充電設備維護運行論文

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摘要：免維護蓄電池及先進的充電設備為變電所的安全運行及維護提供了可靠的保障。本文針對牡丹江電業局所屬各個變電所的免維護蓄電池及充電設備在實際運行中出現的問題進行了分析探討，總結出一些運行及維護經驗。

關鍵詞：免維護蓄電池運行維護

1引言

變電所的直流系統是繼電保護、自動裝置和斷路器正確動作的基本保證，其穩定運行對防止系統破壞性事故擴大和設備嚴重損壞至為重要。

隨著遠動技術和通信技術的發展，牡丹江電業局110KV及以下變電所逐漸改造成無人值班變電所，成立了集控站，對所轄各所進行集中監控及運行維護，各所現場不再保留運行值班人員，這就對蓄電池及充電設備的安全穩定運行提出了更高的要求。

以前，應用較為普遍的有鎘鎳蓄電池和鉛酸蓄電池兩種，充電設備采用可控硅整流裝置，但這兩種蓄電池存在維護工作量大，且復雜等現象，不利于集控站的安全運行。而采用可控硅相控技術的充電設備，在紋波、體積、效率等方面不盡入意，監控系統也不完善，采用主從備份行方式，集控站使用起來不方便，達不到電力系統新的技術標準。另外，由于充電設備與蓄電池并聯運行，紋波系數較大，會出現蓄電池脈動充電放電現象，影響蓄電池使用壽命。

針對以上情況牡丹江電業局于1998年相繼更換了一些變電所的直流設備，采用免維護鉛酸蓄電池代替鎘鎳蓄電池，充電設備也逐步采用高頻充電裝置。免維護鉛酸蓄電池具有體積小、重量輕、放電性能高、維護量小等特點，解決了集控站運行維護的需要。

2高頻開關電源特點

2.1高可靠性

采用開關電源特有的模塊化設計，N+1熱備份，大大提高了可靠性。系統采用國際90年代的最新技術，所用IGBT器件的耐壓水平，電流容量已完全能滿足現代電源要求；具有自主均流技術，模塊間輸出電流最大不平衡度小于±3%。體積小，重量輕，效率高，輸出的紋波極小，有利于延長電池壽命。系統采用模塊疊加形式，維護方便。

2.2高智能化

現代電力電子技術與計算機技術相結合，可實現對電源系統的遙測、遙控、遙信、遙調，滿足變電所綜合自動化要求實現無人值守。配合使用的監控模塊采用大屏冪，液晶漢字顯示，聲光告警。具有方便易于操作的優點，可通過監控模塊進行充電模塊參數設置，開關機控制。蓄電池自動管理及保護，實現自動監測蓄電池的端電壓，充放電電流，并控制蓄電池的均充和浮充；可按不同型號及種類的蓄電池設置不同的典型充電曲線進行。

3牡丹江電業局免維護蓄電池及充電設備

3.1武漢電力儀表廠生產

110KV西郊變、東京城變及渤海變蓄電池及充電設備于98年投入運行，充電柜型號GZD33—100/220。電池型號UPS12—300，容量100AH，個數19支，單瓶電壓12V，單瓶正常浮充電壓13.5—13.8V，均充14.4—14.8V。

蓄電池自動運行過程曲線如下：

3.2哈爾濱九洲電力設備制造有限公司生產

110KV江南變、西山變、碾變、東郊變、樺林變直流系統于2000年安裝投入運行，采用高頻開關技術，充電柜型號GZDW111A—200AH/220V，蓄電池型號GFM-200Z，容量200AH，個數108支，單瓶電壓2V，單瓶正常浮充電壓2.22~2.24V。原理框圖如下：

各所直流圖如下：

3.3煙臺東方電子生產

110KV北郊、中心變直流系統于2001年安裝投入運行，采用高頻開關技術，型號為DF0210A型高頻開關直流操作電源系統，蓄電池型號GFM-110Z，容量110AH，個數108支，單瓶電壓2V，單瓶正常浮充電壓2.22~2.24V，哈爾濱光宇制造。

35KV鐵嶺變、鏡泊湖變于2000年安裝投入運行，采用煙臺東方電子DF0210—220/30直流操作電源系統（可控硅整流型），蓄電池UPS型，容量100AH，個數19支，其它參數同西郊變蓄電池。

