本文結合日前大量應用的閥控式蓄電池的特點和應用， 針對農電垂直管理發現的問題， 深入提出直流電源系統實際運行中存在的問題， 闡述了理解和執規技術要求， 分析了影響蓄電池組使用壽命的主要因素， 結合現場實際情況， 提出直流系統蓄電池及充電裝置運行維護的措施。
1引言日前根據農電垂直管理要求， 對縣級供電企業的專項安全檢查及幾次事故分析， 都發現縣級供電企業在直流系統運行維護中存在的管理問題， 還發生由於直流系統故障， 尤其是蓄電池組的故障引發的事故。
直流系統作為保護自動化設備和監控電源的設備,是電網保護設備的“心臟”， 其工作正常與否,直接影響到電力系統的安全運行。 隨著技術的進步,直流系統設備也有較大發展,閥控式蓄電池的大量應用,充電裝置的智慧化和蓄電池的密封性技術,大大減輕了運行人員的難度,但也帶來的一些運行維護的問題:過於相信和依賴新設備,運行維護工作不到位,新設備使用壽命還不如原設備,甚至發生蓄電池損壞,變電站直流系統全癱瘓,保護拒動,變電站全停的事故.就此筆者專門針對直流系統的運行與維護提出一些看法.
蓄電池組是做了直流電源、不斷電供應系統(UPS)的應急電源(EPS)的後備電源,在電力系通信等到領域得到廣泛應用.平時蓄電池長期處於浮充電狀態,而是市電直接或通過轉換後給負載,只有當市電中斷或特殊情況下,才由蓄電池直接供給負載。 日前大量使用閥控式密閉式鉛酸蓄電池(VRLA)由於採用了內部氧複合技術,大大減少了電解液的損耗,而且體積小,電壓穩定,無污染,重量輕,放電性能高,無酸霧析出,無需加水,通常稱為”免維護蓄電池（Mintenance Free Batteries），
在閥控式鉛酸蓄電池中， 為了防止充電後期氫氣和氧氣的逸出， 在設計時， 負極容量相對於正極過剩。 即當充電進行至最終階段， 正極板首先產生氧氣， 即
2 H2O → O2 + 4H
氧氣經隔板中的氣孔擴散到負極板， 並與負極板活性物質——海綿狀Pb 和H2SO4發生反應生成PbSO4， 同時抑制了負極板氫氣的產生， 即
2Pb + O2 → 2PbO
PbO + H2SO4 → PbSO4 + H2O
由於是在充電過程中， 生成的PbSO4又被回復到了海綿狀Pb 。 總的結果為
O2 + 4H + + 4e - → 2 H2O
顯然這是正極板產生氧氣的逆過程， 即正極板充電後期電解水所產生的氧氣， 在負極板被覆合併還原成水。
但是,相對于傳統開口式的電池而言, 免維護是使用期間無須加水,無須調節電解液比重， 多數的維護人員由於對免維護一詞的誤解,忽視了對閥控工蓄電池的日常維護和管理,造成了蓄電池的使用壽命的縮短,容量不足或者失效造成的變電所和發電廠事故屢見不鮮。
3．對國網直流系統技術要求執行忽視的幾個方面問題3.1直流系統紋波係數的測量
國網直流運行維護技術規程中， 紋波係數的測量是直流核心指標， 它反應了直流裝置輸出電壓的脈動程度，
3.2直流監控裝置控制程式的試驗
直流電源標準對微機監控裝置要求直流電源設備應能自動進行：恒流限壓充電—恒壓充電—浮充電狀態或均充—浮充的狀態的自動轉換。 但實際現場檢查發現仍有部分設備老化， 恒壓均充後不能自動轉換為浮充狀態， 對保護設備及蓄電池壽命均不利。
3.3 交流輸入端的技術要求
直流電源技術標準不僅要求充電裝置應有2路交流輸入、互為備用， 取自不同段的交流電源。 還要求設備有防止過電保護， 防止電網浪湧衝擊電壓侵入充電模組的技術。 目的是如果發生雷擊雷電波通過交流電源線侵入直流輸入端， 造 成充電模組受損， 其受到衝擊電壓影響而損壞，並產生高的直流電壓，導致直流系統事故。
3.4蓄電池組的充放電
規程對閥控式蓄電池組投入運行後要求：每2-3年進行一次核對性充放電，運行6年後每年進行一次核對性充放電，目的就是校驗蓄電池組容量是否滿足要求。使電池內部的化學物質通過放電、充電得到活化。延長電池壽命。
4．當前影響直流系統安全運行的主要因素目前,變電站幾乎都使用閥控式蓄電池,大多是2V的蓄電池組,容量較小,一般在100-500Ah,,2V電池設計壽命在10年左右, 這設計值是要求在嚴格的運行環境下的理論值，實際的壽命與電池的環境溫度、直流屏的參數、日常維護及電池的運行善有密切的關係。日常檢查中還發現有的蓄電池室即沒有安裝空調或安裝了空調平時也未進行相應溫度補償調整，使得實際使用中的電池壽命大大縮短。
4.1 環境的溫度的影響
環境溫度是影響蓄電池使用壽命的重要因素,隨著溫度升高,蓄電池的放電能力有所提高,在15-25度左右的環境下,可獲得較長的壽命.但溫度每升高10度,蓄電池的壽命就減少一半左右,溫度越高,影響越大.溫度一升高,蓄電池的極板腐蝕將加劇,同時將消耗更多的水,從頁電池壽命縮短.
