電池的運(yùn)維及故障處理

   直流操作電源是變電站、發(fā)電廠的重要設(shè)備之一，而蓄電池是直流操作電源的核心部件。在變電站交流停電時，蓄電池組若不能可靠地供電，一旦發(fā)生事故，繼電保護(hù)、自動裝置及高壓斷路器就會因無直流操作電源而拒動，導(dǎo)致故障無法及時切除，甚至造成電網(wǎng)癱瘓等重大事故。
    隨著電力系統(tǒng)對安全運(yùn)行的要求越來越高和電力技術(shù)的不斷發(fā)展，智能一體化電源裝置在數(shù)字化變電站得到廣泛應(yīng)用。智能一體化電源裝置是將直流電源、電力用交流不間斷電源（UPS）和電力用逆變電源（INV）、通信用直流變換電源（DC/DC）等組合為一體，共享直流操作電源的蓄電池組，統(tǒng)一監(jiān)控并采用DL/T680（IEC61850）通信規(guī)約的成套設(shè)備。為保障變電站的安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，一體化電源對直流操作電源的蓄電池的安全運(yùn)行和維護(hù)提出更高的要求。
1電力系統(tǒng)常用蓄電池的種類
（1）鎘鎳電池；
（2）防酸隔爆鉛酸蓄電池；
（3）閥控式密封鉛酸蓄電池。
目前閥控式密封鉛酸蓄電池在電力系統(tǒng)中和通信行業(yè)中得到廣泛使用，其優(yōu)點(diǎn)如下：
①一般情況下，不需維護(hù)（無需補(bǔ)水、加酸）；
②自放電��；
 ③內(nèi)阻小、輸出功率高；
 ④具有自動開啟、關(guān)閉的安全閥（當(dāng)蓄電池嚴(yán)重過充,產(chǎn)生過量的氣體使蓄電池內(nèi)部壓力超過正常值時 ,氣體將通過自動開啟的安全閥排出,并在安全閥上裝有濾酸裝置,以防酸霧排出。當(dāng)壓力恢復(fù)到正常值后，安全閥自動關(guān)閉。
本文重點(diǎn)介紹閥控式密封鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理、運(yùn)行維護(hù)要求和故障處理方法。
2 閥控式密封鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)及原理
 （1）閥控式密封鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1閥控式密封鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)
（2）閥控式密封鉛酸蓄電池的分類
1）貧電液式纖維型閥控式密封蓄電池：這種蓄電池正、負(fù)極板間用超細(xì)玻璃纖維做隔板并吸附硫酸作電解液，由電解液少所以稱為貧液式纖維型；     
　 2）富電液式膠體型閥控式密封蓄電池，這種蓄電池將電解液調(diào)成膠狀，填充在正、負(fù)極板之間并充滿整個電池殼體，故稱膠體式，顯然，膠體電池成本較高，但使用壽命比貧液式纖維型長。
    由于貧液式纖維型閥控式密封鉛酸蓄電池的價格比膠體型閥控式密封蓄電池低，目前在變電站廣泛使用。本文重點(diǎn)介紹貧液式纖維型閥控式密封鉛酸蓄電池。
（3）閥控式密封鉛酸蓄電池的化學(xué)反應(yīng)式
