变电站蓄电池的维护

　第1期(总第158期)

山　西　电　力

No.1(Ser.158)

　2010年2月

SHANXI EL ECTRIC POWER

Feb.2010

收稿日期:2009207230,修回日期:2009212212

作者简介:张　畅(19862),女,山西太原人,2009年毕业于中

国防卫科技学院信息安全专业,技术员,从事特高压输电技术工作;

贾　颖(19722),女,山西长治人,1999年毕业于太原理工大学电力系统及其自动化专业,助理工程师,从事配电研究工作。

变电站蓄电池的维护

张　畅1,贾　颖2

(1.山西省电力公司超(特)高压输变电分公司,山西太原　030006; 2.长治供电分公司,山西长治　046011)

摘要:分析了变电站阀控式密封铅酸蓄电池存在的问题,阐述了其特点和工作原理,探讨了影响

蓄电池寿命的关键因素,对其运行维护提出了具体的方法,并对定期测量浮充电压法、内阻或电导测试法等运行维护方法进行了对比分析。

关键词:变电站;阀控式密封铅酸电池;维护中图分类号:TM910.7 文献标识码:B 文章编号:167120320(2010)0120023203

1　蓄电池存在的问题

阀控式密封铅酸电池,习惯上简称免维护电池,在我国推广应用已有10多年了,由于其具有体积小、重量轻、自放电小、寿命长、节省投资、安装简便、安全可靠、使用方便、维护工作量少,不溢酸雾、对环境无腐蚀、无污染等优良特性,并可实现无人值守和微机集中监控的现代化管理方式,在电力系统中大量使用。生产厂家从一开始便把阀控式铅酸蓄电池称为免维护电池,承诺该电池的使用寿命为10～20a 。许多电池从安装投运后就基本没有进行过维护和管理,因而出现了诸多以前未曾遇到的新问题。例如,电池壳变形、电解液渗漏、容量不足、电池端电压不均匀等。因此,所谓的“免维护”,仅是指平时无须加酸液和水,无须调节电解液的密度,而不是完全不需要维护。

2　阀控式铅酸蓄电池的特点和原理

按铅酸蓄电池中电解液存在的方式,可分为开口式(富液)和阀控式(贫液)两种。阀控式铅酸蓄电池的工作原理是气体再化合,即正极产生的氧气,通过蓄电池隔板中的孔隙(或胶体的裂缝)与负极活物质和稀硫酸进行反应,再化合成水,同时

使负极板的一部分处于放电状态,从而抑制氢气的

产生。只要正极板氧气的产生速度不超过负极板对氧气的吸收速度,电池中不会有多余气体产生,电池中的水也不会损失,就可实现密封。蓄电池使用过程中,总有少量的气体不能被再化合,为防止电池内部压力过大,在电池盖上安装单向阀,排除电池内部多余的气体,这就是所谓的阀控。

免维护电池的工作原理,基本上仍沿袭传统的铅酸蓄电池,它的正极活性物质是二氧化铅(PbO 2),负极活性物质是海绵状金属铅(Pb ),电解液是稀硫酸(H 2SO 4),其电极反应方程式[1]如下。

正极:PbO 2+HSO -4+3H ++2e

-PbSO 4

+2H 2O 。

负极:Pb +HSO -

4PbSO 4+H ++2e -。

整个电池反应方程式:Pb +PbO 2+2H ++

2HSO -

42PbSO 4+2H 2O ,即

PbO 2+2H 2SO 4+

Pb

PbSO 4+2H 2O +PbSO 4。

(+) (-)　(+) (-)

普通的铅酸电池在充电过程中,正极析出氧

气,负极析出氢气。

正极:2H 2

O O 2+4H ++4e -。

负极:2H ++2e

-H 2。

而免维护电池在结构、材料上作了重要的改进,正极板采用铅钙合金或铅镉合金、低锑合金,负极板采用铅钙合金,隔板采用超细玻纤隔板,并使用紧装配和贫液设计工艺技术,整个电池反应密封在塑料电池壳内,出气孔上加上单向的安全阀。这种电池结构中,由于阀控式密封铅酸电池采用无锑的铅钙合金,提高了负极析氢过电位,从而抑制

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32?

