变电站阀控式铅酸蓄电池在线监测与失效机理研究

1、变电站阀控式铅酸蓄电池在线监测与失效机理研究 摘 要：因变电站继电保护与直流系统是密不可分的，直流系统在变电站或换流器内充当着不可替代的作用。唯有直流系统的可靠运行，才能保证保护正确动作性，保证换流器内相关器件的稳定运行。然而，多年的运行经验表明，蓄电池的实际使用寿命往往比理论上的使用寿命要短得多，使用环境恶劣或者是内部电解液失效等都有关联。因变电站内直流电压是基本恒定的，当个别蓄电池失效将会导致整体直流段的电压偏小，则整组蓄电池失效。因此，有必要对蓄电池监测与控制，以及对失效机理研究，为变电站直流电池安全稳定运行提供美好环境。 关键词：可靠性；蓄电池；工作原理；失效机理 引言 随着电力系统的

2、发展，电系统的电压等级越来越高，同时其高压直流系统的大量出现，间接地对电力系统的安全稳定性提出更高的要求，其中，对短路电流应该有特别灵敏的保护，而在保护配置方面，大多数采用比较稳定的直流电压。但，为了保证直流电压稳定性，电站上一般配套了两套直流装置。其中一套即是靠直流蓄电池来供电，所以直流蓄电池的作用是不可以替代的。随着近年来的电网加大建设，变电站大量的增多，导致对直流需求方面越来越强烈，而相应的变电站直流系统专业素质还比较落后，迫切需要加大培训力度，提高专业技术水平。所以对直流蓄电池的维护研究与探讨仍存在大量的空白。 1 蓄电池的发现历程 在50年代之前，我国国内变电站站用开口铅酸蓄电池，然

3、而多年的运行经验表明，这种电池质量性较差，具体表现在不耐振，易漏液、充电要求高，且寿命相对较短，随着技术科技的发展，到了70到80年代时候，新型的一种蓄电池发现：锡一镍蓄电池。这种电池基本采用的是成套装置，它们有以下相关方面的优点：（1）体积小；（2）安装维护方便；（3）可靠性高；（4）不污染环境；（5）关键它们使用寿命长、维护周期长。另外，它还有一个特别优点，那就是可以连续多次提供高倍率的大电流放电。这样，当变电站内控制回路或者是相关跳合闸线圈上就有着非常稳定恒定的直流电压。非常的适应断路器合闸使用，所以，慢慢的被现代变电站所广泛的接受。但是，并非是免维护，当然还是要按照相关国标进行周期检测

4、，周期维护试验的。 2 蓄电池在线监测的必要性 因新型的大量新产品、新设备、新技术在变电站内得到广泛推广，电网的进一步扩大，对变电站内直流系统安全稳定的需求进一步提升，所以在日常直流系统维护中，都要做好相应记录，定好周期进行充放电实验。每一次实验都应该仔细认真的检测每一个蓄电池的放电电压、电流、还有放电时间，并与以前相关数据进行比较，因为蓄电池的性能恶化是渐进的，一两次的试验一般是无法发现其放电异常或者是其它方面的异常。所以说很难完全掌握设备的健康状况，这就进一步要求了运维人员要进行长期性、周期性的的观察和记录，另外，因蓄电池的放电持续时间长，好多变电站并未真正的开展这方面的放电工作。所以现在

5、要求，变电站值守人员在巡视设备同时，还应对直流设备的运行状态进行定期检查，过早的发现直流电池的缺陷，如漏液等，并且及时的进行处理，这间接的要求了如果有一种在线实时监测装置，则会大大提高其准确率，并且给少许多人工工作量，则是一件特别重要有意义事情。 3 阀控式铅酸蓄电池的密封原理 阀控式铅酸蓄电池，也是现在经常所叫的密封铅酸蓄电池，它另外一个名字称为vrla电池。在电池内部主要发生负极吸收原理，/氧气复合循环的化学过程，来达到密封目的。在电池的负极，它把过量的活性物质进行吸收，而在铅酸蓄电池在充电后期，负极不再吸收活性物质了，相反，它的析氢反应受到抑制，而正极析出的氧气能被负极吸收，这就是经常所