一般廠家要求的環境溫度是20±5度.電池額定容量是指25度下的容量,如果溫度過低,電池的放電容量將受影響,通過實驗證明,25度以下時,溫度與容量有一定有關係.
溫度/℃
容量/%
溫度/℃
容量/%
25
100
10
84
20
95
5
76
15
90
0
70
4.2 熱失控
電池初期限高電源充電不會造成熱失控問題,這是因為充電初期限全部或大部分電量用於活性物質轉化,電流幾乎全部轉化用來參加氧複合反應,反應會產生大量的熱.在恒壓充電的情況下,所生成的熱量會導致蓄電池充入更大的電流,,就會產生更多的熱量,這個迴圈持續進行,假如電池通風不好,電流不加限制,最終將空難性的熱失控事故,這對電池來說就是毀滅性的破壞.
4.3 過充電
若蓄電池長期處於過充電狀態,正極因反應析氧反應,水將被消耗,氫離子濃度隨之增加,從而導致正極附近的酸濃度增加,使極板柵腐蝕加劇,同時因水分損壞加大,蓄電池電解發液會發生乾涸的危險,從而大大縮短電池的壽命.實踐也證明,當閥控電池溫度大於50度時,10多次的過充電就會導致蓄電池永久性的失效.
4.4 欠充電
根據目前對部分壞的電池解剖情況分析,導致電池壽命終止的一個主要原因在於電池負極的不可逆硫酸鹽化.這是蓄電池容量早衰的典型表現。在正常條件下,電池在放電時形成結晶硫酸鉛,在充電時能較容易地發生氧氣化還原反應正極轉變為二氧化鉛,負極還原為鉛。如果運行維護有問題,如浮充電壓太低或常處於欠充電狀態,會造成浮充電流減小,相對充電時間延長.如果充電時間不足,電池就會片於欠充電狀態,電池的放電容量會越來越小。
浮充電壓太低,電池極板內部的硫酸鉛不能充分化合成氧氣化鉛和鉛。長期如此,活性物質最後無法轉化氧氣化鉛和鉛,使電池放不出電.
另外電池中個別單體電池,一旦發生不可逆硫酸鹽化,電池內解液濃度改變會使內阻增加,電池內部產生的大量熱能,使硫酸鹽化程度繼續加劇,最終引起硫酸鉛枝晶短路,單體電池極板因短路電流發熱和扭曲或膨脹,通常就是“鼓肚子”現象,甚至引起電池外殼爆裂,單體電池產生早期失效,直接導致整組電池失效.
電池失效可由不同原因引起.通常情況浮充電壓過高會引起熱失控而受到維護人員的重視,比如電池室的溫度監控,實際上當電池組長期處於欠充電產生的後果發展的時間較長,不易被除發現和注意,所以形成電池維護隱患.
