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北京铅酸蓄电池制造商变电站蓄电池开路检测方法及预防措施简介
2020-05-24 15:35:23
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东营铅酸蓄电池

  

  变电站蓄电池作为DC系统最薄弱环节的最后一道防线,在交流故障时能够可靠地为站内重要设备供电。确保安全装置的正确运行是保证电网安全运行的重要条件。目前,大多数变电站使用阀控式铅酸蓄电池。经过几年的使用,容量将会下降,内部阻力将会增加,醉最终会失败。

  变电站中使用的操作电源具有高电压电平,该高电压电平通常由数十个甚至数百个串联连接的电池单元组成,以形成相应的电压电平。这意味着任何单个电池的异常都会导致整个电池组的性能急剧下降。特别是当单个单元打开时,它将导致整个电池组的故障,并且最大化最终将导致严重的变电站事故。

  由于电池本身的设计、生产、使用和维护,电池的故障和报废时有发生。然而,由于阀控式铅酸蓄电池内部的密封环境,无法对其内部状况进行定期检查,这使得阀控式铅酸蓄电池存在较大的潜在开路风险。我国许多变电站事故都与DC系统有关,而蓄电池是DC系统的薄弱环节。

  2013年3月,中国南方电网公司的一个220千伏变电站被切断,导致电池组无法向DC供电,导致事故扩大。解剖故障电池后,发现里面有一个断路。2015年1月,一个35kV变电站在常规定期切换测试中出现电池开路故障,导致整个变电站的DC母线失压,所有保护均停止运行。

  2015年9月,国家电网的一个220千伏变电站因暴雨而出现交流电源故障。由于蓄电池容量不足,DC公交车在处理故障的过程中失去了压力。对故障电池进行解剖后,发现内部负极母线和负极明显断裂,腐蚀严重。

  变电站DC系统的蓄电池长期处于浮充状态。电压检测仪报告的电压过高信息可能是由于电池过度充电造成的。在线电压监测很难找到开路电池。离线电池检测可以通过开路电压、内阻等初步判断电池是否开路。然而,变电站中的离线电池检测是定期进行的,zui每隔一个季度检查一次。两次测试之间的时间间隔相对较长,并比较了在此期间电池开路的风险。


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  1电池开路的主要原因及检测方法

  1.1连接条开路及其检测方法

  当使用电池时,一些连接点的腐蚀和氧化将导致开路。例如,如果在安装过程中没有拧紧连接条的螺钉,连接条将会烧坏并在很长时间后断开电路。电池所处的环境导致电池连接条被腐蚀,这将导致长时间开路。如果长时间不检查和维护电池,连接条的老化和断开也会打开电池。通常,在连接带打开之前会有一个逐渐变化的过程。如果变电站维护人员定期对电池组进行目视检查,将更容易发现。1.2电池开路的主要原因及检测方法

  普通2V  300AH电池的内阻一般约为0.5m,在放电过程中,电池内阻产生的反向端电压非常小。内阻越大,反向端电压越大。前端的电压降逐渐增加。当单个电池的内阻增加到一定值时,电池前端的电压几乎为零。如果内阻进一步增加,将产生反向电压,从而影响电池组的外部放电。

  阀控式铅酸蓄电池一旦因开路而失效,往往会出现正极板栅腐蚀、失水、热失控、负极板母线腐蚀、硫酸盐化等故障。这些故障将导致电池的内阻变大。

  1)电池失水和热失控

  失水是阀控式铅酸蓄电池特有的故障。在使用过程中,过高的浮充电压和充电电流会降低氧复合反应的效率,增加内部压力,并因气体放电而造成水的损失。此外,电池的高室温、排气阀的低开启压力和低外部空气压力也会加速电池的失水率。

  当电池缺水时,会降低参与电化学反应的离子的活性,导致电池内阻加速增加。然而,电池组在充电电流、温度和水损失的多重影响下将具有累积增强效应。zui最终将导致电池的热失控和不可逆转的损坏。

  2)负极板的硫酸化

  如果电池组长时间充电不足或长时间处于半放电状态,负极板上的活性物质硫酸铅将会再结晶,形成硬而大的硫酸铅。如果硫酸铅在电池中短时间内不能发生化学反应,硫酸铅将失去活性,不再参与化学反应。粗硫酸铅晶体粘附在活性物质的微孔上,阻止硫酸溶液渗透和电流传输,增加电池内阻,导致电池充放电性能严重恶化。

