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1、變電站閥控式鉛酸蓄電池在線監(jiān)測(cè)與失效機(jī)理研究
摘 要:因變電站繼電保護(hù)與直流系統(tǒng)是密不可分的,直流系統(tǒng)在變電站或換流器內(nèi)充當(dāng)著不可替代的作用。唯有直流系統(tǒng)的可靠運(yùn)行,才能保證保護(hù)正確動(dòng)作性,保證換流器內(nèi)相關(guān)器件的穩(wěn)定運(yùn)行。然而,多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,蓄電池的實(shí)際使用壽命往往比理論上的使用壽命要短得多,使用環(huán)境惡劣或者是內(nèi)部電解液失效等都有關(guān)聯(lián)。因變電站內(nèi)直流電壓是基本恒定的,當(dāng)個(gè)別蓄電池失效將會(huì)導(dǎo)致整體直流段的電壓偏小,則整組蓄電池失效。因此,有必要對(duì)蓄電池監(jiān)測(cè)與控制,以及對(duì)失效機(jī)理研究,為變電站直流電池安全穩(wěn)定運(yùn)行提供美好環(huán)境。
關(guān)鍵詞:可靠性;蓄電池;工作原理;
2、失效機(jī)理
引言
隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展,電系統(tǒng)的電壓等級(jí)越來(lái)越高,同時(shí)其高壓直流系統(tǒng)的大量出現(xiàn),間接地對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性提出更高的要求,其中,對(duì)短路電流應(yīng)該有特別靈敏的保護(hù),而在保護(hù)配置方面,大多數(shù)采用比較穩(wěn)定的直流電壓。但,為了保證直流電壓穩(wěn)定性,電站上一般配套了兩套直流裝置。其中一套即是靠直流蓄電池來(lái)供電,所以直流蓄電池的作用是不可以替代的。隨著近年來(lái)的電網(wǎng)加大建設(shè),變電站大量的增多,導(dǎo)致對(duì)直流需求方面越來(lái)越強(qiáng)烈,而相應(yīng)的變電站直流系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)素質(zhì)還比較落后,迫切需要加大培訓(xùn)力度,提高專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平。所以對(duì)直流蓄電池的維護(hù)研究與探討仍存在大量的空白。
1 蓄電
3、池的發(fā)現(xiàn)歷程
在50年代之前,我國(guó)國(guó)內(nèi)變電站站用開(kāi)口鉛酸蓄電池,然而多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,這種電池質(zhì)量性較差,具體表現(xiàn)在不耐振,易漏液、充電要求高,且壽命相對(duì)較短,隨著技術(shù)科技的發(fā)展,到了70到80年代時(shí)候,新型的一種蓄電池發(fā)現(xiàn):錫一鎳蓄電池。這種電池基本采用的是成套裝置,它們有以下相關(guān)方面的優(yōu)點(diǎn):(1)體積小;(2)安裝維護(hù)方便;(3)可靠性高;(4)不污染環(huán)境;(5)關(guān)鍵它們使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)周期長(zhǎng)。另外,它還有一個(gè)特別優(yōu)點(diǎn),那就是可以連續(xù)多次提供高倍率的大電流放電。這樣,當(dāng)變電站內(nèi)控制回路或者是相關(guān)跳合閘線圈上就有著非常穩(wěn)定恒定的直流電壓。非常的適應(yīng)斷路器合閘使用,所以,慢慢的被
4、現(xiàn)代變電站所廣泛的接受。但是,并非是免維護(hù),當(dāng)然還是要按照相關(guān)國(guó)標(biāo)進(jìn)行周期檢測(cè),周期維護(hù)試驗(yàn)的。
2 蓄電池在線監(jiān)測(cè)的必要性