4.5 充電裝置的性能及參數設置影響
充電裝置日前進行中的充電裝置有些是相控充電裝置，大部分是高頻電源開關。但實際運行中直流充電裝置穩流、穩壓及恒流限壓充電-恒壓充電—浮充電狀態或均充—浮充的狀態自動轉換等性能不合要求，充電裝置內部浮充、均充電壓等運行參數設置，也是影響直流系統安全運行的關鍵因素。
5 做好直流系統的運行維護的技術措施5.1 新蓄電池組的投入及使用過程
一般情況下，新電池從出廠至安裝再到投入運行會有一段時間，特別是基建安裝調式期間，電池因長時間的自放電，電池容量會有不同程式的損失，且由於各電池自放電大小的差異，導致電池的電解液比重、電池端電壓等的不均勻。因此，在電池投入運行前，須進行電池進行一次補充放電，否則，個別電池會進一步擴展為落後電池並導致整組蓄電池出問題。
5.2 線上運行的蓄電池組的均充電和浮充電
電池投入使用後，正常運行，應按照生產廠商的充電要求進行蓄電池充電參數的設置。尤其是目前的直流開關電源充電設備，其智慧化的方式和程式都不盡相同，開關電源設置參數不合理，直接引起電池欠充，過充或過放，從而導致電池壽命縮短。
（1）電力系統用電池一般在浮充電狀態運行，而浮充電運行是蓄電池的最佳運行條件，此時電池一直處於滿荷電狀態，在此條件上運行，電池將達到最長的使用壽命，因此浮充電壓的設置對電池壽命至關重大。
（2）閥控式蓄電池的浮充電壓值在25℃時，為2.25±0.02V/單體。建議最在取2.25V－2.26V/單體，即此中心值略高一點。這是因為蓄電池標準環境溫度為25℃，為保證蓄電池在長期浮充電條件下能充足電，特別是老式相控開關電源，設備無自啟動均充電功能時，適當提高浮充壓值對運行是有利的。電池進行短時間放電後，即使對電池沒有均充電補足電能，但由於平時浮充電取較高，一段時間浮充電後，也能補足電能。
（3）電池在浮充電運行時，充電電壓應隨環境作適當調整，浮充電壓數值可按溫度補償系統－3.5mV/度單體進行計算，即溫度升高1度，浮充電壓下降3.5mV，溫充降低，浮充電壓上升3.5mV。
環境溫度/℃
浮充電壓V/單體
環境溫度/℃
浮充電壓V/單體
0
2.34
30
2.23
10
2.31
35
2.22
20
2..27
40
2.19
25
2.25
5.3做好直流充電裝置的交接驗收
交接驗收時，要檢驗充電裝置的穩壓、穩流及限流特性良好。為保證蓄電池能夠運行在最佳狀態和應用兩階段恒定電流恒壓的充電方法，浮充電的穩壓特性十分重要，保證直流母線運行電壓和防止落後電流的產生。充電時的穩流特性十分重要，在供電電壓逐步上升時保持穩定電流，保證了電池的正常電化學反應，順利進入恒壓的均衡充電階段，達到改善電池特性參數或解決個別落後容量恢復的問題。
限流特性，主要是防止負荷劇增時，整流器產生“搶負荷”和起調現象，易跳閘。所以充電機的穩壓、穩流及限流特性一般有要求，如下表：
5.4做好蓄電組日常的運行維護管理
(1)每月進行測一次單體電池電壓和電池組電壓。
端電壓是反映蓄電池工作狀況的一個重要參數，閥控密封鉛酸蓄電池端電壓的測量不能在浮充電狀態，還應在放電狀態下進行。浮充電狀態下的電池端電壓測量，由於外加電壓的存在，測量出的電池端電壓易造成假現象，即使有些電池有問題，也能測量出似乎正常的數值（實際上是外加電壓在該電池兩端造成的壓差），這極易在交流失電時造成變電所事故，定期在放電狀態下進行電池端電壓測量，這種情況就完全可以避免。
(2)保持電池環境清潔，防止發生電池短路事故。
定期檢查電池極柱、安全閥和電池水槽是否有滲液和酸霧溢出。每半年檢查連接螺栓是否有鬆動，蓄電池的 外觀正常，外表溫度正常，清掃灰塵，擰緊連接螺絲，除鏽凡士林保護。
(3)定期進行核對性充放電容量試驗