氢气的析出;同时,采用特制安全阀使电池保持一定的内压,采用超细玻璃纤维隔板,利用阴极吸收技术,通过贫液式设计,在正负极之间、隔板之中预留气体通道。因此在规定充电电压下进行充电时,正极析出的氧(O 2),可通过隔板通道传送到负极板表面,还原为水(H 2O ),其反应式如下。　

正极上:2H 2O O 2+4H ++4e -。负极上:O 2+2Pb 2PbO 。PbO +H 2SO 4PbSO 4+H 2O 。

即电池在充电时,正极板产生的氧气又复合为H 2O ,重新回到系统中,实现电池内部氧的循环复合。而负极亦因生成PbSO 4而使极化电位降低,从而达到负极不析氢,同时电池在充电过程中负极生成的PbSO 4被重新还原成海绵状铅,因而阀控式密封铅酸电池可以实现密封,无需添加水。这就是免维护电池特有的内部氧循环反应机理,在这种理想情况下,在电池的充电过程,电解液中的水几乎不损失,因此在电池的使用过程中可达到不需要加水的目的。

3　影响阀控式铅酸蓄电池电池寿命的关键

因素

在实际应用中,导致铅酸蓄电池失效和损坏的主要原因就是硫化和失水。

a )环境温度。过高的环境工作温度是导致密封免维护电池使用寿命缩短的重要原因。环境温度超过25℃时,温度每增加10℃,就会导致电池的实际使用寿命缩短一半。

b )深度放电。电池放电深度越深,其循环使用次数就越少,按厂家的数据,当电池放电深度为100%时,电池实际使用寿命约为200～250次充放

电循环;放电深度为50%时,电池实际使用寿命约为500～600次充放电循环。

c )长期处于浮充状态。蓄电池(组)长期处于浮充状态,天长日久,电极将被厚厚的氧化膜所覆盖,造成电池的阳极极板钝化,电池的内阻急剧增大,电池的实用容量大大低于其标称容量。

d )过高的充电电压。充电电压过高对正常的电池来说,将不可避免造成电池的失水、电解液的干枯。最终结果就是电池的失效。

4　蓄电池的维护

蓄电池经过一定时间的使用后,常易因活性物质脱落、板栅腐蚀或极板变形、硫化、失水等问题,而使容量逐渐降低直至失效。几十节串联的电池,只要1节过早损坏,如不及时发现,则时间一长,其他电池跟着报废。用了5a 的电池,是否一定不能用?用了半年的电池是否一定能用?蓄电池的寿命除了决定于生产质量外,很大程度上也取决于维护人员的维护质量。以下两方面工作对蓄电池的维护工作至关重要。4.1　定期放电活化维护

充电时,硫酸铅形成氧化铅,放电时氧化铅又还原为硫酸铅。而硫酸铅是一种非常容易结晶的物质,当电池中电解液的硫酸铅浓度过高或静态闲置时间过长时,就会“抱成”团,结成小晶体,这些小晶体再吸引周围的硫酸铅,就象滚雪球一样形成大的惰性结晶,结晶后的硫酸铅充电时不但不能再还原成氧化铅,还会沉淀附着在电极板上,造成了电极板工作面积下降,这一现象叫硫化,也就是常说的老化。这时电池容量会逐渐下降,直至无法使用。当硫酸铅大量堆集时还会吸引铅微粒形成铅枝,正负极板间的铅枝搭桥就造成电池短路。如果极板表面或密封塑壳有缝隙,硫酸铅结晶就会在这些缝隙内堆积,并产生膨胀张力,最终使极板断裂脱落或外壳破裂,造成电池不可修复性物理损坏。所以,蓄电池长时间处于单一的放电或浮充状态,都将导致电池容量的下降和损坏。根据运行经验,每年应进行一次蓄电池组的核容试验,这样既能较为及时发现落后电池,并予以激活处理,从而延长电池寿命,也能实时掌握蓄电池的实际容量,避免恶性事故的发生。

落后电池通常在整组放电均充试验时,不能有效地激活,这就需要单独对该电池进行活化处理。4.2　设置合理的均充电流和浮充电压

浮充电压的设置对电池的寿命具有相当重要的影响。理论上要求浮充电压产生的电流量是以补偿电池的自放电而定。浮充电压过高会引起电池正极腐蚀和失水,使电池容量下降,而浮充电压过低,也会使电池充电不足,引起电池落后,严重时会出现电极硫酸盐化。

