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1、變電站閥控式鉛酸蓄電池在線監(jiān)測與失效機理研究 摘 要：因變電站繼電保護與直流系統(tǒng)是密不可分的，直流系統(tǒng)在變電站或換流器內充當著不可替代的作用。唯有直流系統(tǒng)的可靠運行，才能保證保護正確動作性，保證換流器內相關器件的穩(wěn)定運行。然而，多年的運行經驗表明，蓄電池的實際使用壽命往往比理論上的使用壽命要短得多，使用環(huán)境惡劣或者是內部電解液失效等都有關聯(lián)。因變電站內直流電壓是基本恒定的，當個別蓄電池失效將會導致整體直流段的電壓偏小，則整組蓄電池失效。因此，有必要對蓄電池監(jiān)測與控制，以及對失效機理研究，為變電站直流電池安全穩(wěn)定運行提供美好環(huán)境。 關鍵詞：可靠性；蓄電池；工作原理；失效機理 引言 隨著電力系統(tǒng)的

2、發(fā)展，電系統(tǒng)的電壓等級越來越高，同時其高壓直流系統(tǒng)的大量出現，間接地對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性提出更高的要求，其中，對短路電流應該有特別靈敏的保護，而在保護配置方面，大多數采用比較穩(wěn)定的直流電壓。但，為了保證直流電壓穩(wěn)定性，電站上一般配套了兩套直流裝置。其中一套即是靠直流蓄電池來供電，所以直流蓄電池的作用是不可以替代的。隨著近年來的電網加大建設，變電站大量的增多，導致對直流需求方面越來越強烈，而相應的變電站直流系統(tǒng)專業(yè)素質還比較落后，迫切需要加大培訓力度，提高專業(yè)技術水平。所以對直流蓄電池的維護研究與探討仍存在大量的空白。 1 蓄電池的發(fā)現歷程 在50年代之前，我國國內變電站站用開口鉛酸蓄電池，然

3、而多年的運行經驗表明，這種電池質量性較差，具體表現在不耐振，易漏液、充電要求高，且壽命相對較短，隨著技術科技的發(fā)展，到了70到80年代時候，新型的一種蓄電池發(fā)現：錫一鎳蓄電池。這種電池基本采用的是成套裝置，它們有以下相關方面的優(yōu)點：（1）體積?。唬?）安裝維護方便；（3）可靠性高；（4）不污染環(huán)境；（5）關鍵它們使用壽命長、維護周期長。另外，它還有一個特別優(yōu)點，那就是可以連續(xù)多次提供高倍率的大電流放電。這樣，當變電站內控制回路或者是相關跳合閘線圈上就有著非常穩(wěn)定恒定的直流電壓。非常的適應斷路器合閘使用，所以，慢慢的被現代變電站所廣泛的接受。但是，并非是免維護，當然還是要按照相關國標進行周期檢測

4、，周期維護試驗的。 2 蓄電池在線監(jiān)測的必要性 因新型的大量新產品、新設備、新技術在變電站內得到廣泛推廣，電網的進一步擴大，對變電站內直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定的需求進一步提升，所以在日常直流系統(tǒng)維護中，都要做好相應記錄，定好周期進行充放電實驗。每一次實驗都應該仔細認真的檢測每一個蓄電池的放電電壓、電流、還有放電時間，并與以前相關數據進行比較，因為蓄電池的性能惡化是漸進的，一兩次的試驗一般是無法發(fā)現其放電異常或者是其它方面的異常。所以說很難完全掌握設備的健康狀況，這就進一步要求了運維人員要進行長期性、周期性的的觀察和記錄，另外，因蓄電池的放電持續(xù)時間長，好多變電站并未真正的開展這方面的放電工作。所以現在

5、要求，變電站值守人員在巡視設備同時，還應對直流設備的運行狀態(tài)進行定期檢查，過早的發(fā)現直流電池的缺陷，如漏液等，并且及時的進行處理，這間接的要求了如果有一種在線實時監(jiān)測裝置，則會大大提高其準確率，并且給少許多人工工作量，則是一件特別重要有意義事情。 3 閥控式鉛酸蓄電池的密封原理 閥控式鉛酸蓄電池，也是現在經常所叫的密封鉛酸蓄電池，它另外一個名字稱為vRLA電池。在電池內部主要發(fā)生負極吸收原理，/氧氣復合循環(huán)的化學過程，來達到密封目的。在電池的負極，它把過量的活性物質進行吸收，而在鉛酸蓄電池在充電后期，負極不再吸收活性物質了，相反，它的析氫反應受到抑制，而正極析出的氧氣能被負極吸收，這就是經常所