每年進行對電池進行以實際負荷進行一次核對性容量充電，放出額定容量的30－40%，根據放電曲線評估蓄電池容量。每3年進行一次容量測試，使用6年後每年做一次，即對蓄電池組進行全充全放，這個工作也稱為活化處理或治療性充放電。通過放電和充電過程的迴圈，活性物質得到活化，防止鈍化。閥控式蓄電池充放電的或補充電的條件是：一是電池組中有2只或2只以上單體電池電壓低於2.18V；二是蓄電池閒置停用時間超過三個月；三是電池全浮充運行達三個月。
其主要方法是將電池組脫離直流屏，在電池組兩端加上可調負載和智慧放電儀，以0.1IC的電流進行放電，每半小時或1h記錄一次電池端電壓，起到電壓下降到1.8V後停止放電，並記錄時間，再用0.1IC電流對蓄電池進行恒流充電，等電池電壓上升到2.35V，時，保持該電壓對電池進行8h的均衡充電後，將充電電壓改為2.25V進行浮充電（有的由充電裝置自動設定轉換）。
（4）做好設備日常巡視檢查。
巡視維護中要檢查直流充電裝置浮充電電流、浮充電電壓是否在合格範圍，與直流母線的實際值是否一致；兩路交流電源輸入是否正常，並做好定期切換試驗；定期檢查充電裝置充電方式和運行參數，是否按規程要求和定值單進行設置；定期進行直流監控裝置控制程式試驗，檢查充電裝置能否自動進行恒流限壓充電—恒壓充電—浮充電狀態自動切換，且正常運行應處於浮充電。其中充電裝置參數設置中浮充電壓對於閥控式密封鉛酸蓄電池組來講非常重要，檢查是否按5.2點要求進行定期設置。
小結
總之，直流電源是變電站安全運行的核心，失去了直流電源，繼電保護自動裝置和開關就失去了動力，整個變電站就要癱瘓。因此重視對直流系統管理是保證變電站安全運行的前提，特別是做好蓄電池的維護和管理。要正確理解閥控式蓄電池的特點，針對影響其使用的主要因素，不斷提高維護水準，維護直流系統的穩定性，同時查找日常維護中的不足，提高變電所、發電廠和通信站的安全運行是我們電力同行工作者的天職。
（摘編自《電氣技術》，原文標題為“蓄電池使用壽命的提高及直流系統的運行維護技術”，作者為王連輝。）
3.4蓄電池組的充放電
規程對閥控式蓄電池組投入運行後要求：每2-3年進行一次核對性充放電，運行6年後每年進行一次核對性充放電，目的就是校驗蓄電池組容量是否滿足要求。使電池內部的化學物質通過放電、充電得到活化。延長電池壽命。
4．當前影響直流系統安全運行的主要因素目前,變電站幾乎都使用閥控式蓄電池,大多是2V的蓄電池組,容量較小,一般在100-500Ah,,2V電池設計壽命在10年左右, 這設計值是要求在嚴格的運行環境下的理論值，實際的壽命與電池的環境溫度、直流屏的參數、日常維護及電池的運行善有密切的關係。日常檢查中還發現有的蓄電池室即沒有安裝空調或安裝了空調平時也未進行相應溫度補償調整，使得實際使用中的電池壽命大大縮短。
4.1 環境的溫度的影響
環境溫度是影響蓄電池使用壽命的重要因素,隨著溫度升高,蓄電池的放電能力有所提高,在15-25度左右的環境下,可獲得較長的壽命.但溫度每升高10度,蓄電池的壽命就減少一半左右,溫度越高,影響越大.溫度一升高,蓄電池的極板腐蝕將加劇,同時將消耗更多的水,從頁電池壽命縮短.
一般廠家要求的環境溫度是20±5度.電池額定容量是指25度下的容量,如果溫度過低,電池的放電容量將受影響,通過實驗證明,25度以下時,溫度與容量有一定有關係.
溫度/℃
容量/%
溫度/℃
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4.2 熱失控
電池初期限高電源充電不會造成熱失控問題,這是因為充電初期限全部或大部分電量用於活性物質轉化,電流幾乎全部轉化用來參加氧複合反應,反應會產生大量的熱.在恒壓充電的情況下,所生成的熱量會導致蓄電池充入更大的電流,,就會產生更多的熱量,這個迴圈持續進行,假如電池通風不好,電流不加限制,最終將空難性的熱失控事故,這對電池來說就是毀滅性的破壞.
