变电站用蓄电池组重组后的试验及运行情况分析 田秋松，毅，贾颖涛 （国网运行１ ０００ ｋＶ特高压南阳站，河南南阳４７３０００） 摘要：新投运２２０ Ｖ直流蓄电池组运行一年后，对部分不合格蓄电池进行了更换，本文仅对重组 后试验和运行情况进行分析。 关键词：更换；蓄电池；试验现象；运行情况；分析 中图分类号：ＴＭ９１２．１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６－－０８４７（２０１０）０６—２６７—０４ Ａｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｒｅｃｏｍｂｉｎｅｄ ｌｅａｄ－ａｃｉｄ ｂａｔｔｅｒｙ ｉｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ＴＩＡＮ Ｑｉｕ－ｓｏｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ—ｙｉ，ＪＩＡ Ｙｉｎｇ—ｔａｏ （Ｓｔｔａｅ Ｇｉｒｄ Ｄｐｅｒａｔｉｏｎ １０００ ｋＶ ＵＨＶ Ｎａｎｙａｎｇ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ，Ｎａｎｙａｎｇ Ｈｅｎａｎ ４７３０００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ２２０ Ｖ ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｅａｄ—ａｃｉｄ ｂａｔｔｅｒｙ ｗａｓ ｐｕｔ ｉｎｔｏ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｏｎｅ ｙｅａｒ，ｐａｒｔ ｏｆ ｌｅａｄ——ａｃｉｄ ｃｅｉｌｓ ｆａｉｌｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｗａｓ ｃｈａｎｇｅｄ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｄｅ ａｎ ａｔｔｅｍｐｔ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ ａｆｔｅｒ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｅａｄ—ａｃｉｄ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｈａｎｇｅ；ｌｅａｄ——ａｃｉｄ ｂａｔｔｅｒｙ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ；ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ；ａｎａｌｙｓｉｓ １引言 电压时结束，所用时间ｔ＝９．５ ｈ，得到容量Ｃ＝３８０Ａｈ， 容量未达到１００％。又进行两次充／放电循环试验 铅酸蓄电池在直流系统中是不可缺少的设备， 后，放电容量仍未达到１００％，选出试验结束时单 １ ０００ ｋＶ特高压南阳站的蓄电池组是由１０４只标称 只蓄电池电压低于１．８１ Ｖ的共计１６只，占整组 电压为２．２５ ｖ的德国霍佩克产６０ＰｚＶ４２０型阀控式 （１０４只）的１５％。考虑到２２０ Ｖ直流电源在特高 铅酸（ＶＲＬＡ）蓄电池组成【 】的。２２０ Ｖ直流电源作为 压变电站的重要性，同时仅运行１年半就有ｌ５％ 特高压变电站的重要组成部分，直接关系到控制保 的蓄电池出现此问题，须对其进行更换。更换后又 护系统的稳定运行。 对整组蓄电池进行了两次核对性充／放电循环试 ２００８年１Ｏ月该组蓄电池投入运行，２０１０年４ 验，试验结果是放电容量达到１００％，满足放电终 月进行整组核对性容量试验，按恒流放电厶。＝４０ Ａ， 止电压大于１．８ Ｖ的要求［２－３］。 终止电压为Ｕ＝１８７．