因新型的大量新產(chǎn)品、新設(shè)備、新技術(shù)在變電站內(nèi)得到廣泛推廣,電網(wǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)大,對(duì)變電站內(nèi)直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定的需求進(jìn)一步提升,所以在日常直流系統(tǒng)維護(hù)中,都要做好相應(yīng)記錄,定好周期進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)。每一次實(shí)驗(yàn)都應(yīng)該仔細(xì)認(rèn)真的檢測(cè)每一個(gè)蓄電池的放電電壓、電流、還有放電時(shí)間,并與以前相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,因?yàn)樾铍姵氐男阅軔夯菨u進(jìn)的,一兩次的試驗(yàn)一般是無(wú)法發(fā)現(xiàn)其放電異?;蛘呤瞧渌矫娴漠惓?。所以說(shuō)很難完全掌握設(shè)備的健康狀況,這就進(jìn)一步要求了運(yùn)維人員要進(jìn)行長(zhǎng)期性、周
5、期性的的觀察和記錄,另外,因蓄電池的放電持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),好多變電站并未真正的開(kāi)展這方面的放電工作。所以現(xiàn)在要求,變電站值守人員在巡視設(shè)備同時(shí),還應(yīng)對(duì)直流設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行定期檢查,過(guò)早的發(fā)現(xiàn)直流電池的缺陷,如漏液等,并且及時(shí)的進(jìn)行處理,這間接的要求了如果有一種在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置,則會(huì)大大提高其準(zhǔn)確率,并且給少許多人工工作量,則是一件特別重要有意義事情。
3 閥控式鉛酸蓄電池的密封原理
閥控式鉛酸蓄電池,也是現(xiàn)在經(jīng)常所叫的密封鉛酸蓄電池,它另外一個(gè)名字稱(chēng)為vRLA電池。在電池內(nèi)部主要發(fā)生負(fù)極吸收原理,/氧氣復(fù)合循環(huán)的化學(xué)過(guò)程,來(lái)達(dá)到密封目的。在電池的負(fù)極,它把過(guò)量的活性物質(zhì)進(jìn)行
6、吸收,而在鉛酸蓄電池在充電后期,負(fù)極不再吸收活性物質(zhì)了,相反,它的析氫反應(yīng)受到抑制,而正極析出的氧氣能被負(fù)極吸收,這就是經(jīng)常所說(shuō)一個(gè)周期循環(huán)過(guò)程――即/氧氣復(fù)合循環(huán)。在此循環(huán)過(guò)程中,蓄電池內(nèi)部的氧氣被消耗,從而實(shí)現(xiàn)蓄電池的密封。當(dāng)電池處于正極充電態(tài)時(shí),它的充電量在7%以上時(shí),開(kāi)始析出氧氣,如下公式所示。
以上所述,閥控式密封鉛酸蓄電池因自身強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì),主要表現(xiàn)為維護(hù)周期時(shí)間長(zhǎng),充電、放電效率高的特別,被廣泛應(yīng)用于在變電站直流系統(tǒng)中。但是隨著供電系統(tǒng)對(duì)直流供電電壓穩(wěn)定性與可靠性要求的越來(lái)越高,而傳統(tǒng)的蓄電池的缺點(diǎn)表現(xiàn)越來(lái)越明顯,急需出現(xiàn)一種新的蓄電池來(lái)更替舊的蓄電池。緊隨著現(xiàn)代因閥控
