阀控式密封铅酸蓄电池典型缺陷防治措施研究

黄 武，林翔宇，覃 剑

（1.广西电网有限责任公司电力科学研究院，南宁 530023；2.广西电网有限责任公司，南宁 530023）

引言

阀控式密封铅酸蓄电池因具有成本低廉、原材料来源丰富等优点，是变电站直流电源系统的主要组成部分[1]。变电站直流电源不间断供电主要使用阀控式密封铅酸蓄电池（以下简称蓄电池），每组蓄电池带全站直流负荷事故放电时间应不小于2 h。蓄电池作为站内应急电源可为包括电气控制、信号、测量和继电保护、操作机构直流电动机、断路器电磁操动的合闸机构、站内交流不停电电源系统等负荷[2,3]供电。

近年来，广西电网内由于蓄电池缺陷引发的故障时有发生[4]。由于管理上的漏洞和认识上的问题，一些低级错误行为造成的蓄电池缺陷，长期得不到发现，相关人员对这些缺陷发生的原因及环节不甚了解。由相同或相似原因引发的缺陷及故障不断地重演。鉴于此，研究分析了蓄电池典型缺陷原因，并提出对应的防治措施。

1 蓄电池典型缺陷

直流电源系统通常由交流输入、充电装置、馈电屏、蓄电池组、监控单元（含馈线状态监测单元）、绝缘监测（含接地选线）、硅降压回路（可选）、蓄电池电压巡检装置、电压电流测量表计等组成。其中，蓄电池正常使用时保持气密和液密状态，当内部气压超过预定值时，安全阀自动开启，释放气体；当内部气压降低后安全阀自动闭合，同时防止外部空气进入蓄电池内部，使其密封。铅酸蓄电池内的电极反应同时析出氧，此时通过氧在蓄电池中的再复合实现氧的循环，在确保电池密封的前提下避免电解液密度大幅变化[5]。蓄电池在使用寿命期限内，正常使用情况下无需补加电解液。

以下介绍蓄电池5类常见的典型缺陷：

（1）变电站交流电失压时，由于蓄电池失效造成直流失压，导致保护装置和自动装置等无法正常运行；

（2）新装的电池组投产已失效，造成较大的经济损失，对运行造成很大安全隐患；

（3）交流失压后，由于电池失效，直流电压降低很快，巡维人员在操作时没观察电动操作开关导致开关合闸线圈烧坏，保护装置操作回路板和储能接触器等设备烧坏，造成经济损失；

4）站用新装蓄电池充电普遍出现膨胀现象，不合格；

5）站用新装蓄电池一致性差（例如，在某组蓄电池单体放电试验中，除了#65电池较好，其他9个电池:#13、#17、#29、#48、#56、#67、#92、#93性能差）。

2 蓄电池典型缺陷分析

经对现场情况及蓄电池运行状态的了解，初步分析产生以上5个蓄电池典型缺陷的主要原因。

（1）蓄电池浮充电压实测值偏大，为蓄电池发生过热失控的主要原因；电池柜通风散热不良、电池排列过密更加剧了热失控的程度。

（2）施工建设期间蓄电池存放在室外，日晒雨淋，不符合存放要求，造成过放失效；安装后没有进行核容试验；县级供电企业缺乏必要的检测手段。

（3）由于人员和设备等原因，县级供电企业直流电源的日常巡视、维护检修、试验等基本空白。蓄电池在运行中失效后，不能及时发现，往往要等到交流电失去后，才得以发现，造成事故的发生。

（4）蓄电池失效的主要原因有：蓄电池出厂时间与投运时间间隔过长（约有10%的项目存在此现象），长期的闲置期间又未按规定对蓄电池进行补充充电，使蓄电池由于自放电的原因，造成负极不可逆硫酸盐化失效；安装后没有进行核容试验；县级供电企业由于设备和人员等原因，还没有开展对蓄电池的检查维护试验工作，发生故障的机率较高。

（5）劣质蓄电池混入电网市场。一些电池厂商通过低价招标中标，降低产品质量。此次蓄电池普遍出现膨胀变形现象，主要是由于电池内部压力激剧增加而产生的。主要原因有：安全阀开阀压力过高，安全阀阻塞；O2的复合率低，电池内部压力迅速增大，当压力增加到一定程度时安全阀阀门不能正常打开，在这种情况下势必造成蓄电池膨胀变形。

（6）蓄电池出厂的测试没有科学规范，没有进行科学配组，容易造成离散性过大，是早期失效的重要原因之一。

3 蓄电池典型缺陷特征

蓄电池典型缺陷具有如下特征：

（1）缺陷发生面广：缺陷原因可追溯到产品设计、生产工艺、运输存放、施工安装和运行维护等环节。

（2）缺陷容易发生：由于阀控式密封铅酸蓄电池结构和工艺装配的特点，属于“易损品”，许多低级的错误，如存放时间过长、存放环境不适宜、未定期充电、搬运或安装不规范等，均会造成蓄电池失效。

（3）缺陷不容易被发现：相当多的蓄电池从安装到指定退出运行期限，虽然看似正常，好象没问题，但实际情形可能是该电池组从未放电过，一旦需要蓄电池供电，而未能确认蓄电池是否能供电，可能会造成重大损失，甚至是灾难性的。

