阀控型密封铅酸蓄电池运行与维护

一、引言

1、直流系统在电力系统中的重要地位

由蓄电池组、充电设备、直流屏及直流馈电网络等直流设备，组成了变电站的直流电源系统，简称直流系统。直流系统在正常运行时，充电装置承担正常负荷电流，同时向蓄电池组补充电，以补充蓄电池的自放电，使蓄电池以满容量的状态处于备用状态。在系统发生故障，站用电中断的情况下，蓄电池组发挥其电源的作用，向继电保护及自动装置、断路器跳闸与合闸、载波通信、事故照明等装置提供工作直流电源。电力系统多年以来的运行实践表明：直流系统在电力系统发生故障时失灵，断路器因失去直流电源而不能跳闸切除故障，强大的短路电流将烧坏主变压器、发电机等重要电气设备，造成灾难性的后果。因此，直流系统对电力系统的安全可靠运行起着至关重要的作用。

2、阀控型密封铅酸蓄电池在电力系统中的应用

铅酸蓄电池具有可靠性高、容量大、承受冲击负荷能力及原材料取用方便等优点在发电厂和变电站的直流系统中得到广泛采用。以往固定铅酸蓄电池分为开口式、防酸式和防酸隔爆式等，它们存在体积大，电解液为液体（如溅出会伤人和损物，使用过程产生氢、氧气体，伴随酸雾，对环境带来污染），运行操作复杂等缺点。近十几年来，在变电站直流系统广泛使用的阀控密封铅酸蓄电池基本克服了一般铅酸蓄电池的缺点，逐步取代了其他型式的的铅酸蓄电池。归纳起来阀控密封铅酸蓄电池有以下特点：

（1）无需补水和调酸的比重等维护工作。

（2）大电流放电性能优良，特别是冲击放电性能极佳。

（3）自放电电流小，25℃下每月自放电率2%以下，约为其他铅酸蓄电池的1/4至1/5。

（4）不漏液，无酸雾，不腐蚀设备及不伤人，对环境无污染。

（5）蓄电池寿命长，25℃浮充电状态使用，蓄电池寿命可达10-15年。

（6）结构紧凑，密封性能好，可与设备同室安装，可立式或卧式安装，占地面积小，抗振性能好。

（7）不存在铁镍电池的记忆效应的缺点。

阀控密封铅酸蓄电池性能稳定、可靠、维护工作量小，受到设计和运行人员的欢迎。但阀控密封铅酸蓄电池对温度的反应较灵敏，不允许过充电和欠充电，对充放电要求较为严格，要求有性能较好的充电装置，使用维护不当将严重缩短蓄电池的使用寿命。

二、阀控型密封铅酸蓄电池运行特点

1、阀控型密封铅酸蓄电池基本名词术语

1）阀控型密封铅酸蓄电池

蓄电池正常使用时保持气密和液密状态，当内部气压超过预定值时，安全阀自动开启，释放气体，当内部气压降低后安全阀自动闭合，同时防止外部空气进入蓄电池内部，使其密封。蓄电池在使用寿命期间，正常使用情况下无需补加电解液。

2）浮充电

正常运行时，充电装置承担经常性负荷电流，同时向蓄电池组补充电，以补充蓄电池的自放电，使蓄电池的以满容量的状态处于备用状态。单体蓄电池的浮充电压为2.23~2.28V。浮充电流一般为1~3mA/Ah。

3）均衡充电

为补偿蓄电池在使用过程中产生不均匀现象，为使其恢复到规定的范围内而进行的充电。单体蓄电池的均衡充电电压为2.3~2.4V。均衡充电电流≤（1~1.25）I10A。

4）初充电

新安装的蓄电池组进行的第一次充电称为初充电。初充电通常采用定电流、定电压两阶段充电方式，当充电电流降为1~2mA/Ah，2~3h不变时，则认为充电终了。

5）核对性放电

长期按浮充电方式运行的阀控式密封铅酸蓄电池，从每一只电池的端电压来判断电池的现有容量、内部是否失水和干裂是很难的，可靠的方法是通过核对性放电找出电池存在的问题，判断电池的现有容量。其方法是蓄电池组脱离运行，以规定的电流恒流放电，只要其中一个单体电池放到规定的终止电压，应停止放电，按放电电流与放电时间的积计算出蓄电池的实际容量。

6）容量试验

新安装的蓄电池组，按规定的恒定电流进行充电，将蓄电池充满容量后，按规定的恒定电流进行放电，当其中一个电池放至终止电压为止，按下式进行容量计算：

C=Ift

式中：C——蓄电池组容量，Ah；

      If——恒定放电电流；

      t——放电时间。

7）充电

    蓄电池从充电设备中获得电能的过程称为充电。充电容量（对蓄电池所充入的电量）以Ah计算。

8）放电

蓄电池供给外电路负荷电流时，称为放电，放电容量（蓄电池所放出的电量）以Ah计算。

9）放电率

放电率是以规定的放电电流、时间放出规定的容量而又不低于所规定的电压。对于同一种蓄电池可以用不同的放电率来表示其容量，例如：10h率、5h率、1h率等。而对于不同型号的蓄电池各有各的标准放电率。

