题。怎样改善蓄电池的老化，怎样延长蓄电池的使用寿命，怎样人为预测到蓄电池的故障等问题就是我们需要研究的方向。

5 我35KV某变电站蓄电池问题调查统计

影响阀控式铅酸蓄电池使用寿命的因素

5.1 环境温度影响

对照生产厂家提供的温度/寿命特性表，蓄电池的容量是随着温度的变化而变化的，蓄电池运行环境温度为25℃，升高10℃使用寿命将减少一半。例如：对5年期寿命的电池，当环境温度为35℃时，实际寿命只有2.5年，假如再升高10℃达到45℃时，其寿命只有约1.25年了。调查我变电站的设备运行环境，安装阈控蓄电池的配电室，为防小动物进室，门窗都比较封闭，变电站使用年数也长，室内温度比实际要求温度还要升高，对蓄电池的运行极为不利。

5.2 过度充电的影响

变电站因为没有专业的维护措施与知识，大部分蓄电池都有长期的过度充电，蓄电池因为长期的过度充电，正极因析氧反应，水被消耗，H+增加导致正极附近酸度增加，板栅变薄腐蚀加速，使容量降低；同时水损耗加剧，蓄电池有干涸的危险，造成寿命减短。

5.3 过度放电的影响

因为没有先进的蓄电池控制仪器，在现实供电情况下交流电源停电后，蓄电池长时间需负载供电。蓄电池经常过度放电到其电压过低甚至为零，这样给电池的负极造成“硫酸盐化”，长期的这种情况造成电池的充、放电性能越来越差。

5.4 长期浮充电的影响

目前，蓄电池大多数都处于长期的浮充电状态下，只充电，不放电，这种工作状态极不公道。蓄电池在长期浮充电状态下，只充不放电，会造成极板钝化，使蓄电池内阻增大，容量大幅下降，从而降低其使用寿命。我们多数某变电站一直处于正常的供电之中，蓄电池就没有工作的机会，就有可能长时间浮充而损坏。所以，要定时进行人为的强制放电工作，这样不但可以活化电池，还可以检验直流系统是否处于正常状态，并可以使操纵职员熟悉直流供电系统的使用。

6 主要原因分析

设备原因是我们主要研究的对象，针对设备问题，在无法实现更换更先进水平设备条件下，我们只有实现对蓄电池的维护来有效降低故障率，同时我们制定出具体维护的办法和实施方法。

6.1 具体实施及办法

6.1.1 针对变电站蓄电池设定查抄项目

6.1.2 检测蓄电池端电压

6.1.3 毗连处有无松动

6.1.4 极柱、清静阀周围是否有渗酸与酸雾逸出

6.1.5 蓄电池壳体有无渗漏和变形

6.2 若有以下情况之一应举行充电

6.2.1 浮充电压低于21.8V

6.2.2 放出10%以上额定容量

6.2.3 弃捐不用时间高出三个月

6.2.4 全浮充运行达三个月

6.3 运行中的维护措施

6.3.1 定期测量检查蓄电池浮充状态是否正常，浮充电压环境温度

6.3.2 浮充时单体蓄电池端电压的最大差值应不大于50mV

6.3.3 蓄电池端子应用螺栓、螺母毗连，蓄电池间的毗连电压降△U<8mV

6.3.4 蓄电池组中各单体蓄电池间的开路电压最高与最低差值不大于20mV

6.3.5 正确设置电源装置的充电参数，自动均衡充电周期设置为3个月

6.3.6 定期核对性放电试验：全充全放使活性物质得到恢复

6.3.7 每次放电完后，应实时充电10h以上，不要使蓄电池组被过电流或过电压充电

6.3.8 对充电设备及温度等环境因素人为加以控制

6.3.9 不使用纹波较大的充电机，且应有温度补偿功能

7 预期达到的效果

通过以上方法及措施的实施，我们通过一段时间的统计，变电站直流系统故障大幅降低，蓄电池的合格率从原来的95%上升至99%，统计一年内此35KV变电站没有发生一起因直流系统故障而引发的供电事故。我们制定的目标实现。

事实上，直流系统的题目在很大程度上是电池的题目，只要正确使用电池，并经常对电池进行维护，就能使其保持良好的状态，也就解决了直流系统的关键题目，就能保证直流系统随时处于正常工作状态，也就可以使设备在安全的环境中工作。

以上就我公司广泛使用的直流系统的配置、监测及蓄电池维护等方面的实际体会做了简单的阐述。直流系统在产业企业控制系统中的作用举足轻重，是实现自动化控制的基石，因此，采取积极有效措施，持续改善及进步直流系统的稳定性，公道配置直流系统，将是一个值得研讨的课题。

8 结束语

通过对我公司某变电站故障原因的分析研究，证实蓄电池故障是有规律可循的，并通过一些切实有效的管理手段和维护方法，可以大大提供蓄电池运行维护水平和大幅降低蓄电池运行故障。

【参考文献】

[1]潘文章.铅酸密封蓄电池早期失效原因分析与改善方法探讨[J].

[2]赵利明.魏鹏飞.VRLA电池失效后的容量恢复[J].蓄电池，2004（1）：28-30.

[3]吴贤章，胡信国.循环用阀控电池失效模式的研究[J].蓄电池，2003（10）：299-301.

[4]王秀菊，李莉.电力电源中蓄电池失效模式及在线监测[J].电源技术，2004（14）：790-793.

[5]黄镇泽，陈红雨，等.阀控式密封铅酸蓄电池的失效与维护[J].电源世界，2004（12）：46-49.

[责任编辑：汤静]