关于变电站蓄电池组运维及更换周期的探讨

◎彭秀梅

一、变电站直流系统蓄电池组概述

变电站直流系统工作期间，为了保证系统电量充足，需要准备蓄电池组（属于直流电源）作为后备电源来应用，从而保证变电站供电工作可以正常有序地开展，促使电压可以长时间处于稳定的状态下，提升供电工作的安全性与可靠性；当前蓄电池组作为重要的电源设备，多应用于变电站直流系统中，有着非常理想的应用效果。分析蓄电池组在变电站直流系统中的具体应用情况，可知应用价值高，但是存在的应用问题需要引起相关技术人员的重视，以便找出问题发生原因，从而制定有效的处理措施进行问题处理，问题为：变电站直流系统蓄电池组运行过程中，经过长时间的使用及运维不利因素的影响，使得蓄电池组非常容易出现劣化、漏液、性能下降、使用寿命下降等问题，所以需要技术人员可以根据直流系统蓄电池组的应用特点，找出有效的运维方法，来对蓄电池组出现的应用问题进行有效地预防与解决，确保蓄电池组在后续的变电站直流系统应用中有着较长的使用寿命及使用有效性。

二、蓄电池组充放电

1.电池的充电。

电池充电可分为浮充电、均衡充电、过充电等。

（1）浮充电：浮充电是指在规定电压状态下，为使蓄电池保持一定容量，补偿其自放电损失而进行的小电流长期充电方式。

（2）均衡充电：指蓄电池在长期浮充电状态下，其内部电子活性物质发生化学变化，引起蓄电池容量不足或不均，为保证电池可靠工作而采取的，一种补充活化充电方式。

（3）过充电：用正常充电方法充电至充满容量后，减小电流后仍延续的充电。

（4）补充充电：电池容量亏损后进行的充电。电池在以下情况下应进行补充充电。

①贮存时间超过三个月的电池，为补充其静置时自放电损耗造成的容量损失，需按电池制造厂规定进行定期补充充电；

②运行中的电池组，在事故供电后需及时补充充电；当发现长期浮充运行的电池容量亏损时，应进行补充充电。

2.电池的放电。

（1）自放电：蓄电池充满电后，在放置过程中，由于电池内部自发化学反应而引起的电能损失，叫蓄电池的自放电。

电池的放电可分为正常放电，事故放电二种。正常放电是用C10/10A电流放电，放电时间≥10小时，每只电池≥1.75×6V（10.05V）。事故放电是用2C10/10A电流放电一小时，在负载电流未停的情况下，电池组平均电压应≥1.75×6V（10.05VxN）。

（2）核对性放电：正常运行的蓄电池组，为了检验其实际容量，将蓄电池组脱离运行，以规定的放电电流进行恒流放电，只要其中两个单体蓄电池放到了规定的终止电压，应停止放电。蓄电池的实际容量按以下公式计算：