           充電
PbO2 + 2H2SO4+ Pb      PbSO4 +2H2O +  PbSO4
            放電
 式中：
PbO2-(過氧化鉛）,陽極活性質(zhì)；
2H2SO4-（硫酸）, 電解液；
Pb -（海綿狀鉛），陰極活物質(zhì)；
PbSO4-（硫酸鉛），陽極活性質(zhì)；
2H2O -（水），電解液 ；
充電時變成硫酸鉛的陰陽兩極活物質(zhì)把固定在其中的硫酸成分釋放到電解液中，分別變成海綿狀鉛及過氧化鉛，電解液中的硫酸濃度不斷增大。
   反之，放電時陽極板中的過氧化鉛和陰極板上的海綿狀鉛與電解液中的硫酸發(fā)生反應(yīng)變成硫酸鉛，所以電解液中硫酸的濃度不斷降低。
（4）閥控式密封鉛酸蓄電池的工作原理
    閥控式鉛酸蓄電池能夠?qū)崿F(xiàn)電池的連續(xù)運(yùn)行無需補(bǔ)充電解液，主要是實(shí)現(xiàn)了以下幾個先進(jìn)的設(shè)計(jì)概念和制造工藝：采用高純電解鉛材料和無銻合金板柵，大幅度提高氫氣析出電位，使得在整個充電反應(yīng)過程中的氣體產(chǎn)生量減至最��；
在電池的正、負(fù)極板之間設(shè)計(jì)的氣體傳遞通道使得正極生成的氧氣可以很快擴(kuò)散至負(fù)極被重新再化合成水，進(jìn)一步避免了水分的損失。（閥控式鉛酸蓄電池的負(fù)極容量處于相對過剩狀態(tài)，以達(dá)到正極出現(xiàn)氧氣先于負(fù)極出現(xiàn)氫氣的目的）。
通過一個單向壓力氣閥對閥控式蓄電池進(jìn)行密封，使電池內(nèi)部保持一定正壓力，避免極板暴露在空氣中受到氧氣腐蝕，保證氣體復(fù)合反應(yīng)循環(huán)進(jìn)行，與此同時也抑制了電池內(nèi)水份的揮發(fā)性消耗；當(dāng)蓄電池嚴(yán)重過充,產(chǎn)生過量的氣體使蓄電池內(nèi)部壓力超過正常值時 ,氣體將通過自動開啟的排氣閥排出,并在排氣閥上裝有濾酸裝置,以防酸霧排出。當(dāng)壓力恢復(fù)到正常值后，排氣閥自動關(guān)閉。因此排氣閥也被稱為安全閥。
 3 蓄電池的容量
    是指電池儲存電量的數(shù)量，以符號C表示。常用的單位為安培小時，簡稱安時（Ah），如蓄電池容量為200 Ah，若以10小時率電流放電（電力系統(tǒng)采用的放電率），其容量表示為C10=200 Ah。
    電池的容量可以分為額定容量（標(biāo)稱容量）、實(shí)際容量。
（1）額定容量：
    是規(guī)定電池在在25℃環(huán)境溫度下，以10小時率電流放電（其放電電流用I10表示，顯然：C10=200 Ah的蓄電池的I10=20A），應(yīng)該放出最低限度的電量(Ah)。
（2）實(shí)際容量：
   是指電池在一定條件下所能輸出的電量。它等于放電電流與放電時間的乘積，單位為Ah。C=If×t
式中：C—蓄電池的實(shí)際容量，Ah；
If—放電電流，A；
 t—放電時間，h。
4 蓄電池的充電方式
 1）蓄電池的初充電：新的蓄電池在交付使用前，為完全達(dá)到荷電狀態(tài)所進(jìn)行的第一次充電。

