变电站蓄电池室可燃气体探测器告警故障分析与处置

黄旭超

（国网福建省电力有限公司检修分公司，福建 福州 350000）

1 事件描述

事件1：2020 年5 月5 日00:50，接福建省电力公司监控通知，某变电站辅助综合监控系统报“蓄电池室-可燃气体探测器107”告警，发现现场可燃气体探测器闪烁报警，蓄电池处于均充模式。

事件2：2020 年10 月19 日13:50，此变电站再次报“蓄电池室-可燃气体探测器107”告警，有了上次的处理经验，运维人员前往蓄电池室检查后，发现现场可燃气体探测器闪烁报警，220 V Ⅱ组蓄电池外观正常，充电机此时并未处于均充模式。

2 蓄电池可燃气体产生的原理

在正常工作状态的蓄电池，其析气量是极少的，其内部化学反应方程如下：

Pb+PbO2+2H2SO4=2H2O2+2PbSO4

其中蓄电池放电时负极反应方程为

Pb+SO2-4-2e-=PbSO4

充电时的阳极反应为

PbSO4+2H2O2-2e-=PbO2+SO2-4+4H+

从以上化学方程中可见整个蓄电池充放电过程无气体产生，然而蓄电池内部还会由于正、负极在蓄电池开路及充放电过程中，其内部含碳物质被不完全氧化而产生一氧化碳[1]，结合蓄电池说明书中写明的：“当蓄电池单体两端充电电压超过2.35 V或环境温度高（高于45 ℃）时，都会导致电池内部在短时间内产生的大量气体来不及被负极吸收（复合），超压后安全阀会排气。”可见，在正常情况下蓄电池内部会产生部分一氧化碳，当外界环境变差（两端充电电压超过2.35 V 或环境温度高于45 ℃）时，其产生可燃气体的速度将超过负极的吸附能力，从而导致气体逸出。

变电站220 V 蓄电池如图1 所示，出厂日期为2019年，其额定浮充电压范围是2.23～2.27 V，额定均充电压范围是2.30～2.35 V。

图1 蓄电池额定均充、浮充电压范围

3 可燃气体探测器报警原因分析

运维人员为了排除可燃气体探测器故障而导致的误报，所以当11 月16 日，TA 变再次出现可燃气体报警时，运维人员使用BH-4型复合式多气体检测仪对Ⅱ号蓄电池组所在位置进行测量。

目前现场确实存在CO气体，其含量为20 μL/L。

3.1 事件1原因分析

运维人员5月5日检查后台发现：4日23:25，充电机自动切换到均充模式（根据定值单，充电机每90 天自动切换一次）。运维人员前往蓄电池室检查检查蓄电池组巡检仪电压，现场并使用万用表确认，有23个蓄电池电压超过蓄电池上标明的均充电压上限2.35 V。对蓄电池进行红外测温，未发现异常，测试蓄电池内阻，结果也在正常范围内，现场空调运行正常，室温26 ℃，观察室内情况，未发现异味、烟雾等异常，I、Ⅱ组蓄电池均未发现鼓胀、漏液、结晶等异常情况，空调正常运行，环境温湿度正常。开启220 V 蓄电池室内2 台轴流风机，约1 min后，报警信号消失。

根据以上现场现象判断，可以认为5月5日的可燃气体告警是因为#2 蓄电池组此时处于均充状态，其组内23个蓄电池端电压超过2.35 V，从而导致其内部大量CO 气体逸出，从而引发可燃气体探测器正确动作告警。

3.2 事件2原因分析

10 月19 日，告警时充电机并未处于均充模式，现场空调运行正常，室温26 ℃，同时根据目前TA变10 月与11 月的蓄电池端电压测试记录（如图2、3所示），220 V Ⅱ组蓄电池104个蓄电池单体端电压（浮充时）均在2.22～2.28 V之间，属于正常范围。

图2 10月220 V Ⅱ组蓄电池端电压

图3 11月220 V Ⅱ组蓄电池端电压

可见，蓄电池在浮充运行情况下，其释放出的可燃气体浓度，依然会达到能够触发报警器动作的浓度值，因此初步怀疑部分蓄电池单体负极吸附气体能力不足，同时，蓄电池室中220 V Ⅱ蓄电池所处位置较之I组更为密闭（如图4 所示），所以其蓄电池在正常工作过程中发出的气体很难扩散，因此会被可燃气体检测仪所探测，从而发出报警。

图4 变电站220 V蓄电池室布置图

4 可燃气体超标的危害

当可燃性气体（蒸气）或可燃性粉尘与空气混合并达到一定浓度时，遇到火源就会发生爆炸。这些可燃物质与空气所形成的爆炸混合物能够发生爆炸的浓度范围，叫做爆炸极限。通常用可燃物质在爆炸混合物中的体积百分比来表示，爆炸极限说明可燃气体（蒸气）或粉尘与空气的混合物并不是在任何比例下都有可能发生爆炸的，它有一个最低的爆炸浓度即爆炸下限，和一个最高的爆炸浓度即爆炸上限。只有在这两个浓度之间，才有爆炸的危险。如果可燃物质在混合物中的浓度低于爆炸下限，由于空气所占的比例很大，可燃物质浓度不够，因而遇到明火，既不会爆炸，也不会燃烧。如果可燃物质在混合物中的浓度高于爆炸上限，由于含有大量的可燃物质，空气不足，缺少助燃的氧气，遇到明火，虽然不会爆炸，但接触空气却能燃烧。表1 为常见的可燃气体的爆炸极限。

表1 是常见的可燃气体的爆炸极限

氢气的爆炸极限是4.0%～75.6%（体积浓度），一氧化碳的爆炸极限是12.5%～74.2%（体积浓度）。

本次测量的CO浓度为20 μL/L根据上式1进行换算其体积浓度为0.002%，小于爆炸下限。而目前国标中CO 的最低致死浓度为5000 μL/L（5 min），可见，目前蓄电池室中的CO 气体浓度也远小于致死浓度，对人体也不产生危害。

5 总结及提升措施

目前，该变电站220 V Ⅱ组蓄电池在浮充状态下依然会发出大量的CO 气体，结合厂家意见，初步判断该批次蓄电池存在部分单体负极吸附气体能力不足的情况，需要进行泄压阀更换，班组目前为了保证运行安全，要求运维人员每日开启蓄电池室风机通风5 min，保证空气流通，及时排出可燃气体。在2021 年中，厂家对蓄电池泄压阀进行更换后，故障消失，可见确实是由于泄压阀故障导致的可燃气体溢出问题。