4.3 過充電
若蓄電池長期處於過充電狀態,正極因反應析氧反應,水將被消耗,氫離子濃度隨之增加,從而導致正極附近的酸濃度增加,使極板柵腐蝕加劇,同時因水分損壞加大,蓄電池電解發液會發生乾涸的危險,從而大大縮短電池的壽命.實踐也證明,當閥控電池溫度大於50度時,10多次的過充電就會導致蓄電池永久性的失效.
4.4 欠充電
根據目前對部分壞的電池解剖情況分析,導致電池壽命終止的一個主要原因在於電池負極的不可逆硫酸鹽化.這是蓄電池容量早衰的典型表現。在正常條件下,電池在放電時形成結晶硫酸鉛,在充電時能較容易地發生氧氣化還原反應正極轉變為二氧化鉛,負極還原為鉛。如果運行維護有問題,如浮充電壓太低或常處於欠充電狀態,會造成浮充電流減小,相對充電時間延長.如果充電時間不足,電池就會片於欠充電狀態,電池的放電容量會越來越小。
浮充電壓太低,電池極板內部的硫酸鉛不能充分化合成氧氣化鉛和鉛。長期如此,活性物質最後無法轉化氧氣化鉛和鉛,使電池放不出電.
另外電池中個別單體電池,一旦發生不可逆硫酸鹽化,電池內解液濃度改變會使內阻增加,電池內部產生的大量熱能,使硫酸鹽化程度繼續加劇,最終引起硫酸鉛枝晶短路,單體電池極板因短路電流發熱和扭曲或膨脹,通常就是“鼓肚子”現象,甚至引起電池外殼爆裂,單體電池產生早期失效,直接導致整組電池失效.
電池失效可由不同原因引起.通常情況浮充電壓過高會引起熱失控而受到維護人員的重視,比如電池室的溫度監控,實際上當電池組長期處於欠充電產生的後果發展的時間較長,不易被除發現和注意,所以形成電池維護隱患.
4.5 充電裝置的性能及參數設置影響
充電裝置日前進行中的充電裝置有些是相控充電裝置，大部分是高頻電源開關。但實際運行中直流充電裝置穩流、穩壓及恒流限壓充電-恒壓充電—浮充電狀態或均充—浮充的狀態自動轉換等性能不合要求，充電裝置內部浮充、均充電壓等運行參數設置，也是影響直流系統安全運行的關鍵因素。
5 做好直流系統的運行維護的技術措施5.1 新蓄電池組的投入及使用過程
一般情況下，新電池從出廠至安裝再到投入運行會有一段時間，特別是基建安裝調式期間，電池因長時間的自放電，電池容量會有不同程式的損失，且由於各電池自放電大小的差異，導致電池的電解液比重、電池端電壓等的不均勻。因此，在電池投入運行前，須進行電池進行一次補充放電，否則，個別電池會進一步擴展為落後電池並導致整組蓄電池出問題。
5.2 線上運行的蓄電池組的均充電和浮充電
電池投入使用後，正常運行，應按照生產廠商的充電要求進行蓄電池充電參數的設置。尤其是目前的直流開關電源充電設備，其智慧化的方式和程式都不盡相同，開關電源設置參數不合理，直接引起電池欠充，過充或過放，從而導致電池壽命縮短。
（1）電力系統用電池一般在浮充電狀態運行，而浮充電運行是蓄電池的最佳運行條件，此時電池一直處於滿荷電狀態，在此條件上運行，電池將達到最長的使用壽命，因此浮充電壓的設置對電池壽命至關重大。
（2）閥控式蓄電池的浮充電壓值在25℃時，為2.25±0.02V/單體。建議最在取2.25V－2.26V/單體，即此中心值略高一點。這是因為蓄電池標準環境溫度為25℃，為保證蓄電池在長期浮充電條件下能充足電，特別是老式相控開關電源，設備無自啟動均充電功能時，適當提高浮充壓值對運行是有利的。電池進行短時間放電後，即使對電池沒有均充電補足電能，但由於平時浮充電取較高，一段時間浮充電後，也能補足電能。
（3）電池在浮充電運行時，充電電壓應隨環境作適當調整，浮充電壓數值可按溫度補償系統－3.5mV/度單體進行計算，即溫度升高1度，浮充電壓下降3.5mV，溫充降低，浮充電壓上升3.5mV。
環境溫度/℃
浮充電壓V/單體
