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    蓄電池在直流系統/應急電源中的應用

    人氣:發表時間:2020-09-08

    蓄電池在直流系統/應急電源中的應用

            蓄電池是直流系統中不可缺少的設備,這種電源廣泛應用于變電站中。正常時直流系統中的蓄電池組處于浮充電備用狀態,當交流電失電時,蓄電池迅速向事故性負荷提供能量。如各類直流泵、事故照明、交流不停電電源、事故停電、斷路器跳合閘等,同時也必須為事故停電時的控制、信號、自動裝置、保護裝置及通信等負荷提供電力。顯然在交流失電的事故狀態下,蓄電池應作為變電站的備用能源。
    一、閥控密封式鉛酸蓄電池的運行與維護
    1.1 直流屏作用及蓄電池運行要求
            直流屏采用2V規格電池,串成220V,需要110只,但2V規格的電池,其電壓一般都高于2V,在2.2V甚至更高,所以電池組的正負兩端的電壓會達到或超過240V;直流屏的輸出有二路,一路240V,一路220V。240V的輸出直接來自電池組的正負兩端,供給裝置時需要降壓硅鏈降壓到220V,這一路輸出為控制母線電壓。而能夠承受高電壓的電磁操作機構可以需要240V電壓稱為合母電壓。
            按照電力系統的有關標準,閥控式鉛酸蓄電池的運行要求如下:閥控式密封鉛酸蓄電池組在正常運行時以浮充方式運行,浮充電壓值一般控制為2.23 V×n,在運行中主要監視蓄電池組的端電壓,浮充電流,及每只蓄電池的電壓。
    1.2 閥控式密封鉛酸蓄電池的充放電
    1.2.1 核對性充放電
            新安裝或大修后的閥控蓄電池組,應進行全核對性額定容量放電試驗,放電電流不應變動過大,待放電結束后,應立即對蓄電池組進行充電,避免發生電池內部的硫化現象,而導致蓄電池內部短路。此時均采用0.1C10恒流充電,當蓄電池組端電壓上升到2.23V×n時,將會自動或手動轉為恒壓充電。
    1.2.2 恒壓充電
            在2.35V×n的恒壓充電下,0.1C10的充電電流逐漸減小,當充電電流減小至0.1C10時,充電裝置的倒計時開始起動,并維持3h不變。當整定的倒計時結束時,充電裝置自動或手動轉為正常的浮充電運行,浮充電壓為2.23V×n。同時在浮充電過程中要進行溫度補償,即對每只單體蓄電池充電電壓隨環境溫度給予一定量的補償,避免蓄電池因失水干涸而失效。
            中心溫度、補償下限、補償上限、補償斜率均可根據電池性能靈活設置。
    1.2.3 補充充電
            為了彌補運行中因浮充電流調整不當,補償不了電池自放電和爬電漏電所造成蓄電池容量的虧損,設定1~3個月,自動地進行一次恒流充電-恒壓充電-浮充電的補充充電,確保蓄電池組隨時都具有額定容量,以保證運行安全可靠。
    1.2.4 事故放電和自動充電
            當電網解列或故障、交流電源中斷時,蓄電池組立即承擔起主要負荷和事故照明負荷,若蓄電池組端電壓下降到2V×n時,電網還未恢復送電,應自動或手動斷開蓄電池組的供電,以免因蓄電池組過放電而損壞。交流電源恢復送電時,充電裝置將自動或手動進入恒流充電-恒壓充電-浮充電,并恢復到正常運行狀態。
    1.3 蓄電池維護
            據統計,閥控式鉛酸蓄電池的故障,有50%以上是因VRLA蓄電池組故障,或因VRLA蓄電池維護不當造成的。通常所說的“免維護”即為:在規定條件下使用期間不需維護的一種蓄電池。所謂蓄電池的免維護是相對傳統鉛酸蓄電池維護而言,僅指使用期間無需加水。在實際工作中,仍需履行維護手續。在電力行業中極為重視蓄電池的維護工作,包括閥控式鉛酸蓄電池的運行與維護。一般應做好以下工作。
    經常檢查的項目:
        ·檢測蓄電池端電壓;
        ·連接處有無松動;
        ·極柱、安全閥周圍是否有滲酸與酸霧逸出;
        ·蓄電池殼體有無滲漏和變形。