 2）蓄電池的浮充電：在充電裝置的直流輸出端始終并接著蓄電池和負(fù)載，以恒壓充電方式工作。正常運(yùn)行時充電裝置在承擔(dān)經(jīng)常性負(fù)荷的同時向蓄電池補(bǔ)充充電，以補(bǔ)償蓄電池的自放電，使蓄電池組以滿容量的狀態(tài)處于備用。

額定電壓2V的閥控式密封鉛酸蓄電池出廠規(guī)定: 浮充電壓為（2.23～2.28）V/只,一般選用2.25V。

對110kV變電站的直流電源系統(tǒng)蓄電池的配置為 108只額定電壓2V閥控式密封鉛酸蓄電池的浮充電壓應(yīng)為：2.25V×108=243V。(也可根據(jù)廠家的要求和規(guī)定，如湯淺電池廠家規(guī)定：在環(huán)境溫度25℃時浮充電電壓為2.23V/只)，故整組蓄電池的浮充電壓應(yīng)為：2.23V×108=241V 。

 對220kV變電站的直流電源系統(tǒng)蓄電池的配置為103只額定電壓2V閥控式密封鉛酸蓄電池的浮充電壓應(yīng)為：2.25V×103=231.75V,一般選用232V。

3）蓄電池的均衡充電：

①均衡充電的定義：長期浮充電運(yùn)行的蓄電池會產(chǎn)生電壓不均勻現(xiàn)象，使其恢復(fù)到規(guī)定的范圍內(nèi)而進(jìn)行的充電稱之為均衡充電。

②均衡充電的目的：一是對電池容量的一種補(bǔ)充，二是作為對電池活性物質(zhì)的激活，三是對單體電池電壓壓差的修正；

③均衡充電電壓的計(jì)算：

   額定電壓2V的閥控式密封鉛酸蓄電池出廠規(guī)定:均充電壓 （2.30～2.35）V/每只，一般選用 2.35V。故對108只額定電壓2V閥控式密封鉛酸蓄電池的均充電壓應(yīng)為：2.35V×108=253.8V,一般選用254V。

 對103只額定電壓2V閥控式密封鉛酸蓄電池的均充電壓應(yīng)為：2.35V×103=242V。

4）  補(bǔ)充充電：

根據(jù)DL/T724—2000《電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：

  ①備用的蓄電池的補(bǔ)充充電：蓄電池在存放中,由于自放電使蓄電池容量逐漸減少,甚至于損壞,應(yīng)每3個月進(jìn)行一次補(bǔ)充充電：

②運(yùn)行中的蓄電池的補(bǔ)充充電：為了彌補(bǔ)運(yùn)行中因浮充電流調(diào)整流器不當(dāng)造成欠充，補(bǔ)償不閥控蓄電池自放電、爬電、漏電所造成蓄電池容量的虧損，根據(jù)需要設(shè)定時間（一般為3個月）充電裝置自動或手動進(jìn)行一次恒流限壓充電    恒壓充電    浮充電的過程，使蓄電池組隨時具有滿容量，確保安全可靠運(yùn)行。

 5蓄電池運(yùn)行中的電壓偏差值、開路電壓最大最小電壓差值及放電終止電壓

電池放電的終止電壓見表1。
 

表1.電池放電的終止電壓

請注意不要使蓄電池的極柱的電壓低于此值。低于此值時電池就造成電池過放電，電池將受到損害。

6閥控式鉛酸蓄電池的運(yùn)行要求

（1）蓄電池充電前的檢查。
①外觀檢查：有無破損漏液情況、安全

閥是否完好。
②電壓檢查：測量每只蓄電池的電壓，

額定電壓2V的單只電池電壓應(yīng)在2.13～

2.16V。

  ③極性檢查：電池的極性標(biāo)致是否與電

池極性一致。

 ④批號檢查：要求整組蓄電池應(yīng)是同一

批號。

（2）蓄電池配置。應(yīng)考慮可靠性和環(huán)境條件,并根據(jù)直流電源系統(tǒng)的接線方式和斷路器的操作機(jī)構(gòu)，選擇一組或兩組以上蓄電池。

① 110kV及以下電壓等級變電站的直流操作電源系統(tǒng)采用雙母線（控制母線和合閘母線），只有一組蓄電池，斷路器為電磁式操作機(jī)構(gòu)時,應(yīng)采用108只額定電壓2V的蓄電池，其均充電壓為254V，浮充電壓為243V，因繼電保護(hù)裝置額定電壓為220V。為此，高頻開關(guān)電源模塊應(yīng)分為充電模塊和控制模塊，配置自動、手動調(diào)壓裝置。