２ Ｖ进行试验，试验以到达终止 在更换后的充／放电循环试验中，出现了新电 池终止电压较高，而浮充电压较低的现象。更换投 运初期，新电池在蓄电池组中浮充运行电压较其他 电池低，经过近１０个月的运行后，新电池的浮充 收稿日期：２０１１－０４—０２ 运行电压有所提高。 ．１ Ｃｈｉｎｅｓｅ ＬＡＢＡＴ Ｍａｎ ｌ ２更换电池后整组蓄电池充／放电现象分析 更换后充／放电循环试验出现：放电终止时， 蓄电池组中新电池终止电压较高；充电完成时（转 为浮充），蓄电池组中新电池的浮充电压较低。 ２．１现象分析 假定充／放电试验是在恒定温度（２５℃）下 进行的，电池电压可以看成是由一个电压源 和 一个内阻ｒ组成的，且日的值恒定。 在充电时，充电电压用 表示，充电电流用 表示，充电态内阻用ｒｌ表示，如图１所示： 图１蓄电池充电原理图 有此可得出： Ｕ１＝ＥＩ＋ｊｌ×ｒ１ （１） 在放电时，放电负荷电压用 表示，充电电 流用厶表示，放电态内阻用ｒ２表示，如图２。 图２蓄电池放电原理图 瑚 啪的∞ｏ 可得出： 醯 ５ Ｕ２＝ 一 Ｘ ｒ２ （２） 根据式（１）、 （２）可知，Ｕ 和 是在充／放 电试验中所测电池两端的电压，由于蓄电池组由 １０４只蓄电池串联组成，试验时流过每只蓄电池的 充／放电电流是相同的，所以 和 的大小完全 取决于蓄电池的内阻。 通常情况下蓄电池的内阻可分为两种状态来考 虑：充电态内阻（指电池完全充满电时的所测量到 的电池内阻）和放电态内阻（指电池充分放电后 或放电到标准的截止电压时，所测量到的电池 内阻）。 通过图３可看出，放电态的内阻是不稳定的， 一般情况下测量结果比正常值高出许多，而充电态 内阻相对比较稳定，测量这个数值具有实际的比较 图３不同放电倍率下的蓄电池的内阻变化曲线 意义。因此在电池的测量过程中，都以充电态内阻 做为测量的标准 ］。 无论是充电态内阻还是放电态内阻，新蓄电池 的内阻都较运行过蓄电池的内阻小，即ｒＩ、ｒ２均小 于整组其他蓄电池的内阻，所以才出现这样正常的 现象。 ３更换后整组蓄电池的运行工况分析 ３．１电池管理微机设置 电池的管理功能主要有如下内容： （１）显示蓄电池电压和充／放电电流，当出 现过压、欠压时告警。 （２）设有温度变送器测量蓄电池的环境温度， 当环境温度偏离２５ ｃｊＣ时（蓄电池在２５℃的环境下 可获得较长的寿命） ，自动调节充电模块的输出 电压，实现浮充电压温度补偿。 （３）温度补偿系数一般设定为一３—一５ ｍＶ／￣Ｃ 单只电池。即当环境温度高于２５ ｃＣ时，充电电压 降低Ｕ一；反之，则充电电压升高Ｕ＋。温度变化后 充电电压变化Ｕ 计算如下： Ｕ ＝／３ Ｘ Ｋ Ｘ Ｔ 式中： 广每个蓄电池组单体电池只数； Ｋ一温度补偿系数，一般取５ ｍＶ； ｒＪ 温度较基准温度２５℃的变化。 （４）自动均充设置，当下述的条件之一成立 时，系统自动启动均充： ①系统连续浮充运行超过了设定的时间（３ 个月）； ②交流电源发生故障，蓄电池放电超过 １０ｍｉｎ。 自动均充电程序：以整定的充电电流进行稳流 充电，当电压逐渐上升到均充电压设定值时，自动 转为稳压充电，当充电电流小于０．０１ Ｃ 。Ａ后延时 一定时间（１０ｍｉｎ）后，自动转为浮充运行罔。充 电曲线见图４。 图４自动均浮充曲线图 （５）充电机设置（２５℃） 浮充电压：２３５ Ｖ；均充电压：２４４．４ Ｖ ３．２环境温度设置 蓄电池室内防爆空调设置环境温度为２５℃。 ３－３运行工况分析 影响ＶＲＬＡ蓄电池使用寿命的两个重要因素 是温度和浮充电压。温度和浮充电压的变化会给 ＶＲＬＡ蓄电池带来严重危害，影响使用寿命和实时 容量。目前电池运行环境温度基本恒定（２５ ｃＣＩ）；浮 充电运行中当浮充电压值偏离标准值（２５℃）时，充 电机自动调节充电模块的输出电压，实现浮充电压 温度补偿 。 对整组蓄电池而言，不存在蓄电池运行环境温 度偏离理想温度、浮充电压偏离实时基准值对蓄电 池造成的危害，现处于运行最佳工况；而单只蓄电 池在浮充状态下的端电压不均衡，是这种有１５％ 新电池组成的电池组长期存在的问题。 ４新蓄电池在整组蓄电池中的运行情况分析 对刚投运的蓄电池组，蓄电池组在正常浮充状 态下运行３～６个月，蓄电池端电压与平均值的偏 差应不大于±Ｏ．０５ Ｖ。对于此组蓄电池的情况而 言，一般要以标称电压２．２５ Ｖ为平均值基准，在 其．４－０．１ Ｖ浮充电压差范围内运行都认为是正常的 （运行２年后蓄电池组），即单体电池浮充运行电压 为２．１５ ２．３５ Ｖ。 ４．１理论分析 对同批次的新蓄电池组而言，通常内阻较小， 连接端子面的电阻也较固定，单体蓄电池端电压会 由离散逐步趋向接近，但在浮充一段时间后，蓄电 池的内阻会显现不均衡，原因可能是温度升高，或 者蓄电池正负两端连接条的接触稍微差一些（有可 能是极柱爬酸、连接螺栓略松造成）等，使单体蓄 电池的浮充电压发生变化。况且在限定的整组浮充 电压下，部分蓄电池的浮充电压略高势必有另一部 分蓄电池的浮充电压略低，就会造成一部分蓄电池 过充电，另一部分蓄电池欠充电。 由２．１现象分析也可知，对这种有１５％新蓄 电池组成的蓄电池组而言，内阻差异是造成单只蓄 电池浮充端电压不均衡的主要原因。 ４．２运行情况分析 在更换蓄电池投运初期，所有新蓄电池在蓄电 池组中的浮充运行电压都低于２．１５ Ｖ，经过１Ｏ个 月的浮充运行，新电池的内阻和实际端电压变化情 况见表１。 虽然电池的电导跟电压之间没有对应的关 系㈣，但由表１可知，在测量浮充运行电压时单只 电池的内阻变化与其浮充运行电压增长是有对应关 系的，所以应尽量减小人为误差。 要根本解决此问题，只有将均衡的浮充电压真 正落实到每只单体电池上，使单只电池的浮充电压 相同，即为均压，同时还要使各只电池工作在浮充 运行状态下，且保持小浮充电流３ ｈ不变，使单只 电池均处于充足状态，即为荷满。同时具备均压、 荷满两个条件才能解决此问题，才能真正实现蓄电 池在线诊断 ］。 ５结语 部分蓄电池更换后循环充／放电试验中出现新 电池终止电压较高、浮充电压较低现象是正常的； 对整组蓄电池而言，控制温度和浮充电压是达到最 佳运行工况的两个必要条件；在限定的整组浮充运 行电压下，内阻差异是造成一部分电池过充电而另 一部分电池欠充电的主要原因。虽然经过一段时问 表１ 新蓄电池内阻和实际端电压变化情况 注：采用电导法在线测量，测量时线夹直接与壳外极柱全部接实，厂家参考内阻为０．５５４ ｍｎ。 运行，可以使蓄电池的运行浮充电压差减小，但是 要根本解决问题只有满足均压、荷满两个条件才 可，这也为蓄电池在线诊断奠定了基础。 参考文献： ［５］于雷．蓄电池内阻在线测量方法的研究［Ｒ／ＯＬ］．中 国工控网，２００９． ［６］张光亚，秦万明．变电站阀控铅酸蓄电池的运行 与维护［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００６：３５—３９． ［７］管雄俊．关于阀控式密封铅酸蓄电池的使用寿命 ［Ｊ］．通信电源技术，１９９７，（３）：２５—２６． ［１］国家电网公司１０００ ｋＶ晋东南一南阳一荆门特 高压交流试验示范工程高频直流电源技术协议 ［Ｍ］．２００７． ［８］ＪＫＱ２０００Ｄ集中监控器使用说明书［Ｍ］．深圳奥特 迅电力设备有限公司，２００５． ［９］刘军，尚博，王彬．目前变电站蓄电池浮充电运行 的问题分析与研究［Ｊ］．蓄电池，２００７，（３）： ｌ３５－１３７． ［２］ＤＬ／Ｔ７２４—２０００．电力系统用蓄电池直流电源装置 运行与维护技术规程［Ｓ］．北京：中国电力出版社， ２００１． ［１０］桂长清，柳瑞华．密封铅酸蓄电池内阻分析 电 池，２０００，（１）：１９—２１． 【３］ＤＬ／Ｔ６３７—１９９７．阀控铅酸蓄电池订货技术条件 ［Ｓ】．北京－中国电力出版社，１９９８． ［４］高效岳，曹国庆．密封铅蓄电池内阻及变化行为 电源技术，１９９２，（５）：１３—１６． ［１ １］丁涛，彭伟．荷满、均压是通信用阀控式铅酸蓄 电池在线诊断的必要条件［Ｒ／ＯＬ］．中国通信运维 网，２００８—０１—１０．