浮充电压的选择可以根据厂家说明书的要求而设定。通常设置如下。

浮充电压,正常的浮充电压为2.25V/单体(环

境温度25℃

);温度补偿系数为-3.5mV/℃。当蓄电池浮充运行时,蓄电池单体电压应大于等于2.18V ,如低于时,则需进行均衡充电。

均衡充电:采用恒压限流,充电电压按2.35V/

单体(环境温度25℃

),温度补偿系数为:-5mV/℃,同时充电电流不超过0.1倍的10h 放电电流。否则易造成过充,产生大量的气体,使

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42?　输变电技术 山　西　电　力 2010年第1期　

蓄电池失水,电解液的浓度增大,液面降低,甚至导致电池失效。

当出现下列情况时,电池组应进行均充:单体浮充电压低于2.18V ,电池放出5%以上的额定容量,搁置不用时间超过3个月,全浮充运行1a 以上[1],等等。

阀控电池被搁置6个月以上时,电解液中的PbSO 4晶体将会逐渐凝聚成大的PbSO 4颗粒,附

着在极板上,或在溶液中形成沉淀物,这就是硫化。硫化的蓄电池轻者容量下降,重则报废。

5　蓄电池的维护方法比较

5.1　定期测量浮充电压法

虽然测量浮充电压并及时作出调整是蓄电池日常维护的一项重要工作,测量浮充电压法虽然不能及时准确地找出落后电池,但因其简单方便,仍然被广泛地用于蓄电池日常维护中。5.2　内阻或电导测试法

目前国际上流行用电导测试的方法检测电池的内阻来藉此判断电池的实有容量。

电导法能准确查出完全失效的电池。根据大量的实验分析及研究结果证明,电池的容量只有降低到50%以后,内阻或者电导会有较大变化,降低到40%以后,会有明显变化,所以,根据电池电导值或者内阻值,可以在一定程度上确定电池的性能,但却不足以准确地测算出电池的实际性能指标,尤其是容量指标。

当用电导法测出电池内阻明显增大时,该电池已基本报废。5.3　容量测量法

核对性容量放电实验能100%地测定蓄电池的容量,仍然是目前世界上检测电池性能的最可靠方法,同时由于核对放电本身可以对电池起到一定的维护作用,所以,核对放电是其他设备暂时还不能

替代的。不过它的缺点也很突出,主要表现如下:

a )核对放电时间长,风险大,电池组须脱离系统,蓄电池组所存储的化学能全部以热能形式消耗掉,既浪费了电能又费时费力,并且增加了系统断电风险。

b )进行核对性放电试验,必须具备一定条件,首先,尽可能在市电基本保障的条件下进行;其次,机房必须有备用电池组。

c )目前,核对放电只能测试整组电池容量,不能测试每一节单体电池容量,以容量最低的一节作为整组容量,而其他部分电池由于放电深度不够,其劣化或落后程度还不能完全充分暴露出来。频繁地对蓄电池进行深放电,会产生硫酸铅沉淀,导致极板硫酸化,容量下降,电池落后。因此,不适宜对铅酸蓄电池频繁进行深放电。核对放电只能对蓄电池进行定期维护,不能用于日常维护。

6　结束语

任何蓄电池的寿命变化都是渐变的,放电能力减少,当达到一定程度时,这种变化加快。因此,长期跟踪测试、状态管理是保证蓄电池始终处于良好状态的唯一可行办法。

a )采用性能优良的高频充电机,设置合理的充电参数,创造良好的蓄电池工作环境(20±

5℃

)。b )每月定期测试电池单体浮充电压,当单体浮充电压降为2.18V 以下时,须进行活化处理或均衡充电。

c )每年进行一次放电核容试验。

d )发现落后电池立即处理。

参考文献:

[1]　袁宝善.蓄电池[M ].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,

1981:28236.

Substation B attery Maintenance

ZHANG Chang 1,JIA Ying 2

(1.Extra (U ltra)high voltage T ransmission and T ransform ation B ranch Company of

SEPC,T aiyuan ,Shanxi 030006,China ;

2.Changzhi Pow er B ranch Co.,Changzhi ,Shanxi 046011,China )

Abstract :The problem is analyzed ,the feature and working principle is presented on Valve 2Regulated Lead Acid (VR 2L A )battery in substation.The main factors to influence life of VRL A are studied.Specific methods for VRL A Battery opera 2tion and maintenance are proposed ,and it is compared and analyzed of operation and maintenance methods such as regular floating voltage ,internal resistance or conducting measurement.

K ey w ords :substation ;Valve 2Regulated Lead Acid (VRL A )battery ;maintenance

?

52?　2010年2月 张　畅,等:变电站蓄电池的维护 输变电技术