環境溫度/℃
浮充電壓V/單體
0
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5.3做好直流充電裝置的交接驗收
交接驗收時，要檢驗充電裝置的穩壓、穩流及限流特性良好。為保證蓄電池能夠運行在最佳狀態和應用兩階段恒定電流恒壓的充電方法，浮充電的穩壓特性十分重要，保證直流母線運行電壓和防止落後電流的產生。充電時的穩流特性十分重要，在供電電壓逐步上升時保持穩定電流，保證了電池的正常電化學反應，順利進入恒壓的均衡充電階段，達到改善電池特性參數或解決個別落後容量恢復的問題。
限流特性，主要是防止負荷劇增時，整流器產生“搶負荷”和起調現象，易跳閘。所以充電機的穩壓、穩流及限流特性一般有要求，如下表：
5.4做好蓄電組日常的運行維護管理
(1)每月進行測一次單體電池電壓和電池組電壓。
端電壓是反映蓄電池工作狀況的一個重要參數，閥控密封鉛酸蓄電池端電壓的測量不能在浮充電狀態，還應在放電狀態下進行。浮充電狀態下的電池端電壓測量，由於外加電壓的存在，測量出的電池端電壓易造成假現象，即使有些電池有問題，也能測量出似乎正常的數值（實際上是外加電壓在該電池兩端造成的壓差），這極易在交流失電時造成變電所事故，定期在放電狀態下進行電池端電壓測量，這種情況就完全可以避免。
(2)保持電池環境清潔，防止發生電池短路事故。
定期檢查電池極柱、安全閥和電池水槽是否有滲液和酸霧溢出。每半年檢查連接螺栓是否有鬆動，蓄電池的 外觀正常，外表溫度正常，清掃灰塵，擰緊連接螺絲，除鏽凡士林保護。
(3)定期進行核對性充放電容量試驗
每年進行對電池進行以實際負荷進行一次核對性容量充電，放出額定容量的30－40%，根據放電曲線評估蓄電池容量。每3年進行一次容量測試，使用6年後每年做一次，即對蓄電池組進行全充全放，這個工作也稱為活化處理或治療性充放電。通過放電和充電過程的迴圈，活性物質得到活化，防止鈍化。閥控式蓄電池充放電的或補充電的條件是：一是電池組中有2只或2只以上單體電池電壓低於2.18V；二是蓄電池閒置停用時間超過三個月；三是電池全浮充運行達三個月。
其主要方法是將電池組脫離直流屏，在電池組兩端加上可調負載和智慧放電儀，以0.1IC的電流進行放電，每半小時或1h記錄一次電池端電壓，起到電壓下降到1.8V後停止放電，並記錄時間，再用0.1IC電流對蓄電池進行恒流充電，等電池電壓上升到2.35V，時，保持該電壓對電池進行8h的均衡充電後，將充電電壓改為2.25V進行浮充電（有的由充電裝置自動設定轉換）。
（4）做好設備日常巡視檢查。
巡視維護中要檢查直流充電裝置浮充電電流、浮充電電壓是否在合格範圍，與直流母線的實際值是否一致；兩路交流電源輸入是否正常，並做好定期切換試驗；定期檢查充電裝置充電方式和運行參數，是否按規程要求和定值單進行設置；定期進行直流監控裝置控制程式試驗，檢查充電裝置能否自動進行恒流限壓充電—恒壓充電—浮充電狀態自動切換，且正常運行應處於浮充電。其中充電裝置參數設置中浮充電壓對於閥控式密封鉛酸蓄電池組來講非常重要，檢查是否按5.2點要求進行定期設置。
小結
總之，直流電源是變電站安全運行的核心，失去了直流電源，繼電保護自動裝置和開關就失去了動力，整個變電站就要癱瘓。因此重視對直流系統管理是保證變電站安全運行的前提，特別是做好蓄電池的維護和管理。要正確理解閥控式蓄電池的特點，針對影響其使用的主要因素，不斷提高維護水準，維護直流系統的穩定性，同時查找日常維護中的不足，提高變電所、發電廠和通信站的安全運行是我們電力同行工作者的天職。
（摘編自《電氣技術》，原文標題為“蓄電池使用壽命的提高及直流系統的運行維護技術”，作者為王連輝。）