（4）容易产生的误区：一些看似正确的方法，实际上是错误的。如使用以电压均衡原理的电池维护装置，可能使蓄电池更容易失效；以充电电压的高低来判别蓄电池是过充或欠充；误认为浮充电压可以长期保持恒定。事实上由于蓄电池参数（如内阻）会随着时间变化，浮充电流也会发生变化，为使蓄电池处于正常的状态，浮充电压也应做相应调整[6]。

（5）蓄电池的好坏与充电装置的性能关系很大：蓄电池作为备用电源，绝大部分时间处于充电状态，充电装置的性能如稳压精度、稳流精度、纹波因数、浮充电流和充电控制程序等，都对蓄电池的状况有很大的影响，须要对其进行精准控制。

（6）即使只有一个电池单体的失效，对整组电池也会造成不利影响：如有电池单体开路，则电池组处于欠充状态；有电池单体短路时，电池组容易处于过充状态，都会使整组电池加速失效。

（7）不同厂家的蓄电池质量有时相差非常悬殊。一些厂家靠低价中标，虽然标书声称满足所有的技术条款，实际产品性能很差；有的电池组容量虽然合格，但一致性差，电池会加速失效，给安全生产带来了隐患。

鉴于蓄电池缺陷的高发率，蓄电池的运维工作量繁重：蓄电池组的电池单体数量多（通常有十几到几十个），检查项目繁多，周期为月度检查、季度检查、半年检查和全年检查。检查的内容可参考国际标准IEEE 1188《电池测试维护标准》。

4 防治措施和建议

（1）在设计环节，建议增设“蓄电池浮充电流表”，或将蓄电池电流表改为可以自动换量程的电流表。浮充电流是蓄电池运行的重要参数，过大和过小都会使蓄电池处于过充和欠充的状态，使之加速失效。目前站内盘柜的“蓄电池电流表”在浮充状态时的测量值普遍不准，增设“蓄电池浮充电流表”，充电装置才能对蓄电池的充电过程进行精准控制。

（2）对于产品的质量引起发的风险，建议提高蓄电池生产厂商入网技术门槛，如从生产工艺、设备、材料、人员、服务等方面进行规范，杜绝低质量电池进入电网；开展“蓄电池配组优选”的业务，在出厂环节提高蓄电池的一致性指标，把控好第一道关，提升产品质量。

（3）针对工程建设出现的问题，建议制定相应的制度，主要内容包括：合理安排蓄电池进货时间（出厂时间与投运时间间隔最好在3个月左右）；蓄电池按要求（场地、温度、湿度）存放，存放时间过长时，应定时按规程或产品说明书补充充电；规范蓄电池的安装，因为这项工作会影响电池系统运行的可靠性，多数用户没有意识到蓄电池安装工作的重要性，安装应由培训过的人员来完成。

（4）在运行维护环节，建议通过“数据共享技术”，共享直流电源系统的数据，方便运维人员日常巡检、定期试验时数据的获取，方便实现蓄电池和充电装置在线监测、寿命预测、计算分析、状态评估等功能[7,8]。同时，利用在线监测装置实时监测、存储、告警蓄电池组的电压、电流和各个单体蓄电池的端电压。达到大量减少现场工作量和提高准确及时分析缺陷水平的目的。

（5）对于蓄电池产生热失控现象，建议在缺乏蓄电池温度数据的条件下，经常检查蓄电池浮充电流，使其运行在正常范围；均充的时间、周期和电压值也应根据实际数据调整，并建议由自动改为手动，均充时有人在场。

（6）关于蓄电池定期试验，建议新安装或大修后的阀控蓄电池应进行全核对性充放电试验，以后每2～3年应进行一次核对性试验。站用直流电源系统配置两充两蓄时，应对蓄电池组进行全容量核容；如仅配置一组蓄电池但可用备用蓄电池组作临时代用时，应进行全核对性放电，若无备用蓄电池组可进行50%容量核容。

（7）县级供电企业各方面比较薄弱，是缺陷故障发生的主要场所，应制定出有效的管理和技术方法，如在线核容试验等，提高维护人员的技术水平。同时，确保巡维人员能够准确发现蓄电池外壳是否鼓胀、开裂，是否漏液，是否清洁、干燥、无极柱腐蚀，管理单元工作是否存在异常信号等。

5 结束语

蓄电池缺陷频发，造成事故，说明传统的方法和手段已不能保证直流电源系统的高可靠性。经过对蓄电池典型的缺陷分析，结合理论知识和前人的经验，总结如下：

（1）在运维阶段前的各个环节中，都有可能因错误的行为，造成蓄电池损坏或性能下降。结合品控业务，应在提高准入门槛，加强产品监造等环节的管理，为运维阶段提供良好的基础。

（2）大量的工作及难度集中在运维环节，工作人员应具备一定的专业知识，并配备必要的辅助工具和分析系统，引入精益管理理念，才能及时正确地分析和处理蓄电池缺陷。

（3）为防止蓄电池早期失效，除了早期环节管理外，对于新投运的蓄电池应特别加强检查，及早发现问题并及时处理，才能保障蓄电池长期运行在健康状态。