6、說一個周期循環(huán)過程即/氧氣復合循環(huán)。在此循環(huán)過程中，蓄電池內部的氧氣被消耗，從而實現蓄電池的密封。當電池處于正極充電態(tài)時，它的充電量在7%以上時，開始析出氧氣，如下公式所示。 以上所述，閥控式密封鉛酸蓄電池因自身強大的優(yōu)勢，主要表現為維護周期時間長，充電、放電效率高的特別，被廣泛應用于在變電站直流系統(tǒng)中。但是隨著供電系統(tǒng)對直流供電電壓穩(wěn)定性與可靠性要求的越來越高，而傳統(tǒng)的蓄電池的缺點表現越來越明顯，急需出現一種新的蓄電池來更替舊的蓄電池。緊隨著現代因閥控蓄電池閥控式的現身，取代了舊的蓄電池，但隨著又引來了一個新課題，那就是，人們無法準確掌握蓄電池的健康狀況，如何實現在線偵測，在線掌握蓄電池的支

7、行情況，因為我們都知道一旦蓄電池發(fā)生故障，導致于直流電壓不穩(wěn)定，或者是偏大或小，這樣可能導致保護裝置可能發(fā)生誤動。進步使供電系統(tǒng)遭受巨大的損失。所以說，蓄電池在線監(jiān)測技術是以后發(fā)展的必然課題，如何實現在線偵測，如何讓蓄電池維護周期更長，進步減少維護工作量，如何提高蓄電池維護的效果，隨時隨地的掌握蓄電池的性能狀況，這些措施的最終結果是盡可能的去延長蓄電池的使用壽命，讓變電站內的直流系統(tǒng)安全與穩(wěn)定性更一步得到提高。其中，鉛酸蓄電池內部化學反應圖見圖1。 4 閥控式鉛酸蓄電池的失效機理 4.1 正極板失效機理 正極在充電過程中是失電子的，不會生成氫氣，是生成氧氣；同時，在正級生成氧氣后在富液式鉛酸蓄

8、電池中容易釋放到空氣中，在閥控式鉛酸蓄電池中會轉移到負極與活性物質鉛反應，或與炭材料反應。正極板柵腐蝕的根本原因是鉛及鉛合金的熱力學不穩(wěn)定性。當電極電動勢大于-0.3V時，其處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)充電時，正極本來就處于陽極氧化過程，硫酸鉛與水氧化成二氧化鉛的電位、析氧電位、鉛氧化成鉛離子電位、鉛與氧氣氧化成二氧化鉛的電位，本來就擠在一起，都隨著充電過程溶液濃度以及電壓的變化參與反應，正極腐蝕是因為不論充放電正極板柵都除以高電位的狀態(tài)下因此板柵容易腐蝕。 4.2 負極板柵失效機理 負極失效的主要原因是負極上發(fā)生梳酸鹽等相關化學反應。當蓄電池組長期充電不足時候，就會在負極板上產生活性物質，在負極表面

9、的附著，這樣對電池壽命嚴重不好。當電池處于半放電狀或者處于長期儲存不使用時，因為外界環(huán)境的溫度的變化性，電池內部的硫酸鉛會發(fā)生再結晶。這種結晶是一種白色的固體顆粒，質地堅硬而粗大的，其化學物質為硫酸鉛，因為它長期在電池內部存在，活性日久會失去，以后再無法參與化學反應，這種現象叫做活性物質的硫酸化。由上述反應過程日積月累，硫酸鉛越積越多，活性物質會越變越少，則容量漸漸降低，電池的氣體吸收能力緩緩減弱，久之電池可能會失效。 5 結束語 因變電站二次系統(tǒng)負載，特別是繼電保護這一塊，與直流系統(tǒng)是密不可分的。蓄電池為變電站內的控制回路中的線圈或者直流電機提供可靠、安全、穩(wěn)定的直流電壓，唯有直流系統(tǒng)的可行運行，才能保證保護正確動作性。因此，文章針對蓄電池的穩(wěn)定性、可靠性進行關于監(jiān)測的必要性、失效機理方面內容進行全方面的研究，對電力設備的安全運行具有十分重要的可行性、參考性的意義。 參考文獻 1周志敏，周紀海.閥控式密封鉛酸蓄電池實用技術M.北京：中國電力出版社，2004：1. 2吳建國.VRLA蓄電池運行維護和試驗數據分析J.電子測試，2007，7：75-78.第 6 頁 共 6 頁