4免維護蓄電池及充電設備的事故分析

牡丹江電業局的各種免維護蓄電池和充電設備，在實際運行中，因為免維護蓄電池不同于以往我們使用的鉛酸和鎘鎳蓄電池，雖然具有日常維護量少，不用補液等優點，但是這不等于日常不用進行維護及運行監視。在實際運行中我們在方面有過深刻的教訓。

另外，高頻整流電源系統，運行也不同于以往的硅整流直流充電設備，其高度智能化，采用現代的高頻整流技術，結合微機技術，這就對我們檢修和運行人員提出了更高的要求。不掌握其特點和運行要求勢必會造成不必要的損失。

4.1西郊變蓄電池長期欠充

西郊變2001年4月21日，10KV西聯乙線送電，當操作到西聯乙線開關合閘時，開關合不上閘跳躍，各回路紅、綠燈閃爍，直流蓄電池組電壓降低至140V左右，現場檢查發現蓄電池容量下降，容量嚴重不足，不能滿足合閘要求。

經過檢修工區和運行工區有關人員現場分析判斷，充電機對蓄電池組輸出電壓為230伏左右，而蓄電池銘牌上要求正常浮充狀態電壓應為（13.5~13.8）*19=256.5~262.2V伏左右，相差近26.5V蓄電池長期處于欠充狀態，容量嚴重下降，才發生上述現象。現場手動將充電機投在均充位置電壓在260V左右，進行均衡充電1個小時后，合閘成功。

事后通過檢修和運行部門的共同檢查，當時蓄電池組電壓為235伏，與充電機輸出電壓相同，測量單瓶電壓大部分為12V左右，個別蓄電池為11V左右。查看蓄電池上名牌要求單瓶浮充電壓應為13.5~13.8V，而按浮充機工作電壓235V根本不能滿足蓄電池的浮充要求，蓄電池長期處于欠充狀態，容量不能滿足要求，因為當時蓄電池電壓不能達到要求，所以不能進行放電核對其容量，采取以下措施：

調高充電機的浮充、均充、強充電壓，使之達到浮充電壓：13.6*19=258.6伏；均充電壓：14.6*19=277.4伏；強充電壓：280.5伏。

打開充電屏前面板，按圖紙找到調節均充、浮充、強充的電位器，首先調節浮充電壓，將充電機把手切到均充位置，調節電位器，同時用表測量蓄電池端電壓，調節到258.6V；然后依次調節均充、強充電壓到相應值。

對蓄電池組進行6個小時的均充，蓄電池組電壓為277.4伏。六個小時均充之后，恢復浮充狀態進行浮充電運行，蓄電池組電壓應為258.6伏

一個月后，蓄電池單瓶電壓達到13.5伏以上后進行一次核對性充放電，檢查蓄電池的容量和硫化程度。

運行人員要經常測試蓄電池組及單瓶電壓，使每個蓄電池單瓶電壓達到13.5伏以上。

核對后根據情況，對蓄電池采取補救措施；

一個月后檢修、運行人員對西郊變蓄電池進行了核對性檢查。

根據表1可以看出個別蓄電池單瓶電壓下降較快，而且隨著放電時間的延長，單瓶電壓落后的蓄電池個數也在增加，因此在放電一小時后停止放電，轉入充電狀態。

通過這次檢查發現，西郊變蓄電池容量明顯不足，按要求以0.1C（10A）電流對蓄電池放電，三小時內蓄電池單瓶電壓不應低于12V，而這次只經過一小時就有7只蓄電池單瓶電壓低于12V，最低的17#電池為7.9V。調高蓄電池組充電電壓，經過一個多月的浮充充電，對蓄電池的活化作用不明顯，個別蓄電池已經硫化嚴重。

經過了解，西郊變蓄電池于1998年12月初安裝時，當時沒有廠家人員參與，安裝人員不了解免維護蓄電池的使用要求，沒有認真核對設備運行參數是否滿足安全運行的要求，對運行人員也沒有正確交代蓄電池組及充電機的運行維護情況，使蓄電池長期在欠充狀態下運行，造成蓄電池的硫化。