C10——10h率额定容量，（A·h）

I10——10h率放电电流，数值为C10／10（A）

t——放电时间，h。

3.使用寿命。

蓄电池在保持输出一定容量的情况下，所能进行的充放电循环次数。

（1）电池使用寿命分为：循环使用寿命和浮充使用寿命，无论哪个先到达即为电池寿命寿命终结。

（2）当电池剩余容量只剩标称容量的80%，即表示电池寿命已到。

三、变电站直流系统蓄电池组运维方法分析

1.镉镍蓄电池组。

镉镍蓄电池组的运维策略，可知包括：工作人员需要对镉镍蓄电池组的分类、工作及充放电方式等内容进行了解和准确把握，然后可以在管理蓄电池组的运行情况时，从各个细节处作以有效地运行管理。如果在管理期间出现有电池液面高度不达标（过低）的情况时，要求工作人员对液面高度作以调整，可以准备一些纯净蒸馏水，置于电池液面中，以此确保电池液面高度能够达到预定的刻度标准，不会出现电池液面低情况下的电池组运行效果差的问题，并且需要工作人员对于蓄电池组的使用时间进行准确记录，如果电池组使用时间较长，需要每间隔三年的时间，来对电解液进行更换处理；若工作人员发现电池组存在电池容量下降问题，则需要采取电解液与电池更换方式来处理，以此确保经过系统维护的镉镍蓄电池组有着较好的应用效果，如果电池还具备修复的价值，要求工作人员可以先对旧有电池进行正常充电，时间约为5h，而后进行充电电流的减少与充电处理，然后可断电一段时间并作以放电处理后，便可以确保旧有电池的容量下降较多，电池经过维护之后能够继续工作，电池容量可以尽快恢复至既定的标准。

如果在管理期间出现有电池液面高度不达标（过低）的情况时，要求工作人员对液面高度作以调整，可以准备一些纯净蒸馏水，置于电池液面中，以此确保电池液面高度能够达到预定的刻度标准，不会出现电池液面低情况下的电池组运行效果差的问题，并且需要工作人员对于蓄电池组的使用时间进行准确记录，如果电池组使用时间较长，需要每间隔三年的时间，来对电解液进行更换处理；若工作人员发现电池组存在电池容量下降问题，则需要采取电解液与电池更换方式来处理，以此确保经过系统维护的镉镍蓄电池组有着较好的应用效果，如果电池还具备修复的价值，要求工作人员可以先对旧有电池进行正常充电，时间约为5h，而后进行充电电流的减少与充电处理，然后可断电一段时间并作以放电处理后，便可以确保旧有电池的容量下降较多，电池经过维护之后能够继续工作，电池容量可以尽快恢复至既定的标准。

2.阀控密封铅酸蓄电池组。

首先，在日常运行管理方面，在该环节要求工作人员可以根据变电站直流系统工作时使用的电池组具体情况，明确进行阀控密封铅酸蓄电池组运行管理的具体内容，主要涉及蓄电池组端电压、电池外观受腐蚀情况、环境温度、电池渗液、电池组内阻、电池连接螺丝松动与否情况、蓄电池柜卫生等情况的管理，工作人员每天均要就以上内容，对阀控蓄电池组作以严格且系统的检查，并将检查结果与处理方法全部记录于蓄电池组运维管理记录表中，方便工作人员在之后进行蓄电池组运维时能够结合以往的电池组问题处理实际情况，进行相关问题的妥善处理。

其次，在维护管理方面，开展阀控密封铅酸蓄电池组的维护工作时，则需要工作人员结合此类蓄电池组以往应用期间多会出现问题的区域，进行隐患问题的再次检查，其中，极柱与安全阀的酸雾问题、蓄电池阀控壳体工作异常问题为重点检查内容，如果有问题则需要工作人员第一时间进行问题解决与故障排除处理，其中针对酸雾大量溢出问题，要求工作人员可以先对出现酸雾侵蚀的极柱、安全阀等部位进行清洁，待不存在腐蚀物后，可以使用凡士林进行涂抹处理，以此有效防止酸雾对于阀控密封铅酸蓄电池组的相关部件所致的不良影响发生；针对蓄电池阀控壳体问题，需要工作人员对于蓄电池组应用期间的充电电压、温度等情况进行检查，如果电压处理2.4V×N以上，蓄电池温度偏高及存在异常放电等情况时，则可以对蓄电池组的充电电流进行合理控制，待充电电压有着明显的下降表现后，再对安全阀的工作情况进行检测，要求安全阀在使用时不可出现内部的堵塞情况，如果待电压调节后蓄电池组阀控壳体仍然出现运行异常，则可以采用更换蓄电池的方式进行问题的有效解决。

