桂 丹 陳婉菲 徐向麗

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司信息通信分公司財(cái)務(wù)資產(chǎn)部）

0 引言

傳統(tǒng)的電池組測(cè)試方法是被動(dòng)的、滯后的。通過(guò)分析調(diào)查預(yù)測(cè)蓄電池組壽命，可以有效提高蓄電池組維護(hù)效率，一旦發(fā)現(xiàn)蓄電池組預(yù)測(cè)容量明顯下降，可以及時(shí)干預(yù)，找出并消除導(dǎo)致蓄電池組下降的異常原因。評(píng)估何時(shí)更換蓄電池組，縮短測(cè)試周期，加快測(cè)試速度，可以減少直流系統(tǒng)單次充電的運(yùn)行時(shí)間，降低變電站直流系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)［1］。

1 研究意義

在2015～2021年期間，某供電公司更換的蓄電池組的統(tǒng)計(jì)圖顯示，每個(gè)電池的平均壽命約為7年。在這些蓄電池組中，壽命為8年或更短的蓄電池組占所有更換蓄電池組的94%。電池的使用年限會(huì)被各種因素影響，比如說(shuō)生產(chǎn)原材料、生產(chǎn)工藝、運(yùn)行流程、工作環(huán)境和維護(hù)電池的規(guī)章制度等［2-4］。

圖 2015～2021年某供電公司更換蓄電池組示意圖

2 研究方法

電力設(shè)備的全壽命周期成本，簡(jiǎn)稱LCC。是指在設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，從它的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行、故障、維護(hù)和最后失去生產(chǎn)作用后處理等涉及到的全部費(fèi)用?；诖耍瑖?guó)內(nèi)和國(guó)際對(duì)能源系統(tǒng)生命周期成本的研究主要集中在資產(chǎn)價(jià)值高的高壓初級(jí)設(shè)施上，而對(duì)一些資產(chǎn)價(jià)值低的設(shè)備的生命周期成本研究則有些空白。變電站直流系統(tǒng)蓄電池組等低壓設(shè)備也需要科學(xué)的管理策略，進(jìn)行全壽命周期成本研究。基于上述標(biāo)準(zhǔn)，本文分析了蓄電池組全生命周期成本計(jì)算的最佳維護(hù)和檢修策略。

3 蓄電池組改造處理方案

變電站蓄電池由幾個(gè)單體蓄電池串聯(lián)起來(lái)形成一個(gè)組，組內(nèi)一個(gè)蓄電池的故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)組變質(zhì)或不發(fā)揮作用。當(dāng)新舊電池混合時(shí)，或不同的電池混合時(shí)，終端電壓和內(nèi)部電阻是不同的，因?yàn)椴煌碾姵赜胁煌幕瘜W(xué)反應(yīng)物。當(dāng)依次使用時(shí)，不同的蓄電池在其終端會(huì)有不同的電壓，這將導(dǎo)致蓄電池過(guò)早損壞。當(dāng)混合使用后，蓄電池的容量可能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到要求值，但運(yùn)行一年以上后，一個(gè)或多個(gè)蓄電池將不再符合要求值，整個(gè)蓄電池將被丟棄。由于這些特點(diǎn)，有問(wèn)題的蓄電池組不能被修復(fù)。

4 蓄電池管理的全壽命周期建模

全壽命周期成本法是一種概念和方法，該方法涵蓋了設(shè)備、系統(tǒng)和工程的計(jì)劃、研發(fā)、生產(chǎn)、安裝、運(yùn)行、維護(hù)、修改和翻新的一套流程，直到其使用壽命結(jié)束，并考慮了設(shè)備、系統(tǒng)和項(xiàng)目的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)影響，在滿足性能和可靠性要求的同時(shí)，最大限度地降低全壽命周期成本。使用的主要計(jì)算模型有：

其中，CF為故障成本；CO為運(yùn)行成本；CM為檢修維護(hù)成本；CI為投入成本；CD為廢棄成本；LCC為全命周期成本。

4.1 投入成本

根據(jù)蓄電池的采購(gòu)和裝置的價(jià)錢，可以計(jì)算出蓄電池組的投入成本，見表1。

表1 蓄電池組投入成本

4.2 運(yùn)行成本

（1）設(shè)備維護(hù)成本

蓄電池組的設(shè)備維護(hù)成本主要費(fèi)用包括電壓測(cè)量、內(nèi)部電阻測(cè)量、外觀清潔和充放電檢查。由于蓄電池組充放電檢測(cè)的成本占設(shè)備維護(hù)成本的很大一部分，而且充放電檢測(cè)的策略也各不相同，下面將討論蓄電池組充放電檢測(cè)策略。蓄電池組的充放電測(cè)試是基于10h的完全放電率，放電時(shí)間為10h，充電時(shí)間約為15h。充放電時(shí)間約為26h。電池容量測(cè)試每項(xiàng)工作需要三個(gè)人，至少需要兩個(gè)工作日，以及另外兩名操作員的行動(dòng)。每次容量測(cè)試的成本大約為8000元。