②220kV變電站直流操作電源系統(tǒng)母線采用分段運(yùn)行方式，并在兩段直流母線之間配置聯(lián)絡(luò)斷路器或隔離開關(guān)，正常運(yùn)行時斷路器和隔離開關(guān)處于斷開位置。每段母線應(yīng)分別用一組獨(dú)立的蓄電池供電，蓄電池和其充電裝置應(yīng)接在同一段母線上。每臺充電裝置都配有獨(dú)立的微機(jī)監(jiān)控裝置，每段直流輸出母線都配有一套微機(jī)絕緣監(jiān)察裝置，以實(shí)時監(jiān)測和顯示每回動力、控制輸出回路的輸出電壓、絕緣電阻、對地電壓。每組蓄電池均裝有蓄電池巡檢儀（或蓄電池在線監(jiān)測儀）并通過RS-485將每只蓄電池的電壓、溫度、壓差等傳入微機(jī)監(jiān)控裝置進(jìn)行顯示或控制（如壓差超標(biāo)報警等）。兩套裝置互為備用，每組均配置額定電壓2V的蓄電池103只（或104只），其均充電壓為242V，浮充電壓為232V，在控母電壓（220V±10%）的范圍內(nèi)，故可不用電壓調(diào)整單元。因此，控制母線和合閘母線可合二為一，高頻開關(guān)電源模塊全部為充電模塊。

7 影響蓄電池實(shí)際使用壽命的因素

7.1浮充電壓的大小

  （1）當(dāng)浮充電壓設(shè)置過低時，蓄電池由于長期處于欠充電狀態(tài)，使極板上的活性物質(zhì)無法參與化學(xué)反應(yīng)，繼而在活性物質(zhì)與隔板膜之間形成高電阻層，加大了蓄電池內(nèi)阻，造成蓄電池的容量下降。

（2）當(dāng)浮充電壓設(shè)置過高時，蓄電池由于長期處于過充電狀態(tài)，使內(nèi)部產(chǎn)生的氣體量增加，同時因安全閥經(jīng)常處于開閥狀態(tài)，從而引發(fā)蓄電池嚴(yán)重失水，電解液濃度增大，蓄電池內(nèi)部腐蝕加快、容量失效等。

7.2 過量放電
    當(dāng)蓄電池過量放電時，由于內(nèi)部產(chǎn)生過量的硫酸鉛，使極板物質(zhì)體積增大，引起極板彎曲、膨脹，嚴(yán)重時還將導(dǎo)致蓄電池槽脹裂。一旦進(jìn)入過放電狀態(tài)，蓄電池端電壓會加速跌落，極易造成供電中斷，還會造成活性物質(zhì)過渡消耗，導(dǎo)致活性物質(zhì)孔隙和下次充電所預(yù)留的反應(yīng)面積減少，造成蓄電池對后續(xù)充電及使用維護(hù)的困難，最終導(dǎo)致蓄電池?zé)o法充滿電，容量大幅下降。

7.3環(huán)境溫度過高

由于溫度每升高10℃，蓄電池壽命縮短一半，

因此環(huán)境溫度對蓄電池壽命的影響大，特別是在蓄電池靠近發(fā)熱源、通風(fēng)不好的環(huán)境下，還會因高溫造成蓄電池鼓脹。

7.4長期處于浮充電狀態(tài)不放電  
    長期不放電將會導(dǎo)致蓄電池內(nèi)部活性物質(zhì)沉淀，從而造成蓄電池容量的下降。

7.5 安全閥故障
    安全閥關(guān)閉不嚴(yán)、損壞或開閥壓過低，閥控密封式鉛酸蓄電池工作在 “貧液”狀態(tài)下，其電解液完全儲存在電極和多孔性的隔板中。一旦蓄電池失水，其放電容量就要下降，造成蓄電池內(nèi)部的水分損耗增加，使極板的腐蝕加劇，嚴(yán)重時會形成熱失控。
7.6 紋波系數(shù)過大

  由于紋波的成分較復(fù)雜，它的形態(tài)一般為頻率高于工頻的類似正弦波的諧波和寬度很窄的脈沖波，因此紋波的峰值電壓將造成蓄電池充電電壓過高，引起蓄電池過充電、熱失控等，從而縮短其使用壽命。

7.7蓄電池端電壓偏差值較大
   由于蓄電池性能（內(nèi)阻、化學(xué)性能）的離散性對蓄電池組使用壽命影響大，因此必須通過浮充電壓和充放電曲線比對對新安裝蓄電池組進(jìn)行篩選配組。

