直流系统蓄电池组安全运行

直流系统蓄电池组安全运行

赵新荣

西部机场集团宁夏机场有限公司 宁夏灵武市 天750200

摘要：储能安全是国家能源安全的重要方面，是国民经济发展的重要支撑，对国家安全、可持续发展以及社会稳定具有重要的影响。但在近年来中心变直流电的问题频繁出现，这是因为中心变直流屏电池组在使用5年后，因多次发生电池故障而进行整体更换，蓄电池作为直流电源的重要设备，更换电池组不仅费用较高其稳定可靠性、安全性直接影响到电力系统供电的可靠性和安全性，尤其对于机场供电保障来说起着至关重要的作用。本文针对直流系统蓄电池组安全运行课题研究计划进行探究。

关键词：直流电；蓄电池组；安全运行

直流系统蓄电池组安全运行课题研究主要是通过掌握中心变蓄电池组的运行情况，及时发现异常并进行处理，从而提高蓄电池组的使用寿命和保障效率。

目前，变电站几乎都使用阀控式蓄电池，大多是2V的蓄电池组，容量较小，一般在 100～500Ah，2V电池设计寿命在10年左右，这设计值是要求在严格的运行环境下的理论值，实际的寿命与电池的环境温度、直流屏的参数、日常维护及电池的运行善有密切的关系。

一、影响蓄电池安全运行主要因素分析

1. 
   

2. 环境温度的影响

随着温度升高，蓄电池的放电能力有所提高，在 15℃～25℃左右的环境下，可获得较长的寿命。但温度超过25℃越高时温度升高，影响越大。这是因为蓄电池的极板腐蚀将加剧，同时将消耗更多的水，从页电池寿命缩短。

（二）热失控

电池初期限高电源充电不会造成热失控问题，这是因为充电初期限全部或大部分电量用于活性物质转化，电流几乎全部转化用来参加氧复合反应，反应会产生大量的热。在恒压充电的情况下，所生成的热量会导致蓄电池充入更大的电流，就会产生更多的热量，这个循环持续进行，假如电池通风不好，电流不加限制，最终将空难性的热失控事故，这对电池来说就是毁灭性的破坏^[1] 。

（三）过充电

根据目前对部分坏的电池解剖情况分析，导致电池寿命终止的一个主要原因在于电池负极的不可逆硫酸盐化。这是蓄电池容量早衰的典型表现。在正常条件下，电池在放电时形成结晶硫酸铅，在充电时能较容易地发生氧气化还原反应正极转变为二氧化铅，负极还原为铅。如果运行维护有问题，如浮充电压太低或常处于欠充电状态，会造成浮充电流减小，相对充电时间延长。如果充电时间不足，电池就会片于欠充电状态，电池的放电容量会越来越小。浮充电压太低，电池极板内部的硫酸铅不能充分化合成氧气化铅和铅。长期如此，活性物质最后无法转化氧气化铅和铅，使电池放不出电。另外电池中个别单体电池，一旦发生不可逆硫酸盐化，电池内解液浓度改变会使内阻增加，电池内部产生的大量热能，使硫酸盐化程度继续加剧，最终引起硫酸铅枝晶短路，单体电池极板因短路电流发热和扭曲或膨胀，通常就是“鼓肚子”现象，甚至引起电池外壳爆裂，单体电池产生早期失效，直接导致整组电池失效。电池失效可由不同原因引起。通常情况浮充电压过高会引起热失控而受到维护人员的重视^[2] 。

（四）欠充电

根据对电池局部的分析我们可以发现，导致电池寿命终止的一个主要原因在于电池负极的不可逆硫酸盐化。电池中个别单体电池，一旦发生不可逆硫酸盐化，电池内解液浓度改变会使内阻增加，电池内部产生的大量热能，使硫酸盐化程度继续加剧，最终引起硫酸铅枝晶短路，单体电池极板因短路电流发热和扭曲或膨胀，通常就是“鼓肚子”现象，甚至引起电池外壳爆裂，单体电池产生早期失效，直接导致整组电池失效。如果运行维护有问题，如浮充电压太低或常处于欠充电状态，会造成浮充电流减小，相对充电时间延长。如果充电时间不足，电池就会片于欠充电状态，电池的放电容量会越来越小。浮充电压太低，电池极板内部的硫酸铅不能充分化合成氧气化铅和铅。长期如此，活性物质最后无法转化氧气化铅和铅，使电池放不出电。

