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1、直流电源运行维护技术交流杭州高特电子设备有限公司20078综合智能分析法电池作为异常复杂的电化学体系在时间和温度应力的共同作用下时刻发生着微小的变化这种变化必然在外部得到宏观的反映如电压电导充放电曲线等这种变化是动态的连续的相互关联的batterybattery建立电池失效数学模型的依据随着电池使用时间的增加电池组性能的劣化总是表现为个别电池的落后表现为伴随着电池性能的劣化该电池相对于自身的电池电压离散度将逐步变大伴随着电池性能的劣化该电池相对于整组电池的电池电压离散度将逐步变大伴随着电池性能的劣化该电池相对于自身的内阻值将逐步变大且相对于群体的离散度变大伴随着电池性能的劣化该电池的充放电曲线
2、电压值相对于群体的值将逐步变大电池电压的离散度表现电池电压的离散度表现电池电压的离散度表现电池电压的离散度表现电池充放电曲线的变化表现短暂充放电趋势分析通过适当放电1-5分的短暂停电或浅容量放电检测电池内阻变化及容量估算分析电池充放电曲线的变化表现电池充放电曲线的变化表现电池内阻电导的变化瞬间负荷直流内阻趋势分析通过检测电池直流或交流内阻变化及趋势分析纵向比较判断电池内阻增加的趋势一般认为当电池的内阻大于初始值基值的25%时电池将无法通过容量的测试即电池的容量将在其额定容量的80%以下横向判断当不知道基准值时可与整组电池的平均内阻比较电池内阻电导的变化落后电池的发现和处理在实际使用中电池都是成
3、组使用的由于电池制造的离散性和使用的原因电池组失效的早期表现总是出现一些落后电池而落后电池又将进一步加速整组电池的损坏电池组的容量取决于该电池组中容量最低一节电池的容量因而发现并获知落后电池的容量及时对落后电池进行处理是电池组运行维护的关键是非常重要的落后电池的发现和处理落后电池的发现监测电池浮充电压通过适当放电15-30分的浅容量放电检测电池内阻变化落后电池的处理对欠充的电池浮充电压长期偏低可在线进行补充电对轻度极板硫化的电池内阻偏大进行激活处理活化对严重极板硫化电解液干枯或短路开路的电池内阻严重偏大电压很高或为零应立即更换对2V电池组可短接该电池应急处理几个问题电池组如何配组电池组中电池性
4、能的离散性对电池组使用寿命影响很大电池组的配组工作是必须的对电池配组仅仅通过浮充电压配组是不够的应通过充放电曲线比对进行配组阀控式铅酸电池是否适宜经常均充是否可以通过均充恢复落后电池容量由于电池实际使用的串联效应均充并不能有效补充落后电池的容量儿个问题电池容量和内阻的关系快速测量电池性能变化的参考依据但和电池容量无一一对应关系无法取代容量测试电池室环境要求环境温度的要求通风的要求对胶体电池还需考虑防酸防爆的要求几个问题电池组如何更换更换的电池必须是同品牌同规格型号的电池对使用年限较长性能差异较大的电池不建议更换新的电池可直接撤消该电池直至电压无法满足要求更换整组电池更换的电池时应采取保护措施电
5、池组节数如何选取103T08要综合考虑电池组的可维护性电池组容量的利用率几个问题在有硅链的情况下可选最大节数108均充时108235V2538V浮充时108225V2430V以上电压可通过硅链降压达到要求放电时达到保护电压198V108183V接近电池放电下限电压容量基本得到充分利用但有余量在无硅链情况下建议选103-104均充时104235V2444V已超过保护电压上限242V103235V24205V浮充时104225V2340V103225V23175V以上电压符合控母要求放电时达到保护电压198V1041903V198V1031922V可见远未达到电池放电下限电压约有3040的电池容量
6、未得到利用且当发生落后电池时可撤除的电池节数被限制一般不少于101节此时电池利用率约为50198V1011960VII断路器级差配合馈线接线示意几个原则原则上应该简化接线即蓄电池接单母线运行辐射供电熔断器和直流断路器不宜混装在直流断路器的下一级不应再使用熔断器熔断器保护由于特性的不稳定性受温度和湿度影响较大而且有电流冲击的积累效应必须定期更换合格产品直流空气断路器熔断器应具有安一秒特性曲线上下级应大于2级的配合级差并应满足动作选择性的要求几个原则原则上不应该使用交流断路器交流断路器的分断能力仅为直流断路器的分断能力的1518谨用交直流两用断路器全分断时间二分断时间+灭弧时间蓄电池出口保护要计算
7、短路电流正确选择保护电器直流空气断路器正确计算回路电阻和回路短路电流合理选择断路器容量满足动作选择性的要求断路器特性测试仪断路器特性测试仪软件Iln充电装置充电装置要求设备应有充电恒流限流恒压充电浮充电及自动转换的功能并具有软启动特性充电装置以稳流充电方式运行当充电电压达到限压整定值时设备应能自动限制电压自动转换为恒压充电运行充电装置以稳压充电方式运行若输出电流超过限流的整定值设备能自动限制电流并自动降低输出电压输出电流将会立即降至整定值以下多台高频开关电源模块并机工作时其均流不平衡度应不大于5充电装置要求纹波系数注In表示充电装置的精度分类0511W2纹波系数1215稳流精度051052稳压
