摘要：针对高压直流输电工程换流站低压直流系统蓄电池组运行情况，对目前换流站常用的蓄电池组运行工况及常见问题进行分析，探讨并总结蓄电池组故障或异常出现的根本原因。通过汇总换流站蓄电池组的缺陷类型，提出高压直流输电工程低压直流系统蓄电池组的运行维护策略，以提高蓄电池组的运行可靠性，进而提高低压直流系统的设备稳定性，以确保换流站二次设备运行安全、可靠。

关键词：蓄电池组;缺陷;运行维护

中图分类号：TM912   DOI：10.19768/j.cnki.dgjs.2021.07.047

0  引言

低压直流系统是换流站重要的组成部分，担负着为站内二次设备提供工作电源的重要任务。在国内电网系统发生过多起站用直流电源故障导致的事故，因此保障站用直流电源系统的稳定运行非常重要。相较于常规的变电站，直流输电工程的换流站所需场地大、设备多。作为低压直流系统重要组成部分的蓄电池组，由于数量大、运行环境要求高、厂家众多，且生产组装工艺参差不齐，一旦频繁故障就将严重影响低压直流系统的可靠性和稳定性，进一步影响二次控制保护设备的安全稳定运行。

针对以上情况，有必要通过对换流站的蓄电池组相关缺陷进行梳理分析，探讨并总结出有针对性的高压直流输电工程低压直流系统蓄电池组运行维护策略，使得现场运维单位可从蓄电池组招标、验收、投运、日常维护各方面进行改善，进而提升低压直流系统和高压直流输电系统的设备稳定性。

1  蓄电池组的结构特点及配置

1.1  蓄电池组的结构特点

蓄电池是实现化学能和电能相互转换的一种装置，又称二次电池。目前，换流站在用的广东汤浅、湖南丰日、山东圣阳、哈尔滨光宇、荷贝克、艾诺斯、霍克等厂商的蓄电池组均采用贫液式铅酸阀控蓄电池。阀控式铅酸蓄电池主要由极柱、汇流排、隔板、正负极板、安全阀、电解液、外壳等组成，如图1所示(以广东汤浅UXL550-2型蓄电池为例)。
放电时，阳极板中的二氧化铅、阴极板上的海绵状铅与电解液中的硫酸发生反应变成硫酸铅，所以电解液中硫酸的浓度会不断降低。充电时，变成硫酸铅的阴阳两极活性物质把固定在其中的硫酸成分释放到电解液中，分别变成海绵状铅与二氧化铅，从而使得电解液中的硫酸浓度不断增大。

1.2  蓄电池组的配置情况

换流站蓄电池组根据低压直流系统分布来配置，常见的为三充两电配置，即三套充电机、两组蓄电池。换流站的交流场、直流场、交流滤波场等均需配置低压直流系统，以昆柳龙工程龙门换流站为例，除通信专用48V蓄电池组外，还配置有交流场蓄电池2组、站公用蓄电池2组、极1高端蓄电池2组、极1低端蓄电池2组、极2高端蓄电池2组和极2低端蓄电池2组，共计12组220V蓄电池。其他特高压场站还有主变等场地，蓄电池组数量更多、容量更大，对设备的运行稳定性和可靠性要求更高。

2  缺陷情况及原因分析

2.1  换流站蓄电池组的运行情况

换流站蓄电池组作为低压直流系统的主要组成部分，由蓄电池本体、蓄电池电压巡检仪、蓄电池间连接条组成。根据换流站日常缺陷统计分析可知，蓄电池组的相关缺陷主要集中在蓄电池本体异常和巡检装置异常，如图2所示。两类缺陷中，蓄电池本体异常缺陷主要为容量不足，属于较严重故障，如整组蓄电池中个别电池出现容量不足，就需对问题电池进行更换;如整组蓄电池中出现大量电池容量不足，就说明整组电池性能下降，一般需进行整组更换。从统计数据来看，巡检装置异常缺陷更频繁，但一般都是较轻微故障，不会对蓄电池或低压直流系统的安全运行造成影响。
2.2  换流站蓄电池本体类缺陷分析

根据蓄电池的结构原理可知，铅酸蓄电池充电后的正极板活性物质是深褐色的二氧化铅PbO2，负极板活性物质是海绵状灰色纯铅Pb，正负极板之间是主要成分为玻璃纤维的隔板，用于吸附参与化学反应的稀硫酸。而蓄电池的本体故障根本原因就在内部的化学物质变质。

