目前變電站蓄電池浮充電運行的問題分析與研究

問題的提出：

目前我公司管轄變電站直流系統的蓄電池大多數都已經更新為閥控密封鉛酸蓄電池。影響閥控電池使用有兩個重要因素：溫度和浮充電壓，溫度和浮充電壓的變化會給闊控密封電池帶來嚴重危害，嚴重影響使用壽命和實時容量，目前我們的蓄電池運行環境溫度基本上都不到一個理想的恒定值，這對閥控鉛酸蓄電池的安全穩定運行很不利。

原因分析：

閥控式密封蓄電池的特點： 閥控式密封鉛酸蓄電池采用陰極吸收式的電化學原理和獨特結構設計的材料，保證電池內氧氣循環復合的建立，氧氣循環化學反應方程式：

O₂+4H⁺+4e^- 2H₂O―――總反應

(過程：①O₂+2Pb 2PbO

②PbO+H⁺+HSO4^-PbSO₄＋H2O

③PbSO₄＋H⁺+2ePb+HSO4^{- )}

與傳統的防酸隔爆式鉛蓄電池相比，它有以下幾個特點：
（1）密封設計，貧液狀態下工作，不需添加蒸餾水；

（2）免測電解液密度；
（3）能在任意方向放置；
（4）基本無有害氣體，對環境污染小；
（5）對環境溫度要求較高。

一．溫度的影響：

閥控式密封蓄電池浮充電流對溫度極為敏感，溫度每變化10℃，電流成倍變化，同一充電電流下，溫度升高，浮充電壓降低。因此如果不進行溫度補償可能使控制器過早關斷而電池實際未充滿，長期使電池形成記憶效應，容量下降；而過充電使蓄電池起了水的電解槽作用，產生過熱和失水，電解液損失，造成蓄電池失效。

閥控式蓄電池在環境溫度為25℃時的容量為100％；超過25℃時，將使電池水份散失，加大了電液濃度；其次，電池溫度高會加速合金腐蝕速度，長期處于這一環境中的電池板柵可因之而穿孔損壞，易使活性物質附著減弱而脫落。由此看出，環境溫度的升高，雖使容量暫時有所增加，但高溫使電池板柵腐蝕劇增，嚴重地阻礙著電極反應，降低了蓄電池整體容量。以下是深圳華達閥控蓄電池25℃以下溫度與容量的關系如表所示：

艾諾斯－華達電池的設計容量隨溫度的變化而變化，溫度下降對容量影響不小。

以下是山東華日SNS閥控密封蓄電池溫度與容量關系曲線(浮充電壓取25℃標準值恒定)：

從表不難看出，閥控式蓄電池的容量是隨著溫度的降低而下降的。具體可以用以下工式計算：

Ce—25℃基準容量 ； t—放電開始蓄電池溫度；

Ct—實測容量 ; K—溫度系數，10小時率取K=0.006/℃

艾諾斯－華達GFM電池的設計壽命隨運行溫度變化而變化，溫度每升高10℃，浮充電壽命減半，下表顯示了電池的浮充壽命與溫度關系：

通過此表易知深圳華達閥控密封鉛酸蓄電池壽命受溫度和浮充電壓影響都較大。

以下是山東華日SNS閥控密封蓄電池溫度與壽命關系曲線(浮充電壓取25℃標準值恒定)：

此表是山東華日廠的合資企業日本公司在試驗室做得壽命和溫度關系圖，從中可以看出，在取標準溫度25℃浮充電壓值不變的情況下，溫度上升對蓄電池的影響：25℃時使用壽命為設計壽命，30℃時使用壽命為設計壽命的75％左右，而35度更是僅為設計壽命的55％左右。從以上圖線和表格可以看出，閥控密封鉛酸蓄電池運行溫度對壽命影響之大。

二．浮充電壓的影響 ：

浮充運行是蓄電池的最佳運行條件，運行時電池一直處于滿荷電狀態，理論上在此條件下運行蓄電池將達到最長的使用壽命。浮充電壓的設置對蓄電池的壽命具有相當重要的影響，浮充電壓產生的電流量應達到補償自放電及電池單體放電電量和維持氧循環的需要。不合理的浮充電壓主要在兩個方面影響電池，即正極板柵腐蝕速率和電池內氣體的排放。特別是當電池的浮充電壓超過一定值時，板柵腐蝕現象會進一步加劇，電池內的氧氣和氫氣產生較高氣壓，通過排氣閥排放，從而造成電池失水，正極腐蝕則意味著電池失水，進一步加劇電池劣化、壽命縮短。若將浮充電壓超過一定幅度，增大的浮充電流會產生更多的盈余氣體，這樣便使氧在負極復合受到阻力，從而削弱了氧的循環機能，嚴重降低壽命。以下是美國GNB閥控密封蓄電池的浮充電壓與壽命試驗結果（此型號電池25℃時標準浮充電壓2.27V）：

可以說不合適的浮充電壓值對閥控密封蓄電池的使用壽命影響是相對大的。

解決方案：

一． 對于蓄電池室具備供暖設施，溫度能夠維持在20℃～25℃之間溫度變化范圍不大影響不大，可以正常運行。

二． 對于蓄電池室沒有供暖設施，或者溫度達不到規程要求的（我處所維護變電站多數屬于此情況），采取溫度補償的辦法進行改變浮充電壓。一般的閥控密封鉛酸蓄電池的溫度補償系數為溫度每升高1度，相應的浮充電壓值應該下調3mV，下圖為深圳華達蓄電池浮充電壓隨溫度變化要求：

如果冬天的溫度達到0℃，按照這樣一個溫度補償應該提高浮充電壓大約8V，像深圳華達的閥控蓄電池要求每度補償5mV，這樣需要提高的浮充電壓更是達到13V之多。目前我們維護的變電站很多沒有進行溫度補償，主要原因有二：首先是有些變電站沒有溫度補償裝置，其次是即使是有溫度補償裝置的站，由于種種原因沒有運行。通過前面的分析可以看出危害不小。

解決的方案，一是向廠家提出更加穩定的溫度傳感器和相應的調壓控制；二是我們可以增加對閥控密封鉛酸蓄電池的維護工作，人為的更改浮充電壓值，可以按季節進行范圍內更改，使得浮充電壓偏離標準值較小，在很大程度上也可以有效地抑制浮充電壓偏離實時標準值造成的危害。

三．嚴格執行變電站直流巡檢制度，220kV變電站每年巡檢兩次以上，110kV變電站每年巡檢，確保蓄電池浮充電電壓的準確性。

以上是對目前變電站閥控密封鉛酸蓄電池浮充電運行存在問題的分析，希望能夠對變電站直流系統的安全穩定運行提供幫助。其中不當之處在所難免，請提出批評指正，不勝感激。

參考文獻：

1. 北京電力公司變電站直流系統管理制度

2. 北京電力公司變電站直流系統技術規定

3. 山東華日、曲阜圣陽、深圳華達閥控密封鉛酸蓄電池說明書；

4. 美國GNB閥控密封鉛酸蓄電池運行維護守則

5. 華北電網有限公司生產技術部直流系統文件匯編

6. 閥控鉛酸蓄電池實用技術問答 中國電力出版社

7. 閥控鉛酸蓄電池實用技術 中國電力出版社