生產廠家在設備出廠時，對充電機輸出的浮充電壓、均充電壓及強充電壓設定值較低，遠不能達到蓄電池組的運行要求，造成蓄電池組長期欠充電。安裝后兩年內檢修人員沒有對蓄電池進行過核對性充放電，不知道電池的運行情況是否良好，對蓄電池長期欠充情況不了解。錯誤的以為，免維護蓄電池池就不用維護管理了。

運行人員沒有充分了解蓄電池及充電設備的性能，沒有對蓄電池的運行狀況進行正確的監測，盲目認為免維護蓄電池不用正常測試維護。以上多方面原因使西郊變蓄電池從安裝到發現問題，將近兩年半的時間沒有人員維護監測，造成蓄電池硫化。

東京城、渤海變蓄電池組及充電機均同西郊變為一個廠家生產，吸取以上教訓，對這兩個所的設備也進行了一次檢查。檢查發現東京城變蓄電池組及充電機運行狀況良好，浮充電壓、蓄電池組電壓、單瓶電壓均滿足要求，沒有發現問題。渤海變充電設備設置電壓也偏低，沒有達到蓄電池技術要求，因為所內直流負荷較小，對蓄電池的影響不大，蓄電池的單瓶電壓基本復合要求，當時采取措施與西郊變相同。

4.2GZDW111A直流系統蓄電池浮充電流抖動問題

充電柜型號GZDW111A—200AH/220V，哈爾濱九洲生產，采用高頻整流模塊作為直流蓄電池充電電源。

剛投運時，發現蓄電池電流表經常發生抖動現象，經實際測量，發現整流輸出模塊輸出電流不穩定。經分析發現此套設備有三個高頻模塊同時運行，每個模塊額定輸出最大電流10A，都投入時能輸出30A電流，可以滿足對蓄電池進行主充和均充的要求。可是當正常負荷很小時，如正常運行蓄電池浮充電流大約為0.03~0.04A，而直流負荷又不大時，江南變正常負荷電流為2.8A左右，其他各所在3—5A左右，三個模塊同時運行運行，每個輸出電流還不到1A，這就造成三個模塊進行均流控制的困難，使模塊輸出電流的不穩定，蓄電池充電電流發生抖動，這種現象要是長期下去那么對蓄電池的使用壽命將有很大的影響。

根據以上分析，采取以下措施，將三個模塊停用一個，平時只是有兩個模塊運行，另一個備用，那么運行的模塊每個輸出電流就達到大約2A，模塊輸出電流趨于穩定，保證了蓄電池的安全運行。

對于江南變，因為負荷電流太小，停用一個模塊后，還是出現電流抖動現象，我們采取在直流負荷回路增加阻性負載的辦法來解決。利用閑置的控制回路負荷開關，在屏內接一個500歐姆的電阻，人為增大直流負荷，提高模塊的輸出電流，也解決了浮充電流抖動的問題。在這里需要注意的是電阻發熱，容易烤壞臨近的設備和接線，我們就做了一個固定支架，將電阻固定在屏內空間大的位置，這樣就避免了影響其他運行設備的問題。采取以上辦法，在沒有出現此類問題。

4.3東郊變GZDW111A直流系統電壓異常告警

2000年11月，東郊變直流屏告警，現場檢查發現，電壓異常告警，合閘母線電壓達到280V左右，此時工作的兩塊模塊的輸出電壓也異常升高到280V左右，監控單元的故障燈報警，封閉式蓄電池內能夠聽見“絲絲”的過充電氣泡聲。

立即停用充電模塊，用蓄電池帶所內直流負荷，停用監控模塊，此時，直流母線電壓恢復正常。首先采取以下措施，斷開充電屏的交流電源，使充電設備斷電。過幾分鐘后，給上交流電，投入監控模塊和充電模塊，故障依舊。初步判斷是由于監控模塊內部故障引起的電壓異常。此時，停用故障的監控、充電模塊，將系統內備用模塊投入運行。備用模塊直接接在直流控制母線上，給控制母線供電，帶常規所內直流負荷，開關合閘電流由蓄電池供給。之后經生產廠家來人檢查發現，故障出現在監控模塊內，有一個監控芯片損壞，造成輸出模塊電壓異常升高，更換芯片后故障消除。