6、说一个周期循环过程即/氧气复合循环。在此循环过程中，蓄电池内部的氧气被消耗，从而实现蓄电池的密封。当电池处于正极充电态时，它的充电量在7%以上时，开始析出氧气，如下公式所示。 以上所述，阀控式密封铅酸蓄电池因自身强大的优势，主要表现为维护周期时间长，充电、放电效率高的特别，被广泛应用于在变电站直流系统中。但是随着供电系统对直流供电电压稳定性与可靠性要求的越来越高，而传统的蓄电池的缺点表现越来越明显，急需出现一种新的蓄电池来更替旧的蓄电池。紧随着现代因阀控蓄电池阀控式的现身，取代了旧的蓄电池，但随着又引来了一个新课题，那就是，人们无法准确掌握蓄电池的健康状况，如何实现在线侦测，在线掌握蓄电池的支

7、行情况，因为我们都知道一旦蓄电池发生故障，导致于直流电压不稳定，或者是偏大或小，这样可能导致保护装置可能发生误动。进步使供电系统遭受巨大的损失。所以说，蓄电池在线监测技术是以后发展的必然课题，如何实现在线侦测，如何让蓄电池维护周期更长，进步减少维护工作量，如何提高蓄电池维护的效果，随时随地的掌握蓄电池的性能状况，这些措施的最终结果是尽可能的去延长蓄电池的使用寿命，让变电站内的直流系统安全与稳定性更一步得到提高。其中，铅酸蓄电池内部化学反应图见图1。 4 阀控式铅酸蓄电池的失效机理 4.1 正极板失效机理 正极在充电过程中是失电子的，不会生成氢气，是生成氧气；同时，在正级生成氧气后在富液式铅酸蓄

8、电池中容易释放到空气中，在阀控式铅酸蓄电池中会转移到负极与活性物质铅反应，或与炭材料反应。正极板栅腐蚀的根本原因是铅及铅合金的热力学不稳定性。当电极电动势大于-0.3v时，其处于热力学不稳定状态充电时，正极本来就处于阳极氧化过程，硫酸铅与水氧化成二氧化铅的电位、析氧电位、铅氧化成铅离子电位、铅与氧气氧化成二氧化铅的电位，本来就挤在一起，都随着充电过程溶液浓度以及电压的变化参与反应，正极腐蚀是因为不论充放电正极板栅都除以高电位的状态下因此板栅容易腐蚀。 4.2 负极板栅失效机理 负极失效的主要原因是负极上发生梳酸盐等相关化学反应。当蓄电池组长期充电不足时候，就会在负极板上产生活性物质，在负极表面

9、的附着，这样对电池寿命严重不好。当电池处于半放电状或者处于长期储存不使用时，因为外界环境的温度的变化性，电池内部的硫酸铅会发生再结晶。这种结晶是一种白色的固体颗粒，质地坚硬而粗大的，其化学物质为硫酸铅，因为它长期在电池内部存在，活性日久会失去，以后再无法参与化学反应，这种现象叫做活性物质的硫酸化。由上述反应过程日积月累，硫酸铅越积越多，活性物质会越变越少，则容量渐渐降低，电池的气体吸收能力缓缓减弱，久之电池可能会失效。 5 结束语 因变电站二次系统负载，特别是继电保护这一块，与直流系统是密不可分的。蓄电池为变电站内的控制回路中的线圈或者直流电机提供可靠、安全、稳定的直流电压，唯有直流系统的可行运行，才能保证保护正确动作性。因此，文章针对蓄电池的稳定性、可靠性进行关于监测的必要性、失效机理方