四、阀控密封铅酸蓄电池故障

1.整组蓄电池容量不足。

（1）浮充电压长期低于说明书要求的范围，电池长年亏电，

（2）循环使用的电池每次补充电不足，

（3）按一定的电流放电，放到终止电压后仍继续放电，放电后又不及时充电或充电不足。

2.单体蓄电池落后。

（1）电池连接松动，

（2）电池性能不一致。

3.电池过充电。

（1）浮充电压超过说明书规定值，

（2）环境温度高于25℃，但浮充电压未按要求进行缩减（以25℃为标准，环境温度每升1℃，电压降低3mV），

（3）充电机失控或误调充电机，造成充电电流超过规定值，且时间较长。

4.电池渗漏电液。

（1）运输或搬运，安装或其它意外造成的撞击，

（2）大电流长期充电造成外壳变形，渗漏，

（3）热封或粘合壳盖不牢固，塑口质量不好。

故障实例：

北京地铁土桥车辆段站交流电源、电池投切开关跳闸故障现象：交流电源、电池投切开关跳闸。

原因分析：将K2继电器更换后，经切换双路交流，瞬间电压下降0.2-0.3V，无异常（此时负荷电流为2.8A），后将直流输出开关断开，用蓄电池带负荷，仅三十秒钟，电池电压从238V直线下降至200V以下，电池投切开关跳闸，第16节电池电压下降至10V以下，达到0.7V左右，开关跳闸后又迅速回到14V以上；分析判断为第16节电池内部短路，造成整组电池无带载能力，其它电池也无法判断，需用电池内阻仪测试和核对性充放电检测。

处理过程及结果：更换第16节电池后，处理完毕，设备投入，运行正常。

五、解决对策

1.从管理层面加强变电站蓄电池组运维的管控。

（1）加强直流检修维护专业人员与运维部相关人员的合作，协同将各变电站蓄电池组每年的核对性充放电情况进行汇总和分析，对使用年限达6年以上或已经出现个别故障蓄电池的蓄电池组进行重点监测，对可能接近寿命周期的蓄电池组提前做出预案。

（2）直流检修维护专业人员建立蓄电池组寿命周期变化趋势的数据库，绘制不同厂家、不同型号、不同容量、不同标称电压等级蓄电池的寿命变化曲线，研究不同蓄电池寿命周期的经验值。这项工作虽然有一定的滞后性，但收集的数据能为日后的检修维护工作提供参考。

（3）加强与公司技术部门分管专责的联系，及时反馈直流系统蓄电池运行中发现问题，且应建立一个由公司技术部门分管专责、一线直流检修专业人员和检修、运维部门技术专责参与的，旨在总结当年各站蓄电池组的运行情况及发现问题的讨论分析会，为公司直流系统蓄电池组下一年度更换计划提供正确合理的依据。同时，确保需要更换的蓄电池组能及时更换。

2.从现场层面加强变电站蓄电池组运维管控。

（1）变电运维值班人员应加强对各站蓄电池组的运行监测，根据运规要求定期对直流系统充电装置运行情况、输出电压、蓄电池组总电压、单只蓄电池端电压等进行巡查和记录。记录的数据必须真实可靠，如果不能巡查到位，提供的虚假数据将对今后蓄电池组的运行分析数据库产生不良影响。

（2）一线运维人员必须熟悉直流系统各设备的相关知识，对直流充电装置、蓄电池组运行中出现的各种现象以及关键运行数据能及时作出正确分析判断，避免误判造成直流系统蓄电池组长期不正常运行，影响蓄电池组的正常寿命。

（3）持续提高直流设备检修人员的技术水平，坚持变电站直流设备缺陷处理的及时性，保证蓄电池组处于良好的运行状态，避免设备因素或检修质量原因造成蓄电池组寿命的缩短。

3.从技术层面对变电站蓄电池组的实际寿命进行综合预测。

阀控式铅酸蓄电池的故障，多是因蓄电池维护不当造成的。通常所说的“免维护”即在规定条件下使用期内不需维护的一种蓄电池，所谓蓄电池的免维护是相对传统铅酸蓄电池维护而言，仅指使用期间无需加水，但在实际工作中，仍需履行维护手续。因此我们要重视阀控式铅酸蓄电池的运行与维护。

