换流站低压直流系统蓄电池组运行维护策略研究

换流站低压直流系统蓄电池组运行维护策略研究

王春阳 张东欣

国网安徽省电力有限公司检修分公司 安徽 合肥 230061

摘要：近年来，我国的电力行业建设的发展迅速，低压直流系统是换流站重要的组成部分，担负着为站内二次设备提供工作电源的重要任务。在国内电网系统发生过多起站用直流电源故障导致的事故，因此保障站用直流电源系统的稳定运行非常重要。相较于常规的变电站，直流输电工程的换流站所需场地大、设备多。作为低压直流系统重要组成部分的蓄电池组，由于数量大、运行环境要求高、厂家众多，且生产组装工艺参差不齐，一旦频繁故障就将严重影响低压直流系统的可靠性和稳定性，进一步影响二次控制保护设备的安全稳定运行。针对以上情况，有必要通过对换流站的蓄电池组相关缺陷进行梳理分析，探讨并总结出有针对性的高压直流输电工程低压直流系统蓄电池组运行维护策略，使得现场运维单位可从蓄电池组招标、验收、投运、日常维护各方面进行改善，进而提升低压直流系统和高压直流输电系统的设备稳定性。

关键词：换流站低压直流系统；蓄电池组；运行维护；策略研究

引言

在石化行业中炼油、输油、发油等关键环节的控制设备、通信设备、消防设备会因失电导致重大安全事故，为提高安全性，关键设备供电必须增加蓄电池组作为后备电源，后备蓄电池组的日常维护及正常运营效果直接关系到电源系统应对突发事件的能力。因直流系统后备蓄电池组有数量多、所在站场分散的特点，导致其维护工作劳动强度高、成本高、风险大，使大部分的电池容量放电测试维护工作未能落实到位。工作人员对后备蓄电池组的实际容量不了解，应急保障供电时长不清楚，因市电中断蓄电池不能有效地进行供电，往往导致站场通信中断事故的发生，蓄电池被提前报废。目前国内外现有的蓄电池监测技术，仅监控蓄电池的浮充电压、内阻、温度，通过内阻值可模糊判断出电池的容量不足，但是无法准确地测试出电池的容量，仍然需要人工使用仪器仪表测试电池组容量。

1背景介绍

蓄电池组是发电站、变电站直流系统的后备电源，其可靠性极其重要。当充电机出现交流失电或者故障等情况停止工作，蓄电池将成为直流系统唯一电源供给。此时蓄电池组出现问题，将导致直流系统失电，供电系统面临瘫痪，引发重大运行事故。经研究，当前判断蓄电池性能最准确、最权威的方法就是对蓄电池进行核对性放电试验。目前主流的核容放电仪器大多使用PTC等电阻材料作为负载，通过电阻发热将电能转化成内能的的方式进行放电。电阻性放电仪放电特性良好，但也存在以下几个缺点：1.1安全性低，需要风机强制散热，需要人工值守。放电试验是大电流设备运行，放电负载电阻的表面积可达200~300摄氏度，高温始终是一个安全隐患，可能损坏设备，伤害作业人员甚至引发火在等。1.2放电时间较长，人工参与度高、效率低。如蓄电池以0.1C核容放电，就需要10小时。1.3能源浪费。如220V/300AH的蓄电池组采取0.1C热放电法放电，电能将以6600W的放电功耗全部散发到空气中。21实际提倡节能环保的生产方式，在保证安全、稳定的情况下应尽量解决能源浪费问题。