10）自放电

蓄电池由于自身的原因构成了放电回路，如电池内部极板短路、外部正、负极柱间绝缘状况不良等，造成的容量损失，称为蓄电池的自放电。

11）蓄电池容量符号

C5——5h率额定容量，Ah；

C10——10h率额定容量，Ah。

12）蓄电池放电电流符号

I5——5h率放电电流，C5/5，A；

I10——10h率放电电流，C10/10，A；

13）蓄电池的额定容量

     额定容量又称标称容量，是指在制造厂规定的条件下，蓄电池能保证的最低容量。一般是指蓄电池充足电时以10h放电率放电的容量，用符号C10表示。

14）蓄电池的终止电压

     终止电压是蓄电池出现过放电现象时，不致造成极板损坏所规定的放电最低极限电压值。

15）蓄电池的容量

     蓄电池的容量是放电电流的安培数与放电时间小时数的乘积，一般用CN来表示（N是放电率的小时数），其单位用安培小时A·h表示。因此，蓄电池的容量可用下式表示为：

CN=It

      I——恒定放电电流；

      t——放电时间。

1、阀控式密封铅酸蓄电池的充电特性

1）浮充电使用的充电特性

阀控式密封铅酸蓄电池的充电性能，一般以它的充电特性曲线表示，充电时间取决于放电深度、充电初始电流及环境温度。在放电深度为额定容量的50﹪和100﹪（即50﹪C10和100﹪C10）时，FM系列铅酸蓄电池恒压（2.23V/单体，25℃）及充电限流值为I10时的充电特性如图2-5所示）。

图2-5

充电电流随着充入电量的增加而递减，充电末期电流极小，通常在0.1I10~0.01I10之间，此时气体复合效率接近100﹪。

25℃时蓄电池浮充电压为2.23V/单体，环境温度变化时，必须对浮充电压进行校正，温度每升高或下降5℃电压校正系数相应减少或增加15mV，如图2-6所示。

图2-6直接表示，无需动画

浮充电一般采用恒压限流方式，在环境温度为25℃时最佳浮充电压为2.23V/单体，浮充电流小于2mA/（Ah）。半浮充使用（即不能满足每天24h不间断开机充电）时，则充电终止电压为（2.25～2.26）V/单体（25℃）。严格防止因浮充电不当，造成蓄电池容量失效故障。图2-4为浮充电压与浮充使用寿命之间的关系示意图。

图2-4直接表示，无需动画

2）循环使用时的充电特性

阀控式密封铅酸蓄电池在循环使用时，应采用恒压限流进行充电，初始充电不大于3I10，充电终止电压为2.23V/单体（25℃），当充电设备能满足最大电流为3I10，且放电深度为30﹪～60﹪时，24h即可充足电。如电流非长期连续使用，使用之前则需进行补充电，充电规则见表2-1。

初充电规则

阀控式密封铅酸蓄电池电解液的密度大，浮充电压高，所以开路电压和初始放电电流与防酸蓄电池相比，相对要大些。在放电过程中，蓄电池放出的容量与放电倍率有很大关系，放电电流越大，所放出的容量越少；放电电流越小，所放出的容量越多。通常以标准温度（25℃）下10h放电率的容量为阀控式密封铅酸蓄电池的额定容量，新蓄电池在前3次循环内达到额定容量的95﹪以上，即为合格。图2-7为FM系阀控式密封铅酸蓄电池的放电特性曲线。

图2-7采用按钮选择控制

3、阀控式密封铅酸蓄电池的运行方式

蓄电池组在正常运行中以浮充电方式运行，浮充电压值在环境温度为25℃时，宜控制在（2.23～2.28）V/单体。均衡充电电压值宜控制在（2.30～2.35）V/单体。在运行中主要监视蓄电池组的端电压值。浮充电压值，每只蓄电池的电压值，蓄电池组及直流母线的对地电阻和绝缘状态。

三、阀控型密封铅酸蓄电池充放电制度

1、恒流限压充电

采用1.0 I10电流进行恒流充电，当蓄电池组端电压上升到（2.30～2.35）V×N（N为蓄电池组电池的只数）限压值时，自动或手动转为恒压充电。如图3-12所示

图3-12

2、恒压充电

在（2.30～2.35）V×N的恒压充电下，1.0 I10率充电电流逐渐减小，当充电电流减小至0.1 I10充电电流时，充电装置的倒计时开始启动，当整定的倒计时结束时，充电装置将自动或手动转为正常的浮充电运行，浮充电压值宜控制为（2.23～2.28）V×N