（1）经常检查的项目。

①检测蓄电池端电压。

②连接处有无松动。

③极柱、安全阀周围是否有渗酸与酸雾逸出。

④蓄电池壳体有无渗漏和变形。

⑤蓄电池温度是否过高。

⑥如有以下情况之一应进行充电：

a.浮充电压低于2.18V。

b.放出10%以上的额定容量。

c.搁置不用时间超过三个月。

d.全浮充运行达三个月。

（2）运行中的维护。

①应经常检查蓄电池浮充状态是否正常，蓄电池的浮充电压（25℃时）应按说明书规定值进行。

②蓄电池端子应用螺栓、螺母连接，且连接紧固。

③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，浮充时单体蓄电池端电压的最大差值应不大于50mV。

（3）阀控式铅酸蓄电池的电压偏差值及终止电压值：

标称电压/V：2、6、12。

阀控式铅酸蓄电池运行中的电压偏差值/V：±0.05、±0.15、±0.3。

放电终止电压/V：1.80、5.25（1.75×3）、10.5（1.75×6）。

（4）阀控式铅酸蓄电池使用中应注意事项。

①铅酸蓄电池在每次放电完后，应及时充电，需充电的时间在10h以上。

②不应使蓄电池过电流或过电压充电。

③尽量避免使蓄电池长期搁置不用。

④不要使蓄电池长期处于浮充状态而不放电。

⑤不要使蓄电池过放电。

（5）核对性充、放电周期

①新安装或大修后的阀控密封铅酸蓄电池组，应进行全核对性放电试验，以后每隔两年进行一次核对性试验，运行了五年以后的阀控蓄电池，应每年作一次核对性放电试验。

②新阀控蓄电池组未投入运行前应做容量试验。

（6）核对性充、放电标准。

①阀控蓄电池组的恒流限压充电电流和恒流放电电流均为0.1C10，额定电压为2V的蓄电池，放电终止电压为1.8V。

②额定电压为6V的蓄电池，放电终止电压为5.25V。

③额定电压为12V的蓄电池，放电终止电压为10.5V。

④只要其中任两只蓄电池达到了终止电压，应停止放电。

⑤在三次充放电循环之内，仍达不到额定容量的80%以上的，此组蓄电池为不合格。应部分或全部更换，但应避免新旧蓄电池混用。

（7）核对性充、放电方法。

①一组阀控蓄电池组的核对性放电。

当变电所中只有一组蓄电池时，蓄电池不能退出运行、也不能作全核对性放电、只能用0.1C10电流恒流放出额定容量的50%，在放电过程中，蓄电池组端电压不得低于2V×电池只数。放电后应立即用0.1C10电流进行恒流限压充电—恒压充电—浮充电，反复放充（2～3）次，蓄电池组容量可得到恢复，蓄电池存在的缺陷也能找出和处理。

②两组阀控蓄电池组的核对性放电。

变电所中若具有两组阀控蓄电池，可先对其中一组阀控蓄电池组进行全核对性放电，用0.1C10电流恒流放电，当蓄电池组中有两只蓄电池端电压下降到10.8V时，停止放电，隔（1～2）h后，再用0.1C10电流进行恒流限压充电—恒压充电—浮充电。若经过三次全核对性放充电，蓄电池组容量还达不到额定容量的80%以上，可认为此组阀控蓄电池使用年限已到，应部分或全部报废并更换，但应避免新旧蓄电池混用。

六、结语

蓄电池在电路系统中充当电源，是一切无源电路器件工作的源动力。随着电力行业的发展，蓄电池的品种和数量越来越多，其运行中出现的故障也越来越多。以变电站直流电源系统的蓄电池组重要性、配置及运行现状为背景，针对北京地铁直流电源系统蓄电池组管理中面临的新局面，分析了各方面因素，并从运维管理、现场、技术等层面提出了对策，为解决变电站直流电源系统蓄电池组运行的现存问题和直流系统运维管控模式的发展趋势提供了新思路。