探讨免维护蓄电池及充电机的运行与维护

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简介：
免维护蓄电池及先进的充电设备为变电所的安全运行及维护提供了可靠的保障。本文针对牡丹江电业局所属各个变电所的免维护蓄电池及充电设备在实际运行中出现的问题进行了分析探讨，总结出一些运行及维护经验。
关键字：免维护蓄电池
运行
* v; j$ n" d$ a6 b维护

$ M! d0 L, t: q3 l: m7 U' _1 引言
变电所的直流系统是继电保护、自动装置和断路器正确动作的基本保证，其稳定运行对防止系统破坏性事故扩大和设备严重损坏至为重要。
随着远动技术和通信技术的发展，牡丹江电业局110KV及以下变电所逐渐改造成无人值班变电所，成立了集控站，对所辖各所进行集中监控及运行维护，各所现场不再保留运行值班人员，这就对蓄电池及充电设备的安全稳定运行提出了更高的要求。
以前，应用较为普遍的有镉镍蓄电池和铅酸蓄电池两种，充电设备采用可控硅整流装置，但这两种蓄电池存在维护工作量大，且复杂等现象，不利于集控站的安全运行。而采用可控硅相控技术的充电设备，在纹波、体积、效率等方面不尽入意，监控系统也不完善，采用主从备份行方式，集控站使用起来不方便，达不到电力系统新的技术标准。另外，由于充电设备与蓄电池并联运行，纹波系数较大，会出现蓄电池脉动充电放电现象，影响蓄电池使用寿命。
1 V9 b$ Q" |& j* a& b2 m0 Q针对以上情况牡丹江电业局于1998年相继更换了一些变电所的直流设备，采用免维护铅酸蓄电池代替镉镍蓄电池，充电设备也逐步采用高频充电装置。免维护铅酸蓄电池具有体积小、重量轻、放电性能高、维护量小等特点，解决了集控站运行维护的需要。
6 h! n1 Y$ \  O$ c4 X2 高频开关电源特点
2.1 高可靠性
% d5 H! h: f( Z. _9 K( `+ C采用开关电源特有的模块化设计，N+1热备份，大大提高了可靠性。系统采用国际90年代的最新技术，所用IGBT器件的耐压水平，电流容量已完全能满足现代电源要求；具有自主均流技术，模块间输出电流最大不平衡度小于±3%。体积小，重量轻，效率高，输出的纹波极小，有利于延长电池寿命。系统采用模块叠加形式，维护方便。
; o: U& |) {# ]  E2.2 高智能化
8 [" y) F- M2 q/ f. R- _9 s" }现代电力电子技术与计算机技术相结合，可实现对电源系统的遥测、遥控、遥信、遥调，满足变电所综合自动化要求实现无人值守。配合使用的监控模块采用大屏幂，液晶汉字显示，声光告警。具有方便易于操作的优点，可通过监控模块进行充电模块参数设置，开关机控制。蓄电池自动管理及保护，实现自动监测蓄电池的端电压，充放电电流，并控制蓄电池的均充和浮充；可按不同型号及种类的蓄电池设置不同的典型充电曲线进行。
3 牡丹江电业局免维护蓄电池及充电设备
3.1武汉电力仪表厂生产
110KV西郊变、东京城变及渤海变蓄电池及充电设备于98年投入运行，充电柜型号GZD33—100/220。电池型号UPS12—300，容量100AH，个数19支，单瓶电压12V，单瓶正常浮充电压13.5—13.8V，均充14.4—14.8V。
& \2 @6 y% T$ `0 E+ G$ k$ K, @蓄电池自动运行过程曲线如下：

3.2哈尔滨九洲电力设备制造有限公司生产
, B/ A8 i3 X; [% v0 G8 C$ ]+ c110KV江南变、西山变、碾变、东郊变、桦林变直流系统于2000年安装投入运行，采用高频开关技术，充电柜型号GZDW111A—200AH/220V，蓄电池型号GFM-200Z，容量200AH，个数108支，单瓶电压2V，单瓶正常浮充电压2.22~2.24V。原理框图如下：