3、运行中的补充充电

阀控式密封铅酸蓄电池在运行中，因浮充电流调整不当，补偿不了阀控式密封铅酸蓄电池自放电、爬电、漏电而造成的蓄电池容量亏损，根据需要设定时间（一般为3个月）充电装置将自动或手动进行一次恒流限压充电→恒压充电→浮充电的充电过程，使蓄电池组随时具有满容量状态，确保直流电源运行的安全可靠。

四、阀控型密封铅酸蓄电池的维护

1、核对性放电

以限压限流的浮充电运行方式或只限压不限流运行方式的阀控密封铅酸蓄电池组，在使用中无法判断阀控密封铅酸蓄电池的现有容量，内部是否失水或干裂。只有通过核对性放电，才能判断蓄电池的运行状态是否正常。

1）阀控型密封铅酸蓄电池核对性放电过程

110kV及以下电压等级变电站直流系统一般只设置一组阀控密封铅酸蓄电池，其核对性放电过程如下：

当发电厂或变电站的直流系统只安装有一组蓄电池时，为了确保直流系统运行的安全可靠，蓄电池组不能退出运行，也不能作全核对性放电。只能在充电机停用后，由蓄电池组向直流负荷和放电电阻放电，放电电流由放电电阻调节到1.0 I10电流进行。当恒流放出额定容量的50﹪，蓄电池端电压不低于2V时，应立即用1.0 I10电流对蓄电池组进行恒流限压充电→恒压充电→浮充电。蓄电池经过反复放充2~3次，其容量可得到恢复，蓄电池运行中存在的缺陷也能发现和处理。若有备用阀控密封铅酸蓄电池作临时代用，该蓄电池组也可作全核对性放电。

2）阀控型密封铅酸蓄电池核对性放电周期

阀控密封铅酸蓄电池组核对性放电周期。根据规程要求，新安装或大修后的阀控密封铅酸蓄电池组，应进行全核对性放电试验，以后每隔2~3年进行一次核对性试验，运行了6年以后的阀控密封铅酸蓄电池，每年应作一次核对性放电试验。

3）阀控型密封铅酸蓄电池运行中的检查

a、运行中应检查阀控型密封铅酸蓄电池电压偏差值及放电终止电压值应符合下表的规定

阀控型密封铅酸蓄电池运行中电压偏差值及放电终止电压值规定

c、阀控型密封铅酸蓄电池的温度补偿系数受环境温度影响，基准温度为25℃时，每下降或升高1℃，单体2V阀控密封铅酸蓄电池浮充电压值应校正3~5mV。

d、对备用贮存的阀控型密封铅酸蓄电池，每三个月进行一次补充电。蓄电池应贮存于清洁、通风良好、干燥的环境中，避免在高温下贮存使用，不应受阳光直射，要远离热源，同时，贮存的蓄电池组，必须和充电设备及负荷的连接部分脱离，以防止过充或过电造成蓄电池的损坏。

e、阀控型密封铅酸蓄电池的允许使用温度范围为－15~45℃，但建议实际使用温度为5~30℃。若环境温度超过要求范围，应采取保温措施。

2、运行中的故障及处理

1）浮充电时，电池电压偏差较大（大于平均值±0.05V）

造成原因：

蓄电池制造过程分散性大，存放时间长，又没按规定补定充电

处理方法：

质量问题，应更换不合格产品。存在问题，应按要求进行全容量反复充放2~3次，使蓄电池恢复容量，减小电压的偏差值。

2）蓄电池的外壳彭胀变形

造成原因：

a、充电电流大，充电电压超过了2.4V/单体。

b、内部有短路、局部放电等造成温升超标。

c、阀控失灵使电池不能实现高压排气，内部压力超标。

处理方法：

a、进行核对性放电，容量达不到额定值80﹪以上的蓄电池应进行更换。

b、运行中减小充电电流，降低充电电压，检查安全阀体是否堵死。

3）运行中浮充电压正常，但一放电，电压很快下降到终止电压值

造成原因：

蓄电池内部失水干涸，电解物质变质。

处理方法：

更换蓄电池。

4）蓄电池外壳温度升高

造成原因：

a、充电电流大，充电电压高于规定值。

b、蓄电池内部有短路、局部放电现象等。

c、螺丝连接不紧固，接头发热。

d、充电机直流输出纹波系数超过1﹪

处理方法：

a、降低充电电流，使充电电压保持规定值。

b、将发热接头清洁处理并紧固螺栓。

c、检查充电机，加装滤波装置，减小交流部分。

d、核对性放电时，蓄电池放不出额定容量

5）核对性放电时，蓄电池放不出额定容量

a、蓄电池长期欠充电，浮充电压低于2.23~2.28V，造成极板硫酸盐化。

b、深度放电频繁（如每月一次）。

c、电池放电后没有立即充电，极板硫酸盐化。

处理方法：

a、浮充电运行时，单体电池电压，应保持在2.23~2.28V。

b、避免深度放电。

c、对核对性放电达不到额定容量的蓄电池，应进行三次核对性放充电，若容量仍达不到额定容量的80﹪以上，应更换蓄电池组。