  3)正极板栅腐蚀

  在浮充过程中,由于氧的复合,整机的栅极电位高于流动的电解质电池。正极板处于酸性较高的环境中,容易腐蚀正极板。正栅极的腐蚀是限制电池寿命的重要因素之一。在运行过程中,电池失水或环境温度过高,这将进一步增加电池内部电解液的比重,加速电池正极片的腐蚀速度,与腐蚀前相比,减少电极片中活性物质的量,最终导致电池容量的降低。

  4)负极母线断裂

  由于负极的氧复合反应,负极母线处的碱性环境导致金属铅不断被腐蚀形成硫酸铅。当正极板栅被腐蚀时,正电极上的析氧反应加剧,增加了负电极的氧复合反应,加速了负母线的腐蚀速度。电解质的失水增加了氧传输通道,加剧了氧复合反应,也增加了电池热失控的风险。从以上分析可以发现,电池失效的原因不是独立的,而是相辅相成的,而最大不良影响最终会导致电池内阻增大和电池容量下降。通常,对于内阻逐渐增大的电池,可以通过电压、内阻、核容量等常规检测方法进行检测。变电站目前的电池配置将有足够的冗余,即使容量下降到80%,它仍然可以支持负载用电。

  然而,正极板栅腐蚀导致的板栅断裂隐患和负极板栅腐蚀导致的母线断裂情况具有一定的突发性。在正常电压、内阻和0.1C核容量放电条件下,其电气性能值基本保持正常。一旦失去交流电源,变电站早期需要大电流供电,严重腐蚀的母线将被烧坏,导致电池组开路,完全失去应有的功能。

  在电池放电瞬间,电池内阻的影响会产生电压降,包括充满电解液的隔膜电阻、栅极欧姆电阻、活性物质电阻、固-固和固-液接触面以及电解液电阻。当电池内部性能发生变化时,其内阻的变化可以用压降特性曲线来表征。放电电流越大,电压偏差值越大,特性曲线越明显,如图1所示。

  瞬时大电流放电6毫秒后,标称容量为100%的电池的电压降不大。标称容量为80%的电池的电压最大下降到1.9V标称容量为10%的电池电压降至1.8V.

  大电流短时放电检测电网与母线融断的原理:当电网与母线之间存在焊接问题或腐蚀时,其它的栅板需要承受更大的电流,此时栅板与母线部分断开,融断加速导致恶性循环,最终导致栅板与母线完全断开。

  然而,当放电电流超过一定范围后,应考虑大电流放电引起的电池损坏问题。一般认为,如果放电电流选择在0.3 ~ 0.5c范围内,可以在不损坏电池的情况下更好地获得内阻测试精度,因此大电流短时放电的放电范围可以选择在0.3 ~ 0.5c范围内.

  1.3电池开路检测和分析

  根据上述检测方法,对邓爽GFM-400电池进行开路测试,选择一个电池样本,以120A的电流放电10毫秒,同时采集样本电池电压随时间的曲线,如图2所示。

  样品电池的压降曲线显示,大电流放电后,电压偏差较大,样品电池的电压降至1.5V以下,因此判断样品电池的容量小于标称容量的10%,内部出现开路故障。经过解剖分析和验证,发现内部网格已粉化。2关于电池开路预防措施的建议

  从以上赛能蓄电池分析可以看出,排除质量原因,一般电池开路是一个长期的过程,但在现有的检测机制下,有些电池开路不容易及时发现。

  1)定期对电池进行短时间大电流放电,并在线记录每个电池单元的电压。一方面,可以通过放电数据计算电池的内阻来判断电池的性能;另一方面,可以检查电池的负载容量特性。隐藏的开路电池被屏蔽,建议在线放电电流不应小于局部负载电流的最大值。

  2)摒弃阀控式铅酸蓄电池“密封”和“免维护”的传统理念,当电池在运行过程中容量下降时,考虑加入充放电活化修复的修复液等手段来恢复电池容量,将电池内阻恢复到出厂水平,缓解电池内部正极板栅的腐蚀、电解液干涸、负极母线腐蚀等速度。

  3)严格执行电池组定期检查年度容量测试,全程监控电池组的电压数据和各电池单元的充放电过程,并通过数据库进行存档和存储。通过横向比较整个电池组的单个电池电压的曲线来筛选电池组中异常电池的进一步测试,并且纵向比较单个电池的时间轴上的电压变化趋势来预测电池性能的变化趋势。

  综上梅兰日兰蓄电池所述,变电站DC系统的阀控式铅酸蓄电池“免维护”仅适用于不需要定期加水进行维护的开放式电池。使用时必须注意其潜在的安全隐患。蓄电池开路检测是蓄电池维护相关人员的一项持续而重要的工作。只有切断DC系统的交流电源,才能真正发挥应急电源的作用。一旦发生断路或故障,就会带来不可挽回的损失。


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