（2）環(huán)境維護(hù)成本

蓄電池在惡劣的環(huán)境中工作，對(duì)溫度非常敏感。蓄電池在20℃～25℃之間可以更好地工作，超高或超低的溫度都會(huì)影響其壽命。變電站中使用的所有空調(diào)都是傳統(tǒng)的單冷空調(diào)，其壽命很短，中斷連續(xù)運(yùn)行，而且不能加溫。如果選擇工業(yè)精密室內(nèi)空調(diào)，使用成本會(huì)增加。一般來(lái)說(shuō)，這將涉及到目前的維護(hù)做法，即按照規(guī)格檢查放電，安裝一個(gè)民用空調(diào)，并對(duì)部分空調(diào)暫停運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在這種操作和維護(hù)下，電池組的壽命為6～8年，下面的統(tǒng)計(jì)考慮到了8年的最大壽命，我們將其定義為第一種操作模式，為模式一。

假設(shè)按照電池組的說(shuō)明進(jìn)行了維護(hù)，蓄電池組的理論壽命為10～12年。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，蓄電池組最長(zhǎng)使用年限為12年。此外，應(yīng)廠商的要求，在壽命周期內(nèi)進(jìn)行了大約23次驗(yàn)證性功率測(cè)試。在機(jī)房?jī)?nèi)使用精確的工業(yè)空調(diào)以確保工作環(huán)境溫度，定義為第二模式，為模式二，電池組的壽命為12年。

模式一，如表2所示，在模式一下的生命周期內(nèi)運(yùn)行成本等于8年生命周期內(nèi)核對(duì)性充放電次數(shù)與核對(duì)性充放電工作單價(jià)的乘積，再加上普通空調(diào)年均使用成本與使用年限的成績(jī)的總和。

表2 蓄電池組8年生命周期維護(hù)成本

模式二，這個(gè)方式下的生命周期內(nèi)運(yùn)行成本＝12年生命周期內(nèi)核對(duì)性充放電次數(shù)×核對(duì)性充放電工作單價(jià)＋精密工業(yè)空調(diào)年均使用成本×使用年限 ＝22×7500＋1500×12＝183000元，則各型號(hào)電池運(yùn)行成本相同。

5 討論

5.1 運(yùn)維策略的選擇

為了總結(jié)以上對(duì)各類型電池組的運(yùn)行和維護(hù)策略的分析，下面的表3顯示了蓄電池組的運(yùn)行和維護(hù)策略。

表3 運(yùn)維策略匯總

5.2 運(yùn)行方式的選擇

綜合以上分析，可以得出結(jié)論，不論哪種蓄電池類型，使用第一或第二種運(yùn)行維護(hù)策略的成本都低于第三或第四種策略。使用策略A或B的成本低于策略C或D，也就是說(shuō)，使用第一種操作模式的蓄電池組的總成本低于第二種操作模式?；谧顝V泛使用的300Ah，110V的蓄電池組，模式一的蓄電池組的壽命約為8年，全生命周期成本約為人民幣115000元，平均年成本約為人民幣13000元。模式二運(yùn)行的蓄電池組的壽命約為12年，全生命周期成本約為28萬(wàn)人民幣，平均每年的成本約為23400人民幣。

根據(jù)這些計(jì)算，模式一與模式二相比，模式一的每個(gè)蓄電池每年可節(jié)省約1萬(wàn)元，或按每個(gè)電池400個(gè)蓄電池計(jì)算，每年約400萬(wàn)元。因此，盡管模式一的電池壽命較短，但與模式二的電池相比，它們的運(yùn)營(yíng)成本大大降低。因此，出于經(jīng)濟(jì)原因，我們選擇了模式一而不是模式二來(lái)操作和維護(hù)所有電池。

6 結(jié)束語(yǔ)

首先，所有的蓄電池都是以一對(duì)一的方式進(jìn)行操作和維護(hù)。最經(jīng)濟(jì)的方法是根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行有控制的放電，安裝家裝空調(diào)系統(tǒng)，并容忍家裝空調(diào)系統(tǒng)不能使用的部分時(shí)間。采用這種操作方法，蓄電池組的壽命約為8年。為了達(dá)到蓄電池組12年的設(shè)計(jì)壽命，每個(gè)供電企業(yè)每年需要增加約400萬(wàn)人民幣的維護(hù)費(fèi)用。其次，每個(gè)不一樣的蓄電池組都應(yīng)該有不一樣的管理策略與之對(duì)應(yīng)。由于蓄電池組具有不同的容量、電壓水平和關(guān)鍵性，因此可以選擇不同的運(yùn)行和維護(hù)策略，在確保安全的同時(shí)實(shí)現(xiàn)最佳經(jīng)濟(jì)效益。