从运行经验来看，影响蓄电池运行的因素有以下几个方面。

(1)蓄电池负极活性物质的硫化失效，正极板硫酸铅不易还原，内阻增大，容量衰减。

(2)蓄电池长期过充电，使蓄电池内部产生大量气泡，造成极板上活性物质脱落，严重时安全阀排气不及时，导致蓄电池臌胀甚至开裂。

(3)蓄电池制造时安装工艺控制不良，长期运行后导致内部极板短路，引起容量不足。

(4)蓄电池室空调或其他控温设备异常导致蓄电池组温度过高，浮充电压不满足要求，会使蓄电池本身容量变化。温度越高(不超过35℃)，稀硫酸的粘度越低，活动力越强，内阻越小，使蓄电池有效电压升高，增加输出容量增加，但当温度超过40℃时，容量反而减少。同时,阀控蓄电池温度补偿系数受环境温度影响，基准温度为25℃，每下降1℃，单体2V阀控蓄电池浮充电压值应提高3~5mV。由此可知，环境温度对蓄电池的影响很大，若充电机未能及时作出相应调整，则使蓄电池寿命缩短。

(5)蓄电池外壳破裂，导致参与化学反应的稀硫酸挥发，内阻增大，蓄电池电压下降快，容量减少。

(6)蓄电池巡检仪电源采自蓄电池组出口处，装置本身存在视在阻抗，可视为一负荷，长期让蓄电池组放电，导致蓄电池组长期欠充，引起极板硫化，容量减少。

2.3  换流站蓄电池巡检仪类缺陷分析

蓄电池巡检模块作业是采集每节蓄电池电位，经过运算后将数据传输至集中监控器中，供用户查阅、监视每节蓄电池的电压。根据现场运维统计，电池巡检仪故障原因可归纳为：蓄电池单体电压采样线松动;采样保险氧化接触不良;蓄电池巡检线断线;蓄电池巡检装置老化故障。

3  运行维护策略

为做好蓄电池日常运行维护，避免因维护不到位造成蓄电池的非正常容量衰减，主要采取如下运维措施。

(1)做好蓄电池组的初充电及交接验收试验;每组蓄电池投运前均要抽样进行蓄电池解剖，合格后方可投运。

(2)针对不同厂家蓄电池性能要求，优化蓄电池的浮充、均充电压，保证电池的最佳运行电压和运行状态，防止长期欠充或过充电。

(3)做好蓄电池室环境温度和湿度的维护控制，确保温度控制在25℃,湿度控制在合理范围内，避免因温度过高，使得蓄电池组寿命下降。

(4)蓄电池核对性充放电试验时，应避免蓄电池长时间脱离直流母线或充电机空置，及时对已进行放电试验的蓄电池充电，防止极板活性物质结晶，逆反应失败。

(5)严格按照定检周期对蓄电池组开展核对性放电试验，并对试验结果做好数据归档和趋势分析，根据蓄电池放电数据有针对性的加强日常巡视，并适当调整放电试验周期，确保准确及时发现蓄电池容量不足或渗液、漏液问题，并及时更换。(6)对蓄电池巡检参数按照直流系统技术规范进行整定，确保定值合理，可准确可靠反映蓄电池组的运行情况。

(7)蓄电池极柱接线处线耳与巡检仪压接后，再用热缩管包裹，加大拉伸韧度，降低机械应力或人为拉扯造成断线的风险。

(8)蓄电池单体电压采集线采用低阻抗的一体式保险盒，保证蓄电池电压采集正确。考虑从低压直流母线处接取蓄电池电压巡检仪的电源，减少蓄电池出口处负载。

(9)根据日常消缺情况及时采购备品，调整并修编蓄电池、蓄电池巡检装置、蓄电池巡检模块、蓄电池采样线的备品定额，确保储备足够数量的备品。

(10)修编蓄电池组特巡指导书，重点开展电池壳体、电池极柱、电池导轨/电池架、蓄电池间连接导体紧固程度检查，蓄电池内阻、电压的检查、测试工作，并按照年度运维策略进行专业巡维。

(11)将故障频繁的蓄电池设备的巡检周期调整至更高频次。在基建阶段把好设备质量关，在技术规范上对产品性能、使用寿命等技术参数提出更高要求。通过电力企业在直流电源系统蓄电池相关技术规范或招标技术规范书中严格制定对蓄电池使用寿命的要求，从源头和政策上，提高厂家生产的蓄电池质量，改善目前蓄电池使用寿命偏短的状况。

4  结语

本文对换流站蓄电池组从原理结构到配置情况，以及运行现状、故障类型原因等进行分析，总结出了换流站蓄电池组的运行维护策略，通过在交接试验、日常特巡、工艺改进、备品储备、运行环境等方面提高蓄电池组的运维水平，进而提高低压直流系统设备的运行可靠性和稳定性，确保换流站二次设备运行更加安全可靠。

参考文献

[1]王卓.阀控蓄电池的运行与维护[J].西北电力技术，2005(6):54-56.

[2]姚侠.阀控蓄电池的常见故障和对策[J].科技资讯，2005(24):45-46.

收稿日期：2020-07-25

作者简介：陈海永(1989-),研究方向为特高压直流输电系统控制保护运行和维护;冯健棠(1987-),研究方向为特高压直流输电系统控制保护运行和维护;黎剑波(1983-),高级工程师,研究方向为特高压直流输电系统控制保护运行和维护;熊超(1983-),研究方向为特高压直流输电系统控制保护运行和维护。