各所直流图如下：

3.3 烟台东方电子生产
# U  @0 T6 z2 ]2 @/ c# L110KV北郊、中心变直流系统于2001年安装投入运行，采用高频开关技术，型号为DF0210A型高频开关直流操作电源系统，蓄电池型号GFM-110Z，容量110AH，个数108支，单瓶电压2V，单瓶正常浮充电压2.22~2.24V，哈尔滨光宇制造。
9 u8 J+ L! k6 ^) j35KV铁岭变、镜泊湖变于2000年安装投入运行，采用烟台东方电子DF0210—220/30直流操作电源系统（可控硅整流型），蓄电池UPS型，容量100AH，个数19支，其它参数同西郊变蓄电池。
4 免维护蓄电池及充电设备的事故分析
7 v0 S. v7 [* {5 h: M牡丹江电业局的各种免维护蓄电池和充电设备，在实际运行中，因为免维护蓄电池不同于以往我们使用的铅酸和镉镍蓄电池，虽然具有日常维护量少，不用补液等优点，但是这不等于日常不用进行维护及运行监视。在实际运行中我们在方面有过深刻的教训。
另外，高频整流电源系统，运行也不同于以往的硅整流直流充电设备，其高度智能化，采用现代的高频整流技术，结合微机技术，这就对我们检修和运行人员提出了更高的要求。不掌握其特点和运行要求势必会造成不必要的损失。
) _+ G. \/ J, c0 Q1 K5 ~! V4.1 西郊变蓄电池长期欠充
西郊变2001年4月21日，10KV西联乙线送电，当操作到西联乙线开关合闸时，开关合不上闸跳跃，各回路红、绿灯闪烁，直流蓄电池组电压降低至140V左右，现场检查发现蓄电池容量下降，容量严重不足，不能满足合闸要求。
经过检修工区和运行工区有关人员现场分析判断，充电机对蓄电池组输出电压为230伏左右，而蓄电池铭牌上要求正常浮充状态电压应为（13.5~13.8）*19=256.5~262.2V伏左右，相差近26.5V蓄电池长期处于欠充状态，容量严重下降，才发生上述现象。现场手动将充电机投在均充位置电压在260V左右，进行均衡充电1个小时后，合闸成功。
/ q' l4 e) `1 [4 L  ]事后通过检修和运行部门的共同检查，当时蓄电池组电压为235伏，与充电机输出电压相同，测量单瓶电压大部分为12V左右，个别蓄电池为11V左右。查看蓄电池上名牌要求单瓶浮充电压应为13.5~13.8V，而按浮充机工作电压235V根本不能满足蓄电池的浮充要求，蓄电池长期处于欠充状态，容量不能满足要求，因为当时蓄电池电压不能达到要求，所以不能进行放电核对其容量，采取以下措施：
调高充电机的浮充、均充、强充电压，使之达到浮充电压：13.6*19=258.6伏；均充电压：14.6*19=277.4伏；强充电压：280.5伏。
6 ^6 Q0 [% [3 O- F7 }) U! ^; y打开充电屏前面板，按图纸找到调节均充、浮充、强充的电位器，首先调节浮充电压，将充电机把手切到均充位置，调节电位器，同时用表测量蓄电池端电压，调节到258.6V；然后依次调节均充、强充电压到相应值。
对蓄电池组进行6个小时的均充，蓄电池组电压为277.4伏。六个小时均充之后，恢复浮充状态进行浮充电运行，蓄电池组电压应为258.6伏
一个月后，蓄电池单瓶电压达到13.5伏以上后进行一次核对性充放电，检查蓄电池的容量和硫化程度。
0 J9 k/ @4 R) O运行人员要经常测试蓄电池组及单瓶电压，使每个蓄电池单瓶电压达到13.5伏以上。
1 V/ i' S5 k+ F6 h  `, W核对后根据情况，对蓄电池采取补救措施；
* J' v; X( A, O% i" p0 K/ r一个月后检修、运行人员对西郊变蓄电池进行了核对性检查，具体过程见表1。