7、蓄電池閥控式的現(xiàn)身,取代了舊的蓄電池,但隨著又引來(lái)了一個(gè)新課題,那就是,人們無(wú)法準(zhǔn)確掌握蓄電池的健康狀況,如何實(shí)現(xiàn)在線偵測(cè),在線掌握蓄電池的支行情況,因?yàn)槲覀兌贾酪坏┬铍姵匕l(fā)生故障,導(dǎo)致于直流電壓不穩(wěn)定,或者是偏大或小,這樣可能導(dǎo)致保護(hù)裝置可能發(fā)生誤動(dòng)。進(jìn)步使供電系統(tǒng)遭受巨大的損失。所以說(shuō),蓄電池在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是以后發(fā)展的必然課題,如何實(shí)現(xiàn)在線偵測(cè),如何讓蓄電池維護(hù)周期更長(zhǎng),進(jìn)步減少維護(hù)工作量,如何提高蓄電池維護(hù)的效果,隨時(shí)隨地的掌握蓄電池的性能狀況,這些措施的最終結(jié)果是盡可能的去延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命,讓變電站內(nèi)的直流系統(tǒng)安全與穩(wěn)定性更一步得到提高。其中,鉛酸蓄電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)圖見(jiàn)圖1。
8、 4 閥控式鉛酸蓄電池的失效機(jī)理
4.1 正極板失效機(jī)理
正極在充電過(guò)程中是失電子的,不會(huì)生成氫氣,是生成氧氣;同時(shí),在正級(jí)生成氧氣后在富液式鉛酸蓄電池中容易釋放到空氣中,在閥控式鉛酸蓄電池中會(huì)轉(zhuǎn)移到負(fù)極與活性物質(zhì)鉛反應(yīng),或與炭材料反應(yīng)。正極板柵腐蝕的根本原因是鉛及鉛合金的熱力學(xué)不穩(wěn)定性。當(dāng)電極電動(dòng)勢(shì)大于-0.3V時(shí),其處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)充電時(shí),正極本來(lái)就處于陽(yáng)極氧化過(guò)程,硫酸鉛與水氧化成二氧化鉛的電位、析氧電位、鉛氧化成鉛離子電位、鉛與氧氣氧化成二氧化鉛的電位,本來(lái)就擠在一起,都隨著充電過(guò)程溶液濃度以及電壓的變化參與反應(yīng),正極腐蝕是因?yàn)椴徽摮浞烹娬龢O板柵都除以
9、高電位的狀態(tài)下因此板柵容易腐蝕。
4.2 負(fù)極板柵失效機(jī)理
負(fù)極失效的主要原因是負(fù)極上發(fā)生梳酸鹽等相關(guān)化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)蓄電池組長(zhǎng)期充電不足時(shí)候,就會(huì)在負(fù)極板上產(chǎn)生活性物質(zhì),在負(fù)極表面的附著,這樣對(duì)電池壽命嚴(yán)重不好。當(dāng)電池處于半放電狀或者處于長(zhǎng)期儲(chǔ)存不使用時(shí),因?yàn)橥饨绛h(huán)境的溫度的變化性,電池內(nèi)部的硫酸鉛會(huì)發(fā)生再結(jié)晶。這種結(jié)晶是一種白色的固體顆粒,質(zhì)地堅(jiān)硬而粗大的,其化學(xué)物質(zhì)為硫酸鉛,因?yàn)樗L(zhǎng)期在電池內(nèi)部存在,活性日久會(huì)失去,以后再無(wú)法參與化學(xué)反應(yīng),這種現(xiàn)象叫做活性物質(zhì)的硫酸化。由上述反應(yīng)過(guò)程日積月累,硫酸鉛越積越多,活性物質(zhì)會(huì)越變?cè)缴伲瑒t容量漸漸降低,電池的氣體吸收能力緩緩減
10、弱,久之電池可能會(huì)失效。
5 結(jié)束語(yǔ)
因變電站二次系統(tǒng)負(fù)載,特別是繼電保護(hù)這一塊,與直流系統(tǒng)是密不可分的。蓄電池為變電站內(nèi)的控制回路中的線圈或者直流電機(jī)提供可靠、安全、穩(wěn)定的直流電壓,唯有直流系統(tǒng)的可行運(yùn)行,才能保證保護(hù)正確動(dòng)作性。因此,文章針對(duì)蓄電池的穩(wěn)定性、可靠性進(jìn)行關(guān)于監(jiān)測(cè)的必要性、失效機(jī)理方面內(nèi)容進(jìn)行全方面的研究,對(duì)電力設(shè)備的安全運(yùn)行具有十分重要的可行性、參考性的意義。
參考文獻(xiàn)
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