    圖1
    如有以下情況之一應進行充電(充電程序見圖1): 
        ·浮充電壓低于21.8V;
        ·放出10%以上的額定容量;
        ·擱置不用時間超過三個月;
        ·全浮充運行達三個月。
    運行中的維護:
        ·應經常檢查蓄電池浮充狀態是否正常,蓄電池的浮充電壓(25℃)應按說明書規定值進行;
        ·蓄電池端子應用螺栓、螺母連接,蓄電池間的連接電壓降ΔU <>
        ·蓄電池組中各單體蓄電池間的開路電壓最高與最低差值不大于20mV;浮充時單體蓄電池端電壓的最大差值應不大于50mV。
    閥控式鉛酸蓄電池的電壓偏差值及終止電壓值:
        ·標稱電壓/V:2、6、12;
        ·閥控式鉛酸蓄電池運行中的電壓偏差值/V:±0.05、±0.15、±0.3;
        ·開路電壓最大差值/V:0.03、0.04、0.06;
        ·放電終止電壓/V:1.80、5.25(1.75×3)、10.5(1.75×6)。
    二、閥控式鉛酸蓄電池使用中應注意事項
    2.1應注意鉛酸蓄電池在每次放電完后,應及時充電,需充電的時間在10h以上。
    2.2應注意不應使蓄電池被過電流或過電壓充電。
    2.3應注意盡量避免使蓄電池長期擱置不用。
    2.4應注意不要使蓄電池長期處于浮充狀態而不放電。
    2.5應注意不使蓄電池過放電。
    2.6閥控式鉛酸蓄電池對充電設備及溫度等外部環境因素較為敏感。要求充電機有較小的紋波系數,并對電池有溫度補償功能。電池的充電電壓應隨著溫度的上升而下降,一般每升高1℃,充電電壓下降2~4mV。
    三、常見失效機理及檢測
    3.1 閥控蓄電池的失效機理
           閥控式鉛酸蓄電池是一個復雜的電化學體系,蓄電池的性能和壽命取決于電極的材料、工藝、活性物質的組成和結構、及蓄電池運行狀態和條件等。它的失效因素也是比較多的,基本上可分為三類。
    3.1.1 蓄電池設計結構上的因素
        ·極板的腐蝕:對浮充電使用的蓄電池,板柵腐蝕是限定電池壽命的重要因素,在電池過充電狀態下,負極產生水,降低了酸度,而正極反應產生H+,加速了正極板柵的腐蝕。
        ·水損失:由于再化合反應不完全及板柵腐蝕引起水的損失,當每次充電時,由于產生氣體的速率大于氣體再化合速率,導致一部分氣體逸出,造成水的損失。正極柵的腐蝕也是造成水損失的因素之一。
        ·枝狀結晶生成:當電池處于放電狀態,或長期以放電狀態放置,這種情況下,負極pH值增加,極板上生成可溶性鉛顆粒,促進板狀結晶生成穿透隔膜造成極間短路,使蓄電池失效。
        ·負極板硫酸鹽化:由于自化合反應的發生,無論蓄電池處于充電或放電狀態,負極板總有硫酸鉛存在,使負極長期處于非完全充電狀態,形成不可逆硫酸鉛,使電池容量減少,導致電池失效。
        ·熱失控:在充電過程中,電池內的再化合反應將產生大量的熱能,由于蓄電池的密封結構使熱量不易散出,以及周圍環境溫度升高,導致浮充電流的增大,進而使浮充電壓升高,以致蓄電池溫升過高而失效。
    3.1.2 電池工藝質量的因素
            在實際情況中,由于電池生產工藝質量的問題,如原材料成分不穩定,極板涂膏量不一致,極耳腐蝕斷裂,殼體和殼蓋間滲透漏液,閥蓋開閉不靈等,都造成蓄電池性能離散性大,也是蓄電池早期失效的主要因素。
    3.1.3 使用環境因素
            由于過充電使產生的氣體不可能完全被再化合,從而引起電池內部壓力增加。當到一定壓力時,安全閥打開,氫氣和氧氣逸出,同時帶出酸霧,消耗了有限的電解液,導致蓄電池容量下降或早期失效。為避免產生多余的氣體,閥控蓄電池對充電機穩壓、限流精度提出了較高的要求,而現有的可控硅相位控制穩壓的充電機幾乎都不能做到。
            據國外資料介紹,當高于25℃時,每升高6~10℃,蓄電池壽命縮短一半。因為過高的溫度會導致浮充電流的增加,從而由于過充電量的累積,而使得電池循環壽命的縮短。浮充電壓也應根據溫度進行補償,一般為-2~4mV/℃,而現有充電機必須具有此功能。VRLA蓄電池溫度與壽命關系曲線見圖3。
    3.2 蓄電池的檢測方法
            為了掌握蓄電池的性能狀況,目前有如下幾種檢測方法。
    3.2.1 放電法
            將蓄電池組脫離供電系統,以10小時率電流對負荷放電,同時測量每一蓄電池電壓,當降到規定值時(單體1.8V),停止放電,計算時間得出蓄電池組容量。該方法準確,但浪費能量,實施困難。
    3.2.2 蓄電池電壓巡檢
            在放電狀態下,對VRLA蓄電池組的每只VRLA蓄電池的端電壓進行巡回檢測,找出端電壓下降最快的一只,再對此蓄電池在線放電檢測其容量,即代表該組VRLA蓄電池的容量。該方法方便可行,但只能判讀已嚴重失效的蓄電池,不能全面的反映每個單體的情況,且對性能的差異不能作出反應。
    3.2.3 測量蓄電池內阻
            VRLA蓄電池的故障,如板柵腐蝕和增長、接觸不良、活性物質可用量減少等集中表現于蓄電池內阻的增大、電導的減小,因此,電導或電阻的高低可提供反映蓄電池故障和使用程度的有效信息。有關標準提供了內阻測試的方法,國外已有交流內阻和直流內阻測試的報道。有關公司測試方法是用交流發電裝置向蓄電池單體或蓄電池組注入一個低頻20~30Hz或60Hz的交流信號,測量通過電池的交流電流和每只蓄電池兩端的交流電壓,然后計算出I/U或Uac/Iac比率,則得出蓄電池的電導或電阻值,并顯示這個值。如有公司采用了200A/10s放電的負載測試儀(Milton),來測試單只蓄電池的性能。
    四、閥控式密封鉛酸蓄電池的發展趨勢
            提高蓄電池使用壽命,正極活性物質的利用率,比能量,蓄電池產品的均一性,以及減小浮充電流的大小,正成為進入21世紀的智能化第三代VRLA蓄電池的研制方向,它從制作材料、制作技術、工藝流程等方面不斷更新,克服了以往蓄電池在使用中的弊端。
    五、 結束語
            直流電源設備是電力系統發電廠,變(配)電所重要的控制、信號、動力電源,它在電力系統安全運行中起著重要的作用。 為了適應社會需求以及電力系統快速發展和穩定運行的要求,大量可靠性高的現代化電源設備得到廣泛應用,并在生產實踐中有效的管理與維護,對保證直流系統的可靠運行及電力系統的安全運行有著積極和重要的作用。
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