摘 要:閥控式鉛酸蓄電池在長期運(yùn)行過程中,不可避免地產(chǎn)生老化,使其容量下降。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障,如果此時(shí)交流電源失電,蓄電池組端電壓不可避免地產(chǎn)生陡降,當(dāng)槽底電壓低于保護(hù)及安全自動(dòng)裝置的允許電壓時(shí)將使裝置失電。文章重點(diǎn)分析了110kV耿馬站蓄電池端電壓發(fā)生陡降的原因,由此引出了現(xiàn)行蓄電池容量測試方法的不足,對改進(jìn)蓄電池容量測試方法進(jìn)行了簡要的探討。
關(guān)鍵詞:鉛酸蓄電池;電壓陡降;分析
1 問題引出
2012年4月6日,110kV耿馬站一條110kV線路發(fā)生單相接地故障,保護(hù)裝置動(dòng)作跳閘將故障切除。在檢查保護(hù)動(dòng)作情況時(shí)發(fā)現(xiàn),保護(hù)裝置的故障錄波長度只有0.7秒,且裝置有重新上電的記錄。
經(jīng)排查,發(fā)現(xiàn)220V蓄電池在110kV線路發(fā)生接地故障時(shí)由于非全相運(yùn)行使得兩路交流電源同時(shí)失電,全站直流負(fù)荷由蓄電池供電,在0.7秒的時(shí)間里蓄電池組端電壓陡降至100V,使得繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置失電。
2 蓄電池電壓陡降
2.1 蓄電池電壓陡降現(xiàn)象
充足電的鉛蓄電池在起始放電時(shí),有一個(gè)短時(shí)間的端電壓陡降,很快電壓就會(huì)回升,進(jìn)入正常放電。這種陡降,發(fā)生在放電開始的幾十秒鐘內(nèi),對容量在合格范圍內(nèi)的蓄電池使用沒有什么影響。當(dāng)蓄電池容量虧損較大,保護(hù)及安全自動(dòng)裝置將不能容忍這種陡降,甚至?xí)l(fā)生裝置失電。同一組蓄電池。如處于同一荷電狀態(tài),各單電池的電壓陡降出現(xiàn)的時(shí)間,與該電池的現(xiàn)時(shí)容量有關(guān),即電壓陡降出現(xiàn)得早的電池容量比較低。
電壓陡降已具有不少實(shí)用意義,以一個(gè)12V 275 Ah電池為實(shí)例。能影響電壓陡降的參數(shù)有:放電電流、環(huán)境溫度、浮充電壓、前次放電深度、浮充時(shí)間等等。變電站蓄電池存放在一個(gè)相對恒溫的環(huán)境中,影響蓄電池電壓陡降的參數(shù)主要是放電電流大小。圖1是蓄電池恒流放電曲線。圖2是放大了的初始放電電壓曲線。
2.2 蓄電池電壓陡降原理
鉛蓄電池的端電壓可以用著名的Nerst公式計(jì)算:
3 110kV耿馬站蓄電池電壓陡降分析
110kV耿馬站安裝一套100Ah的閥控式鉛酸蓄電池系統(tǒng),已運(yùn)行6年,最近一次的核對性放電試驗(yàn)結(jié)果顯示,由一只蓄電池容量已低于50%。在沒有備用電池的情況下只能讓蓄電池繼續(xù)運(yùn)行,等待新電池到貨更換。
3.1 檢查情況
缺陷發(fā)生后,為確定蓄電池的運(yùn)行狀況,檢修人員斷開交流輸入電源,由蓄電池供全站直流負(fù)荷,4秒鐘后,蓄電池端電壓告警,檢修人員隨即合上交流輸入電源。后將蓄電池與直流負(fù)荷斷開,進(jìn)行蓄電池容量核對性放電試驗(yàn),設(shè)置放電電流0.1C,當(dāng)進(jìn)行到70秒時(shí),蓄電池端電壓告警,放電中斷。重新啟動(dòng)放電,電池已處于非充足狀態(tài),電壓陡降現(xiàn)象不明顯,放電正常。檢查情況如表1。
3.2 檢查結(jié)果分析
將耿馬站蓄電池放電電壓曲線(圖3)的陡降復(fù)升階段進(jìn)行局部放大(圖4),從這圖中可以觀察到,槽底電壓和恢復(fù)電壓越小,蓄電池放電時(shí)的端電壓越早到達(dá)終止電壓,即蓄電池的容量越小。
蓄電池歷次容量核對性放電試驗(yàn)結(jié)果表明,因電池本身老化而造成容量下降的過程中電壓陡降復(fù)升與容量之間存在著近似的線性關(guān)系。容量下降越多,放電起始階段電壓下降越快。放電電流越大,槽底電壓和恢復(fù)電壓越小,且槽底電壓和恢復(fù)電壓均是隨著放電電流的增大而呈近似線性地減小。這對于檢修人員判斷蓄電池工況具有重大意義。
110kV耿馬站在發(fā)生接地故障時(shí),直流系統(tǒng)交流電源失電,多個(gè)保護(hù)裝置同時(shí)啟動(dòng),兩個(gè)斷路器相繼跳閘,直流負(fù)荷電流是正常運(yùn)行時(shí)直流負(fù)荷電流的幾倍,致使蓄電池放電時(shí)槽底電壓低于保護(hù)裝置允許運(yùn)行電壓,保護(hù)裝置失電。
4 現(xiàn)行檢查規(guī)程的不足
(1)根據(jù)運(yùn)行規(guī)程要求,運(yùn)行人員每季度采用斷開充電機(jī)交流輸入的方法進(jìn)行一次蓄電池單只電壓檢測,此時(shí)的負(fù)荷電流為正常運(yùn)行狀態(tài)下的負(fù)荷電流。由于負(fù)荷較小,蓄電池端電壓波動(dòng)小,槽底電壓比較高,不能真實(shí)反映故障情況時(shí)的蓄電池端電壓的變化情況。(2)根據(jù)運(yùn)行規(guī)程要求,當(dāng)變電站僅有一組蓄電池且不能退出時(shí),則不允許進(jìn)行全容量核對性放電,只允許用I10電流恒流放出額定容量的50%。核對性放電試驗(yàn)只能檢查到蓄電池的額定容量的50%,難以對蓄電池的實(shí)際容量進(jìn)行檢查。(3)蓄電池的核對性放電試驗(yàn),在接通電源后,測試儀是以小電流開始放電,經(jīng)過約90秒鐘的時(shí)間逐步穩(wěn)定到設(shè)定的放電電流,對于蓄電池電壓陡降復(fù)升不能進(jìn)行有效檢查。
5 結(jié)束語
(1)重視蓄電池電壓陡降復(fù)升給保護(hù)及安全自動(dòng)裝置造成的影響,在蓄電池容量不滿足要求而又不能立即更換時(shí)充分考慮繼續(xù)運(yùn)行帶來的風(fēng)險(xiǎn)。(2)增加核對性放電試驗(yàn)結(jié)果的判據(jù),將蓄電池單體電壓陡降的斜率作為判斷電池容量的一個(gè)參考依據(jù),當(dāng)出現(xiàn)異常的陡降時(shí),創(chuàng)造條件對陡降的單只蓄電池進(jìn)行全容量核對。(3)改進(jìn)蓄電池放電測試儀,在起始放電階段實(shí)現(xiàn)恒流放電,以蓄電池的故障時(shí)可能出現(xiàn)的負(fù)荷電流考核蓄電池的帶載能力。
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作者簡介:溫業(yè)盛(1982- ),男,廣東肇慶人,助理工程師,從事繼電保護(hù)測試工作。