电池序号	9：00分放电前	9：30分放电电流（10A）	10：00分放电电流（10A）
1#	13.4	12.7	12.7
2#	13.5	10.58	10.4
3#	13.5	12.7	12.7
4#	13.5	12.7	12.7
5#	13.6	12.7	12.7
6#	13.6	12.7	11
7#	13.4	8.4	8.4
8#	13.4	12.7	12.7
9#	13.4	10.5	10.5
10#	13.5	12.7	12.7
11#	13.6	10.55	10.5
12#	13.6	12.7	12.7
13#	13.6	12.7	12.7
14#	13.7	12.7	12.7
15#	13.6	12.7	12.7
16#	13.6	12.7	12.7
17#	12.3	7.9	7.9
18#	13.5	12.7	12.7
19#	13.5	12.7	10.5
总	13.5	12.7	12.7

表1

根据表1可以看出个别蓄电池单瓶电压下降较快，而且随着放电时间的延长，单瓶电压落后的蓄电池个数也在增加，因此在放电一小时后停止放电，转入充电状态。
通过这次检查发现，西郊变蓄电池容量明显不足，按要求以0.1C（10A）电流对蓄电池放电，三小时内蓄电池单瓶电压不应低于12V，而这次只经过一小时就有7只蓄电池单瓶电压低于12V，最低的17#电池为7.9V。调高蓄电池组充电电压，经过一个多月的浮充充电，对蓄电池的活化作用不明显，个别蓄电池已经硫化严重。
9 z- @# u1 j8 @& C+ H9 \9 T0 W; q; {经过了解，西郊变蓄电池于1998年12月初安装时，当时没有厂家人员参与，安装人员不了解免维护蓄电池的使用要求，没有认真核对设备运行参数是否满足安全运行的要求，对运行人员也没有正确交代蓄电池组及充电机的运行维护情况，使蓄电池长期在欠充状态下运行，造成蓄电池的硫化。
生产厂家在设备出厂时，对充电机输出的浮充电压、均充电压及强充电压设定值较低，远不能达到蓄电池组的运行要求，造成蓄电池组长期欠充电。安装后两年内检修人员没有对蓄电池进行过核对性充放电，不知道电池的运行情况是否良好，对蓄电池长期欠充情况不了解。错误的以为，免维护蓄电池池就不用维护管理了。
! o/ s7 W" t! r3 o; g) @( F运行人员没有充分了解蓄电池及充电设备的性能，没有对蓄电池的运行状况进行正确的监测，盲目认为免维护蓄电池不用正常测试维护。以上多方面原因使西郊变蓄电池从安装到发现问题，将近两年半的时间没有人员维护监测，造成蓄电池硫化。
东京城、渤海变蓄电池组及充电机均同西郊变为一个厂家生产，吸取以上教训，对这两个所的设备也进行了一次检查。检查发现东京城变蓄电池组及充电机运行状况良好，浮充电压、蓄电池组电压、单瓶电压均满足要求，没有发现问题。渤海变充电设备设置电压也偏低，没有达到蓄电池技术要求，因为所内直流负荷较小，对蓄电池的影响不大，蓄电池的单瓶电压基本复合要求，当时采取措施与西郊变相同。
4.2 GZDW111A直流系统蓄电池浮充电流抖动问题
充电柜型号GZDW111A—200AH/220V，哈尔滨九洲生产，采用高频整流模块作为直流蓄电池充电电源。
