目前变电站蓄电池浮充电运行的问题分析与研究

问题的提出：

   目前我公司管辖变电站直流系统的蓄电池大多数都已经更新为阀控密封铅酸蓄电池。影响阀控电池使用有两个重要因素：温度和浮充电压，温度和浮充电压的变化会给阔控密封电池带来严重危害，严重影响使用寿命和实时容量，目前我们的蓄电池运行环境温度基本上都不到一个理想的恒定值，这对阀控铅酸蓄电池的安全稳定运行很不利。

原因分析：

阀控式密封蓄电池的特点： 阀控式密封铅酸蓄电池采用阴极吸收式的电化学原理和独特结构设计的材料，保证电池内氧气循环复合的建立，氧气循环化学反应方程式：

O₂+4H⁺+4e^-       2H₂O  ――― 总反应

(过程：①O₂+2Pb        2PbO

② PbO+H⁺+ HSO4^-         PbSO₄＋H2O

③ PbSO₄＋H⁺ +2e            Pb+ HSO4^{- )}

与传统的防酸隔爆式铅蓄电池相比，它有以下几个特点：
（1）密封设计，贫液状态下工作，不需添加蒸馏水；

（2）免测电解液密度；
（3）能在任意方向放置；
（4）基本无有害气体，对环境污染小；
（5）对环境温度要求较高。

一．温度的影响：

阀控式密封蓄电池浮充电流对温度极为敏感，温度每变化10℃，电流成倍变化，同一充电电流下，温度升高，浮充电压降低。因此如果不进行温度补偿可能使控制器过早关断而电池实际未充满，长期使电池形成记忆效应，容量下降；而过充电使蓄电池起了水的电解槽作用，产生过热和失水，电解液损失，造成蓄电池失效。

阀控式蓄电池在环境温度为25℃时的容量为100％；超过25℃时，将使电池水份散失，加大了电液浓度；其次，电池温度高会加速合金腐蚀速度，长期处于这一环境中的电池板栅可因之而穿孔损坏，易使活性物质附着减弱而脱落。由此看出，环境温度的升高，虽使容量暂时有所增加，但高温使电池板栅腐蚀剧增，严重地阻碍着电极反应，降低了蓄电池整体容量。以下是深圳华达阀控蓄电池25℃以下温度与容量的关系如表所示：

艾诺斯－华达电池的设计容量随温度的变化而变化，温度下降对容量影响不小。

以下是山东华日SNS阀控密封蓄电池温度与容量关系曲线(浮充电压取25℃标准值恒定)：

从表不难看出，阀控式蓄电池的容量是随着温度的降低而下降的。具体可以用以下工式计算：

Ce—25℃基准容量 ；   t—放电开始蓄电池温度； 

Ct—实测容量 ;        K—温度系数，10小时率取K=0.006/℃

艾诺斯－华达GFM电池的设计寿命随运行温度变化而变化，温度每升高10℃，浮充电寿命减半，下表显示了电池的浮充寿命与温度关系：

通过此表易知深圳华达阀控密封铅酸蓄电池寿命受温度和浮充电压影响都较大。

以下是山东华日SNS阀控密封蓄电池温度与寿命关系曲线(浮充电压取25℃标准值恒定)：

此表是山东华日厂的合资企业日本公司在试验室做得寿命和温度关系图，从中可以看出，在取标准温度25℃浮充电压值不变的情况下，温度上升对蓄电池的影响：25℃时使用寿命为设计寿命，30℃时使用寿命为设计寿命的75％左右，而35度更是仅为设计寿命的55％左右。从以上图线和表格可以看出，阀控密封铅酸蓄电池运行温度对寿命影响之大。

二．浮充电压的影响     ：

浮充运行是蓄电池的最佳运行条件，运行时电池一直处于满荷电状态，理论上在此条件下运行蓄电池将达到最长的使用寿命。浮充电压的设置对蓄电池的寿命具有相当重要的影响，浮充电压产生的电流量应达到补偿自放电及电池单体放电电量和维持氧循环的需要。不合理的浮充电压主要在两个方面影响电池，即正极板栅腐蚀速率和电池内气体的排放。特别是当电池的浮充电压超过一定值时，板栅腐蚀现象会进一步加剧，电池内的氧气和氢气产生较高气压，通过排气阀排放，从而造成电池失水，正极腐蚀则意味着电池失水，进一步加剧电池劣化、寿命缩短。若将浮充电压超过一定幅度，增大的浮充电流会产生更多的盈余气体，这样便使氧在负极复合受到阻力，从而削弱了氧的循环机能，严重降低寿命。以下是美国GNB阀控密封蓄电池的浮充电压与寿命试验结果（此型号电池25℃时标准浮充电压2.27V）：

可以说不合适的浮充电压值对阀控密封蓄电池的使用寿命影响是相对大的。

解决方案：

一．    对于蓄电池室具备供暖设施，温度能够维持在20℃～25℃之间温度变化范围不大影响不大，可以正常运行。

二．    对于蓄电池室没有供暖设施，或者温度达不到规程要求的（我处所维护变电站多数属于此情况），采取温度补偿的办法进行改变浮充电压。一般的阀控密封铅酸蓄电池的温度补偿系数为温度每升高1度，相应的浮充电压值应该下调3mV，下图为深圳华达蓄电池浮充电压随温度变化要求：

如果冬天的温度达到0℃，按照这样一个温度补偿应该提高浮充电压大约8V，像深圳华达的阀控蓄电池要求每度补偿5mV，这样需要提高的浮充电压更是达到13V之多。目前我们维护的变电站很多没有进行温度补偿，主要原因有二：首先是有些变电站没有温度补偿装置，其次是即使是有温度补偿装置的站，由于种种原因没有运行。通过前面的分析可以看出危害不小。

解决的方案，一是向厂家提出更加稳定的温度传感器和相应的调压控制；二是我们可以增加对阀控密封铅酸蓄电池的维护工作，人为的更改浮充电压值，可以按季节进行范围内更改，使得浮充电压偏离标准值较小，在很大程度上也可以有效地抑制浮充电压偏离实时标准值造成的危害。

三．严格执行变电站直流巡检制度，220kV变电站每年巡检两次以上，110kV变电站每年巡检，确保蓄电池浮充电电压的准确性。

以上是对目前变电站阀控密封铅酸蓄电池浮充电运行存在问题的分析，希望能够对变电站直流系统的安全稳定运行提供帮助。其中不当之处在所难免，请提出批评指正，不胜感激。

参考文献：

1.  北京电力公司变电站直流系统管理制度

2.  北京电力公司变电站直流系统技术规定

3.  山东华日、曲阜圣阳、深圳华达阀控密封铅酸蓄电池说明书；

4.  美国GNB阀控密封铅酸蓄电池运行维护守则

5.  华北电网有限公司生产技术部直流系统文件汇编

6.  阀控铅酸蓄电池实用技术问答     中国电力出版社

7.  阀控铅酸蓄电池实用技术         中国电力出版社