這里要說明，此套設備出現故障時，遇到故障處理不了時，應及時投入備用模塊帶出直流負荷，保證蓄電池不能過放電。還應聯系廠家盡快來人處理。

4.4結論

以上是我們在幾年運行中遇到的典型問題，由此我們可以看出，免維護蓄電池不能認為是投入運行后就不需要人員來維護，只是相對其它蓄電池不需要加水，減少了維護量。運行中還是需要監視其運行狀態的。而充電設備由相控設備逐漸發展到高頻電源設備，在實時監測和智能化管理功能上有了很大的進步，但也存在不利于現場人員維修的問題。

5免維護蓄電池和高頻充電設備的運行維護

免維護鉛酸蓄電池為連續浮充電應用設計的，也可用于循環充放電使用。充電方法必須采用限流—恒壓方法進行。蓄電池在恒壓充電時電流逐漸減少，并最終趨于穩定，如果降至0.01C10以下，并保持3—5小時基本不變時這表明電池已基本充飽，可以轉浮充運行。充電機均可以根據根據事先設定好的運行參數，自動完成蓄電池的恒流充電、恒壓充電和浮充電過程。

充電設備的參數，根據所配蓄電池的參數進行調整正確，一定要保證浮充電壓、均充電壓在合格范圍內，保證蓄電池正常浮充電運行，不至于造成過充、過放電。參數設定好后，如無特殊需要，不要隨意更改。

蓄電池可以在-20C—+50℃內使用。有效的工作溫度5—35℃，如果要獲得最佳的使用壽命應在15—25℃環境下使用。

蓄電池在運輸、儲存和安裝過程中若時間很長會失去一定容量。如果不需校核容量，當電池開路端電壓≥2.13V時可以直接投入浮充運行，但開路端電壓<2.13V時應先進行均衡充電，然后投入浮充運行。（額定電壓12V蓄電池，端電壓為12.8V）

為保證電池有足夠的容量，每年要進行一次容量恢復試驗，讓電池內的活化物質活化，恢復電池的容量。其主要方法是將電池組脫離充電機，在電池組兩端加上可調負載，使電池組的放電電流為額定容量的0.1倍，每半小時記錄一次電池電壓，直到電池電壓下降到1.8V／只(對于2V／只的單體電池)或10.8V／只(對于12V／只的單體電池)后停止放電，并記錄時間。靜置2小時后，再用同樣大小的電流對蓄電池進行恒流充電，使電池電壓上升到2.35V／只或14.1V／只，保護該電壓對電池進行8小時的均衡充電后將恒壓充電電壓改為2.25V／只或13.5V／只，進行浮充充電。上述方法，可以放出蓄電池容量的80%，由于考慮到安全運行，也可以放出蓄電池容量的30~50%左右，這需要查蓄電池的放電曲線來進行。

每月應測一次電池單體電壓及終端電壓，檢查充電設備運行參數是否在合格范圍之內，有無故障告警信號。檢查一下外觀有無異常變形和發熱。浮充總電壓應達到蓄電池要求，并保持在1%之內。

不要單獨增加或減少電池組中幾個單體電池負荷，這將造成單體電池容量的不平衡和充電的不均一性，降低電池壽命。如在整組電池抽出一部分做其它電源，或充電不在一起，放電時疊加一起。

正常浮充運行是不需要均衡充電，如發現出現以下情況應進行均衡充電：

1正常浮充時，蓄電池單體電壓偏差超過0.1V。

2個別單體電池電壓低于2.18V或13.4V。

3長期達不到浮充要求，每半年進行一次。

4放電后24小時之內未及時充電。

5長期小電流深度放電。

6過流放電（電流大于規定20%）和過量放電（超過額定容量10%應立即進行均衡充）。

7蓄電池因單只容量不夠需更換時，只能一次性全部更換，不能僅把性能指標不夠的蓄電池單獨更換下來，否則會因蓄電池的內阻不平衡而影響整組電池的發揮，縮短整組電池的使用壽命。

8高頻電源系統，采用模塊化設計，當出現故障時，可以立即投入備用模塊，恢復直流供電，保證蓄電池不能過放電。

6結論

經過幾年的實際運行，我們逐漸摸索出免維護蓄電池及充電設備運行使用維護的一些經驗，對出現的問題能夠進行處理和解決，保證了直流設備的安全運行。同時根據實際取得的經驗修編了蓄電池運行使用規定，完善到運行規程中去，使運行、檢修人員便于監護、維護蓄電池。現在我局各變電所的直流設備運行很穩定。

參考文獻：

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