7.8溫度補(bǔ)償

溫度補(bǔ)償?shù)哪康氖菫榉乐沟蜏貢r回復(fù)充電時間的加長及高溫時過充電造成蓄電池的劣化。特別是將蓄電池裝入蓄電池箱內(nèi)時，蓄電池箱內(nèi)蓄電池的周圍溫度有可能超過35℃時，為防止蓄電池的過熱腐蝕，因此必須進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)或給充電裝置增加保護(hù)功能。

受環(huán)境溫度的影響，基準(zhǔn)溫度為25℃時，每下降1℃，單體2V閥控式密封蓄電池浮充電壓值應(yīng)提高3～5mV。

7.9電網(wǎng)條件（頻繁停電）對蓄電池影響

在工業(yè)區(qū)和山區(qū)，電網(wǎng)的頻繁停電常引起蓄電池容量不足，具體表現(xiàn)為總電壓下降明顯，個別單體電壓下降過快，且各單體電壓差異大。

（1）經(jīng)常停電且蓄電池每次釋放出的電量多，將直接造成蓄電池放電后再充電時間不足，再停電時使得整組蓄電池在沒充滿電的情況下又放電，從而降低蓄電池的有效容量。

（2）放電深度淺且停電頻繁也會引起蓄電池失效。經(jīng)常停電且每次放出的蓄電池電量較少（20%左右），即蓄電池經(jīng)常處于淺放電狀態(tài)，蓄電池的容量也會明顯下降。其原因是蓄電池處于只在極板板柵和活性物質(zhì)間結(jié)合處表面反應(yīng)，使極板板柵和活性物質(zhì)間形成了一個阻擋層（不動態(tài)硫酸鉛層）阻擋了放電。

  對于不同變電站，上述兩種情況可能同時存在。

8  常見故障

（1）蓄電池常見故障如圖2所示。

圖2  蓄電池常見故障

（2）蓄電池失水故障。 蓄電池失水原因如圖3所示。

圖3  蓄電池失水原因

①
  充電產(chǎn)生的氣體不滿足氣體復(fù)合效

率大于95%的要求。其原因是充電后期或浮充電期間電解水將產(chǎn)生部分氣體，其量雖小，但累計(jì)起來就十分可觀。

②浮充電壓選得不恰當(dāng)。通常由于浮充電壓偏高或溫度升高沒有及時降低浮充電，將造成浮充電流增大，電解水速度增快。

③蓄電池密封不好或單向閥太松。蓄電池殼體本身具有透氣性，蓄電池槽蓋及極柱和蓋之間沒有完全密封，如安全閥頻繁開啟，就會逸出氣體，帶走部分電解液。

蓄電池失水的危害：閥控密封式鉛酸蓄電池是在“貧液”狀態(tài)下工作的，其電解液完全儲存在電極和多孔性的隔板中。一旦蓄電池失水，其放電容量就要下降，嚴(yán)重時會導(dǎo)致蓄電池失效，無法正常工作。

（3）蓄電池漏液故障。 蓄電池漏液原因如圖4所示。

圖4  蓄電池漏液的原因

   漏液的危害：電解液損失→密封破壞→ 反應(yīng)效率降低→容量不足。更危險的是酸液會腐蝕機(jī)柜、機(jī)架，若形成導(dǎo)電回路則將導(dǎo)致火災(zāi)等事故。

（4） 蓄電池?zé)崾Э毓收稀?蓄電池?zé)崾Э卦�因如圖5所示。

圖5  蓄電池?zé)崾Э氐脑��?/p>

   蓄電池?zé)崾Э氐奈：Γ喝糸y控鉛酸蓄電池工作環(huán)境溫度過高，或充電設(shè)備電壓失控，將導(dǎo)致蓄電池充電量增加過快，蓄電池內(nèi)部溫度隨之增加，蓄電池散熱不佳，從而產(chǎn)生過熱，蓄電池內(nèi)阻下降，從而使充電電流進(jìn)一步升高，內(nèi)阻進(jìn)一步降低，如此反復(fù)，直至蓄電池殼體嚴(yán)重變形、脹裂。