8、精度III高频开关电源型相控型磁放大型充电装置类别项目名称充电机高频开关电源原理12充电机1关断2导通2关断1导通纹波产生原理RS485电池交流配电整流模块整流模块整流模块整流模块降压摸块1交流监控单元模块监控单元直流监控单元系统监控模块降压摸块2RS485RS232合闸母线控制母线充电机电池组馈线监控直流电源系统概要存在的问题电池的运行与维护从开口式电池到阀控式电池蓄电池不论是工作原理和失效机理都发生了很大变化可我们的认知及检测维护手段却相对滞后了如何提高和改进检测和维护手段成为了迫切需要解决的难点问题馈线回路直流断路器的级差配合随着直流系统重要性的提高直流断路器级差配合问题越显重要存在的问
9、题充电机对电池及系统的影响电源系统的主要负荷从继电保护到综合自动化蓄电池组从开口式电池到阀控式电池充电机也从相控电源发展到了高频开关电源电源在整个系统运行中显得越来越重要对充电机的要求也就提到了议事日程I阀控式铅酸蓄电池运行与维护阀控式铅酸蓄电池结构负极柱正极柱安全阀汇流排栅板隔板外壳阀控式铅酸蓄电池工作原理正极活性物质是二氧化铅电极反应为Pb02311HS04-2ePbS042II20负极活性物质是海绵状金属铅电极反应为PbHS04-2ePbS04 H电池反应PbPbO22112HS04-2PbS042H20从反应式中可以看出硫酸不仅传导电流而且参与电化学反应放电时硫酸不断减少生成水电解液浓
10、度降低充电时不断生成硫酸消耗水电解液浓度增加PbH2SO4H2O体系的氧化还原标准电极电位VPbS04Pb0356VVPbO2PbS041865VEV-V-1865-03562221V即电池电动势通常近似为蓄电池开路电压阀控式铅酸蓄电池特点利用氧再复合水循环原理使电池正极析出的氧气通过隔膜扩散到负极发生氧化反应生成Pb02并与H2S04反应最终生成水避免了水的散失全密封结构用一安全阀控制电池内气体压力VRLAValveRegulatedLeadAcid采用玻璃纤维或胶体作为隔膜吸贮电解液贫液式紧装配阀控式铅酸蓄电池氧再复合机理2Pb022PbOPbOH2S04PbS04H202PbS042H4
11、e-2Pb2HS04-024H4e-2H2020-2-4e-0212H20-4e-4H02个正极PbO2负极Pbe.e.02H202H020202020202020202阀控式铅酸蓄电池VRLA拥有先进的设计思想和工作原理理论上有较高的可靠性和较长的使用寿命厂家也都宣传有1015年的浮充使用寿命然而实际使用情况却强差人意有些厂家的电池仅使用了二三年甚至更短时间就出现了失效电池为什么阀控式铅酸蓄电池的早期失效失水充电时氧再复合反应不完全板栅腐蚀硫酸铅的存在使负极长期处于非完全充电状态形成不可逆硫酸铅充电过程中由于紧装配密封结构使热量不易散出导致电池温升过高失效负极板硫酸盐化热失控阀控式铅酸蓄电池
12、的早期失效工艺设计缺陷渗漏液极耳腐蚀断裂阀盖开闭失灵等阀控式铅酸蓄电池的早化成工艺的非稳定因素和不一致因素导致了电池性能的离散性这给电池的运行留下了失效的隐患当性能不一致的电池组成一组电池并投入运行时各电池的浮充电压会有很大差异经长时间运行后浮充电压高的电池因长期过充导致失水和极板腐蚀反之浮充电压低的电池因长期欠充导致容量损失和极板硫酸化电池性能劣化有自加速的趋势电池本身的离散性是电池早期失效的根本原因阀控式铅酸蓄电池早期失效原因电池运行环境将影响电池使用寿命运行中过充过放没有定期进行检测维护阀控式铅酸蓄电池的贫液式设计使得电池对环境温度非常敏感每增加10寿命减少一半所以良好的运行环境非常重要
13、同时对充电机也提出了较高的要求要求纹波小并有温度补偿-3-6mVoC阀控式铅酸蓄电池运行维护维护建议1做好日常监测工作保证蓄电池组处于正常工作环境电压电流温度a浮充电时单体电池电压差最大为50mV期失效阀控式铅酸蓄电池早期失效原因电极材料的配方制备安装b均充电时电流不大于OlCC环境温度控制在5C-25C之间通风散热良好2每三个月作一次活化性放电OlCO5Th可使蓄电池极板有效物质得到活化容量得到恢复使用寿命得到延长阀控式铅酸蓄电池运行维护3每年作一次容量核对性放电50-IOoC4发现异常电池及时处理宜采用对单体电池进行处理活化补充电更换5对阀控电池不宜采用整组电池充电的方式对个别电池补充电以
14、防止其它正常电池被过充6注意电池间的连接电阻在IC的放电电流下每二个单体电池极柱间的电压降应小于8mV阀控式铅酸蓄电池运行维护阀控式铅酸蓄电池运行维护阀控式铅酸蓄电池测试方法国家标准容量测试法OlClO小时放电核对性容量测试内阻测试法综合智能分析法状态检测法核对性容量测试法按国际标准IEC869-21995固定铅酸蓄电池一式铅酸蓄电池技术条件国家电力部的行业标准DLT637-1997阀控式密封铅酸蓄电池订货条件阀控式铅酸蓄电池容量测试为以电池额定容量C的Ioh率放电电流110进行放电并记录电池端电压温度放电时间直至电池电压降至电压下限计算电流与时间的乘积即为电池容量如电池温度不为25应进行换算