. {) m9 \/ [4 L! Y$ l3 n刚投运时，发现蓄电池电流表经常发生抖动现象，经实际测量，发现整流输出模块输出电流不稳定。经分析发现此套设备有三个高频模块同时运行，每个模块额定输出最大电流10A，都投入时能输出30A电流，可以满足对蓄电池进行主充和均充的要求。可是当正常负荷很小时，如正常运行蓄电池浮充电流大约为0.03~0.04A，而直流负荷又不大时，江南变正常负荷电流为2.8A左右，其他各所在3—5A左右，三个模块同时运行运行，每个输出电流还不到1A，这就造成三个模块进行均流控制的困难，使模块输出电流的不稳定，蓄电池充电电流发生抖动，这种现象要是长期下去那么对蓄电池的使用寿命将有很大的影响。
根据以上分析，采取以下措施，将三个模块停用一个，平时只是有两个模块运行，另一个备用，那么运行的模块每个输出电流就达到大约2A，模块输出电流趋于稳定，保证了蓄电池的安全运行。
6 y3 `; _1 F& L$ q$ o3 {! d对于江南变，因为负荷电流太小，停用一个模块后，还是出现电流抖动现象，我们采取在直流负荷回路增加阻性负载的办法来解决。利用闲置的控制回路负荷开关，在屏内接一个500欧姆的电阻，人为增大直流负荷，提高模块的输出电流，也解决了浮充电流抖动的问题。在这里需要注意的是电阻发热，容易烤坏临近的设备和接线，我们就做了一个固定支架，将电阻固定在屏内空间大的位置，这样就避免了影响其他运行设备的问题。采取以上办法，在没有出现此类问题。
4.3东郊变GZDW111A直流系统电压异常告警
2000年11月，东郊变直流屏告警，现场检查发现，电压异常告警，合闸母线电压达到280V左右，此时工作的两块模块的输出电压也异常升高到280V左右，监控单元的故障灯报警，封闭式蓄电池内能够听见“丝丝”的过充电气泡声。
# H0 ~% b+ p/ S  a; ?立即停用充电模块，用蓄电池带所内直流负荷，停用监控模块，此时，直流母线电压恢复正常。首先采取以下措施，断开充电屏的交流电源，使充电设备断电。过几分钟后，给上交流电，投入监控模块和充电模块，故障依旧。初步判断是由于监控模块内部故障引起的电压异常。此时，停用故障的监控、充电模块，将系统内备用模块投入运行。备用模块直接接在直流控制母线上，给控制母线供电，带常规所内直流负荷，开关合闸电流由蓄电池供给。之后经生产厂家来人检查发现，故障出现在监控模块内，有一个监控芯片损坏，造成输出模块电压异常升高，更换芯片后故障消除。
这里要说明，此套设备出现故障时，遇到故障处理不了时，应及时投入备用模块带出直流负荷，保证蓄电池不能过放电。还应联系厂家尽快来人处理。
5 r4 [' ]  B8 p, n" H- @4.4 结论
以上是我们在几年运行中遇到的典型问题，由此我们可以看出，免维护蓄电池不能认为是投入运行后就不需要人员来维护，只是相对其它蓄电池不需要加水，减少了维护量。运行中还是需要监视其运行状态的。而充电设备由相控设备逐渐发展到高频电源设备，在实时监测和智能化管理功能上有了很大的进步，但也存在不利于现场人员维修的问题。
5 免维护蓄电池和高频充电设备的运行维护
免维护铅酸蓄电池为连续浮充电应用设计的，也可用于循环充放电使用。充电方法必须采用限流—恒压方法进行。蓄电池在恒压充电时电流逐渐减少，并最终趋于稳定，如果降至0.01C10以下，并保持3—5小时基本不变时这表明电池已基本充饱，可以转浮充运行。充电机均可以根据根据事先设定好的运行参数，自动完成蓄电池的恒流充电、恒压充电和浮充电过程。
充电设备的参数，根据所配蓄电池的参数进行调整正确，一定要保证浮充电压、均充电压在合格范围内，保证蓄电池正常浮充电运行，不至于造成过充、过放电。参数设定好后，如无特殊需要，不要随意更改。
蓄电池可以在-20C—+50℃内使用。有效的工作温度5—35℃，如果要获得最佳的使用寿命应在15—25℃环境下使用。