2优化措施分析

2.1换流站蓄电池本体类缺陷分析

根据蓄电池的结构原理可知，铅酸蓄电池充电后的正极板活性物质是深褐色的二氧化铅ＰｂＯ２，负极板活性物质是海绵状灰色纯铅Ｐｂ，正负极板之间是主要成分为玻璃纤维的隔板，用于吸附参与化学反应的稀硫酸。而蓄电池的本体故障根本原因就在内部的化学物质变质。从运行经验来看，影响蓄电池运行的因素有以下几个方面。（１）蓄电池负极活性物质的硫化失效，正极板硫酸铅不易还原，内阻增大，容量衰减。（２）蓄电池长期过充电，使蓄电池内部产生大量气泡，造成极板上活性物质脱落，严重时安全阀排气不及时，导致蓄电池臌胀甚至开裂。（３）蓄电池制造时安装工艺控制不良，长期运行后导致内部极板短路，引起容量不足。（４）蓄电池室空调或其他控温设备异常导致蓄电池组温度过高，浮充电压不满足要求，会使蓄电池本身容量变化。温度越高（不超过３５℃），稀硫酸的粘度越低，活动力越强，内阻越小，使蓄电池有效电压升高，增加输出容量增加，但当温度超过４０℃时，容量反而减少。同时，阀控蓄电池温度补偿系数受环境温度影响，基准温度为２５℃，每下降１℃，单体２Ｖ阀控蓄电池浮充电压值应提高３～５ｍＶ。由此可知，环境温度对蓄电池的影响很大，若充电机未能及时作出相应调整，则使蓄电池寿命缩短。（５）蓄电池外壳破裂，导致参与化学反应的稀硫酸挥发，内阻增大，蓄电池电压下降快，容量减少。（６）蓄电池巡检仪电源采自蓄电池组出口处，装置本身存在视在阻抗，可视为一负荷，长期让蓄电池组放电，导致蓄电池组长期欠充，引起极板硫化，容量减少。

2.2蓄电池核容测试

参照现行电力规程要求新安装或大修后的阀控蓄电池组，应进行全核对性放电试验，以后每隔２～３ａ进行一次核对性试验，运行了４ａ以后的阀控蓄电池，应每年作一次核对性放电试验。蓄电池组进行核对性放电后应及时充电。备用搁置的阀控蓄电池组，每３个月应进行一次补充充电。常见的核容测试方法有：１）主动测试。利用平台管理控制现场自动核容装置，实现实际负载使用蓄电池的电量。根据设定的核容参数进行工作，从而达到主动核容的目的。２）被动测试。通常一些变电站会发生停电，停电过程中蓄电池会对实际负载供电，该过程自动核容装置会被动进行电压、电流、蓄电池各单体状态记录，实现被动核容测试。

2.3系统安全及可靠性

系统安全及可靠性情况如下：１）可靠的测试原理。采用蓄电池的低压直流通过设备变成高压直流的升压核容测试模式，设备本身不消耗核容电流，被核容电池组升压后接替通信电源给实际负载供电，不会浪费电池的电量，现场不产生热量，是全程在线安全节能的核容方案。２）控制状态唯一性原则。用硬件译码方式保证同一时间只进行一种操作，与软件控制完全无关。系统采用独特的硬件译码技术，保证即使在程序出错的情况下，该系统也只能产生一种操作，而不会出现多种操作同时发生的混乱现象。３）电路可靠性。设备内置从电池组到母线的大功率、大电流在线续流二极管，任何时候都能保障蓄电池组对实际负载的供电。只要电池有电，实际负载就不会出现断电的情况。４）工艺可靠性。内置在线大功率常闭直流接触器，设备处于在线浮充的时候，该直流接触器和上述大功率二极管一起确保电池组与电源母线处于等电位精密连接状态。５）设备故障自检功能。设备具备在线续流二极管和在线常闭直流接触器的在线诊断功能，可远程或本地定期测试该二极管和接触器是否处于正常工作状态，并自动上报后台网管中心，最大程度确保电源系统的安全。

结语

本文对换流站蓄电池组从原理结构到配置情况，以及运行现状、故障类型原因等进行分析，总结出了换流站蓄电池组的运行维护策略，通过在交接试验、日常特巡、工艺改进、备品储备、运行环境等方面提高蓄电池组的运维水平，进而提高低压直流系统设备的运行可靠性和稳定性，确保换流站二次设备运行更加安全可靠。

参考文献

［１］王卓．阀控蓄电池的运行与维护［Ｊ］．西北电力技术，２００５（６）：５４－５６．

［２］姚侠．阀控蓄电池的常见故障和对策［Ｊ］．科技资讯，２００５（２４）：４５－４６．