（五）充电装置的性能及参数设置影响

充电装置日前进行中的充电装置有些是相控充电装置，大部分是高频电源开关。但实际运行中直流充电装置稳流、稳压及恒流限压充电——恒压充电——浮充电状态或均充——浮充的状态自动转换等性能不合要求，充电装置内部浮充、均充电压等运行参数设置，也是影响直流系统安全运行的关键因素。

二、保持直流系统安全运行的维护措施

首先，对于新蓄电池组的投入及使用过程：一般情况下，新电池从出厂至安装再到投入运行会有一段时间，特别是基建安装调式期间，电池因长时间的自放电，电池容量会有不同程序的损失，且由于各电池自放电大小的差异，导致电池的电解液比重、电池端电压等的不均匀。因此，在电池投入运行前，须进行电池进行一次补充放电，否则，个别电池会进一步扩展为落后电池并导致整组蓄电池出问题。此外，在线运行的蓄电池组的均充电和浮充电电池投入使用后，正常运行，应按照生产厂商的充电要求进行蓄电池充电参数的设置。尤其是目前的直流开关电源充电设备，其智能化的方式和程序都不尽相同，开关电源设置参数不合理，直接引起电池欠充，过充或过放，从而导致电池寿命缩短。1）电力系统用电池一般在浮充电状态运行，而浮充电运行是蓄电池的最佳运行条件，此时电池一直处于满荷电状态，在此条件上运行，电池将达到最长的使用寿命，因此浮充电压的设置对电池寿 命至关重大。2）阀控式蓄电池的浮充电压值在 25℃时，为 2.25±0.02V/单体。建议最在取 2.25～2.26V/单体，即此中心值略高一点。这是因为蓄电池标准环境温度为 25℃，为保证蓄电池在长期浮充电条件下能充 足电，特别是老式相控开关电源，设备无自启动均充电功能时，适当提高浮充压值对运行是有利的。电池进行短时间放电后，即使对电池没有均充电补足电能，但由于平时浮充电取较高，一段时间浮充 电后，也能补足电能。3)电池在浮充电运行时，充电电压应随环境作适当调整，浮充电压数值可按温度补偿系统－3.5mV/度单体进行计算，即温度升高1℃，浮充电压下降 3.5mV，温充降低，浮充电压上升 3.5mV。

其次，我们把关注点转移到直流充电装置的交接验收上：交接验收时，要检验充电装置的稳压、稳流及限流特性良好。为保证蓄电池能够运行在最佳状态和应用两阶段恒定电流恒压的充电方法，浮充电的稳压特性十分重要，保证直流母线运行电压和防止落后电流的产生。充电时的稳流特性十分重要，在供电电压逐步上升时保持稳定电流，保证了电池的正常电化学反应，顺利进入恒压的均衡充电阶段，达到改善电池特性参数或解决个别落后容量恢复的问题。限流特性，主要是防止负荷剧增时，整流器产生“抢负荷”和起调现象，易跳闸。所以充电机的稳压、稳流及限流特性一般有要求，所以我应该做好蓄电组日常的运行维护管理、保持电池环境清洁，防止发生电池短路事故、定期进行核对性充放电容量试验、做好设备日常巡视检查等日常工作。

结束语

通过对直流系统蓄电池组安全运行课题研究，我们认为在直流电源日常管理维修中不能掉以轻心，这是因为直流电源是变电站安全运行的核心，失去了直流电源，继电保护自动装置和开关就失去了动力，整个变电站就要瘫痪。所以我们应该重视对直流系统管理是保证变电站安全运行的前提，特别是做好蓄电池的维护和管理。要正确理解阀控式蓄电池的特点，针对影响其使用的主要因素，不断提高维护水平，维护直流系统的稳定性，同时查找日常维护中的不足，提高变电所安全运行。

参考文献

[1] 韩明武. 一种电动汽车用蓄电池组充电用直流电流源:, CN207339679U[P]. 2018.

[2] 时盛志, 韩素贤. 关于变电所直流系统运行及其安全性的探讨[J]. 数字技术与应用, 2012(10):2.