0 _' [* {" m4 S2 S  [蓄电池在运输、储存和安装过程中若时间很长会失去一定容量。如果不需校核容量，当电池开路端电压≥2.13V时可以直接投入浮充运行，但开路端电压<2.13V时应先进行均衡充电，然后投入浮充运行。（额定电压12V蓄电池，端电压为12.8V）
% C2 j, a* d$ l; P) d( Q7 V为保证电池有足够的容量，每年要进行一次容量恢复试验，让电池内的活化物质活化，恢复电池的容量。其主要方法是将电池组脱离充电机，在电池组两端加上可调负载，使电池组的放电电流为额定容量的0.1倍，每半小时记录一次电池电压，直到电池电压下降到1.8V／只(对于2V／只的单体电池)或10.8V／只(对于12V／只的单体电池)后停止放电，并记录时间。静置2小时后，再用同样大小的电流对蓄电池进行恒流充电，使电池电压上升到2.35V／只或14.1V／只，保护该电压对电池进行8小时的均衡充电后将恒压充电电压改为2.25V／只或13.5V／只，进行浮充充电。上述方法，可以放出蓄电池容量的80%，由于考虑到安全运行，也可以放出蓄电池容量的30~50%左右，这需要查蓄电池的放电曲线来进行。
% w: d& w3 F1 {( `# g每月应测一次电池单体电压及终端电压，检查充电设备运行参数是否在合格范围之内，有无故障告警信号。检查一下外观有无异常变形和发热。浮充总电压应达到蓄电池要求，并保持在1%之内。
不要单独增加或减少电池组中几个单体电池负荷，这将造成单体电池容量的不平衡和充电的不均一性，降低电池寿命。如在整组电池抽出一部分做其它电源，或充电不在一起，放电时叠加一起。
! ^% i  }$ T% i8 U9 n正常浮充运行是不需要均衡充电，如发现出现以下情况应进行均衡充电：
9 m1 r  K$ q) n5 @1 {1 正常浮充时，蓄电池单体电压偏差超过0.1V。
1 B0 J+ f. D3 w; ?8 ^7 ~6 h. x2 个别单体电池电压低于2.18V或13.4V。
/ O6 k. n. V3 M5 U  _3 S3 长期达不到浮充要求，每半年进行一次。
4 放电后24小时之内未及时充电。
5 长期小电流深度放电。
6 过流放电（电流大于规定20%）和过量放电（超过额定容量10%应立即进行均衡充）。
7蓄电池因单只容量不够需更换时，只能一次性全部更换，不能仅把性能指标不够的蓄电池单独更换下来，否则会因蓄电池的内阻不平衡而影响整组电池的发挥，缩短整组电池的使用寿命。
2 n0 r: j9 g% u8高频电源系统，采用模块化设计，当出现故障时，可以立即投入备用模块，恢复直流供电，保证蓄电池不能过放电。
: X; w  h7 y9 Z( {6 结论
  A8 e: n' U6 p4 [% {# M4 n/ P7 X经过几年的实际运行，我们逐渐摸索出免维护蓄电池及充电设备运行使用维护的一些经验，对出现的问题能够进行处理和解决，保证了直流设备的安全运行。同时根据实际取得的经验修编了蓄电池运行使用规定，完善到运行规程中去，使运行、检修人员便于监护、维护蓄电池。现在我局各变电所的直流设备运行很稳定。

baijie6453

我们厂的GMP的整流模块运行没有什么问题，但是GJA-T监控仪确报模块故障的信息，是否可以请教一下。

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谢谢 新年快乐

bdlzh

写得比较详细