15、当检测蓄电池的容量即在25时实际容量等于或小于80标称容量时为寿命终止Cd般要求和试验方法第二部分阀控式国家标准GB 133371-91固定型防酸Ct1Kt-25一组电池如何进行核对性容量测试在变电站设计时改变单电池组设计方案以二组电池组替代一组电池组便于维护和检修如图200Ah100Ah100Ah用备用电池组投入运行对待测电池组进行全容量核对性放电电池组不退出运行把充电机电压调低到保护电压利用实际负荷负载和外加负载对电池组进行浅容量30-50放电测试基本上可对电池状态作出了解不退出运行对电池组进行短时间放电目的是发现落后电池一组电池如何进行核对性容量测试充电机设备负荷蓄电池组空开熔断器二极管
16、放电负载对充电电压难以调整的直流系统在电池组不退出运行的条件下可串入大功率二极管进行放电方法先在空气开关或熔断器两端并联二极管然后将其断开再进行放电一组电池如何进行核对性容量测试当对电池组进行核对性放电测试完毕后接入正常直流系统回路时必须注意采取必要的保护避免接入瞬间冲击电流引起充电机的过流保护动作或电池出口熔丝熔断的情况发生延时接入放电结束后不立即接回待已放电的电池组电压回复到与充电机电压之差小于5V以内限流接入在电池组出口串接一个合适的限流电阻以限制接入瞬间的冲击电流状态检测法电压通过测量电池的浮充电压检测电池状态可测出电池开路短路严重损坏电池如浮充电压严重偏高可能是电解液干涸板严重硫化导
17、致内阻增大引起浮充电压严重偏低可能是电池长期欠充或正极板腐蚀电流检测浮充电流是否正常温度有无温度异常但一般为环境温度内阻检测法电池内阻包括欧姆内阻电极化内阻浓差极化和电位极化其中欧姆内阻包括极柱汇流排板栅板栅和涂膏层隔膜电解液等显然当由于栅板腐蚀硫化或电解液干涸引起电池性能劣化时将导致电池内阻的增加R极柱R汇流排R板栅R板栅与涂膏R涂膏R电解质R隔膜R金属通路R化学通路XcEc单体电压内阻检测法交流内阻有正弦波和方波二种方式给电池注入一个固定频率和固定电流的交流信号一般使用IkHZ50mA也有310Hz3001000A的然后对其电压进行采样经过整流滤波等一系列处理后以交流电压分量与交流电流分量
18、之比计算出该电池的内阻值可反映电池趋势有在线和便携方式由于电流信号较小精度稍差易受干扰内阻检测法直流内阻短时间内一般为23秒强制通过一个很大的恒定直流电流目前一般使用40A80A的大电流测量此时电池两端的电压并按公式计算出当前的电池内阻较接近实际情况精度好但在线方式不易实施在DLT637-1997标准中直流内阻值定义如下UUlU2Il12IRiUI.U212-II内阻检测法测试方法比较核对性容量测试准确可信但费时费工不易实施有离线式和在线式二种方法在线式测试时对系统具有潜在的危险作为电池检验的标准按规程定期对电池组进行核对性放电测试仍然是保证系统安全运行的无可替代的必要的有效的手段电池电压巡检
19、仅能发现严重劣化电池用于对电池充放电曲线或电池浮充数据的观察和记录内阻或电导法快速简便易于发现失效电池对了解电池性能变化具有重要参考意义但需建立新电池原始数据用于比对且电池内阻的与电池容量之间无一一对应关系现有测试方法的缺陷基于在某一时刻对电池的测试是一种静态的测试它忽略了连续的变化的信息基于单一的测试方法每一测试方法都忽视了电池的电化学体系的复杂性都企图用单一的手段来达到测试的目的Sheet3Sheet2Sheetl图表2CellsvoltageVCellsgroupvoltageVFloatingchargetimedaysoo0000000000000000000000000000000
20、000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000OO0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000OO0000000000000000000000
21、00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000OO0000000000OOO0000000000000000000000000000OO0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
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23、0000000000000000000000000OO0000000000000000000000000000000000000000000000000000000OOOO000000000000000000000000000000000000000000000MaintenancechargingtimedayCellvoltageVEOS-500MaintenancechargingMaintenancechargingtimedayCellvoltageVEos-500Maintenancechargingoo00000000000000000000000000000000000000O
24、O00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
25、000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
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