9 日常維護(hù)的一般要求

（1）維護(hù)檢修時，做好絕緣防范措施。

（2）應(yīng)使用濕布清掃蓄電池。如用干布或撣子進(jìn)行清掃，產(chǎn)生的靜電有引火爆炸的危險。

（3）清潔時嚴(yán)禁使用香蕉水、汽油、揮發(fā)油等有機(jī)溶劑或洗滌劑，否則有可能使蓄電池殼破裂，導(dǎo)致電解液漏出。

（4）禁止拆下安全閥，否則會造成蓄電池性能、壽命劣化。

10 直流專業(yè)人員巡視周期及內(nèi)容
(1) 直流專業(yè)人員每2～3個月應(yīng)對所

屬各站直流設(shè)備巡視一次。對舊設(shè)備、運(yùn)行不穩(wěn)定設(shè)備和運(yùn)行年限達(dá)6年以上的蓄電池，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，縮短巡視周期。
   （2) 到站后詢問值班員，詳細(xì)了解直流電源系統(tǒng)運(yùn)行情況及存在的問題。

(3) 查看變電站蓄電池運(yùn)行及充放電記錄，了解蓄電池充電是否正常、有無“落后”電池，及直流負(fù)荷變化情況和絕緣情況等。
    (4)測量單只蓄電池電壓、蓄電池浮充總電壓并做好記錄，根據(jù)測量的數(shù)據(jù)對站內(nèi)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，檢查運(yùn)行人員巡視檢查是否到位。
（5) 對變電站使用表計(jì)進(jìn)行比對，檢查表計(jì)是否準(zhǔn)確。
   (6)巡檢時，不僅需要查看面板顯示浮充電壓,并與數(shù)字表實(shí)測結(jié)果對比。浮充電壓務(wù)必設(shè)置準(zhǔn)確, 偏高、偏低都有危害。
   (7)檢查蓄電池的接線螺栓是否松動，有無發(fā)熱、腐蝕現(xiàn)象。松動的螺栓必須及時擰緊，腐蝕污染的接頭應(yīng)及時清潔處理。每6個月應(yīng)對全部蓄電池接線螺栓進(jìn)行一次檢查并緊固。

(8) 檢測溫度感應(yīng)探頭的準(zhǔn)確度。

（9）檢查蓄電池殼體有無滲漏和變形，

蓄電池安全閥、極柱周圍是否有酸液逸出。

    (10)為確保蓄電池絕緣良好，應(yīng)保持其良好的清潔狀態(tài)。

11異常故障的處理

（1）蓄電池出現(xiàn)漏液時，應(yīng)停止使用，否則會損壞設(shè)備，引發(fā)火災(zāi)。

（2）蓄電池外觀出現(xiàn)異常變形（膨脹）時，應(yīng)停止使用，否則會引起蓄電池破損、漏液，引發(fā)火災(zāi)。

（3）蓄電池發(fā)熱時，應(yīng)停止使用，否則會引起蓄電池?fù)p壞。

（4）蓄電池殼蓋裂開時，應(yīng)停止使用，否則會引起爆炸，引發(fā)火災(zāi)。

12 緊急處理

（1）如果電解液撒到地面上，應(yīng)先用重碳酸鈉中和，再用大量水沖洗，否則有可能腐蝕地面、零件及設(shè)備。

 （2）意大利非凡電池起火時，應(yīng)采用粉末（ABC）滅火器。若用水滅火，有引起火災(zāi)擴(kuò)大的危險。

（3）地震等自然災(zāi)害發(fā)生后，應(yīng)按規(guī)定的扭矩值重新擰緊所有的螺栓螺母，否則有可能產(chǎn)生電火花，造成極柱燒損；檢查有無電池殼破裂、漏液及其它異常情況，如有異常而繼續(xù)使用，有導(dǎo)致漏液、火災(zāi)的危險。