探讨如何解决变电站直流系统存在的问题

电力建设ｌ专栏　探讨如何解决变电站直流系统存在的问题　口罗酷　摘要：中小型终端变电站使用的蓄电池直流屏，维护工作量大，蓄电池寿命短，如采用超级电容替代蓄电池将具　有革命性的进步。　关键词：直流屏：超级电容　一、当前变电站直流屏存在的问题　①阀控蓄电池的寿命　厂家说明书将蓄电池的寿命标注为１Ｏ、１５、２Ｏ年，是过分　在我国，＇１０ｋＶ、３５ｋＶ、１０ｋＶ终端变电站以及厂用６ｋＶ配电　系统，广泛采用了蓄电池直流屏和硅整流电容储能直流屏作为　夸大了。无论进口、国产电池，实际使用后都证实了这一点。因而　对于胶体蓄电池，如德国阳光、　操作、控制以及保护的电源。几十年来，较多的产品在运行中存　在说明书上标称５年比较适当；在以下问题：　（１）镉镍蓄电池直流屏　银彬方可用十年以上。另外厂家说明书上标注的寿命是有前提　的，要在规定的运行温度，标准的充放电方式（包括负载大小）　　直流母线输出２２０Ｖ时，一般由１８Ｏ只蓄电池组成。蓄电池　下运行，实际上这些条件，只有在实验室才能达到。②影Ⅱ向阈控蓄电池寿命主要有如下几个因素：　在加工生产中不可能做到每只电池的充放电特性完全一致，虽　然生产厂家在出厂时进行了匹配组合，到了用户手中就没有挑　ａ．阀控蓄电池寿命对温度十分敏感，生产厂家要求电池运　选的余地了。在使用中，用同一个充电电源，又向同一负荷放电，　行环境温度为１５℃一２５℃，当环境温度超过２５℃后，每升高　　０￣Ｃ电池寿命就要缩短一半。　久而久之，个别电池由于特性差别越来越大，而影Ⅱ向整个装置的　１性能。　镉镍蓄电池在运行中，长期处于浮充状态，充电机性能的好　ｂ．过度放电。　蓄电池被过度放电是影响蓄电池使用寿命的另一重要因　蓄电池组　坏，直接影响电池的寿命。一般厂家承诺电池寿命大于１０年，但　素。这种情况主要发生在交流停电或充电模块损坏后，会导　在实际运用中，往往只有３～５年。这是因为，如果浮充电流过　为负载供电期间。当蓄电池被过度放电到输出电压为零时，大，会使电解液中的水电解成氢和氧，这两种气体混合是危险的　致电池内部有大量的硫酸铅被吸付到电池的阴极表面，形成电　爆炸气体，如果通风不良，有资料介绍，某无人值班变电站，曾发　池阴极的“硫酸盐化”。由于硫酸铅本身是一种绝缘体，它的形成　生直流屏爆炸的事故。　必将对电池的充、放电性能产生不好的影响。因此，在阴极板上　差，其使用寿命就越短。　Ｃ．板栅的腐蚀与增长。　过充电还会使电池冒液。在电池外表及连接片上产生墨绿　形成的硫酸盐越多，电池的内阻越大，电池的充、放电性能就越　色氧化物，腐蚀构件，降低绝缘，使自放电增加。　过充电还会产生氧化还原反应，在负极板上生成氧化镉，减　少极板有效面积，容量减小，这就是俗称的“记忆”效应。为了保　板栅腐蚀是影响蓄电池使用寿命的重要原因。在开路状态　持电池的容量，每年需对蓄电池进行１～２次的“活化”试验，试　下，铅合金与活性二氧化铅直接接触，而且共同浸在硫酸溶液　验必须按生产厂家规定的标准制度进行充放电，才能保证电池　中，它们各自与溶液建立不同的平衡电极电位。正极栅板不断溶　的有效率。　解，特别是在过充电状态下，正极由于析氧反应，水被消耗，Ｈ　增加，从而导致正极附近酸度增高，反栅腐蚀加速，如果电池使　（２）密封铅酸蓄电池直流屏　长期处于过充电状态，那么电池的栅板就会变薄，容量　由于镉镍蓄电池维护量大，一种免维护密封铅酸蓄电池，简　用不当，　称阀控蓄电池或ＶＲＬＡ电池，开始得到广泛应用。因为是全密封　降低，会缩短使用寿命。电池，无须加水，在给维护带来很多好处的同时，也给观测和维　ｄ．浮充电状态对蓄电池使用寿命的影响。　护带来困难。“免维护”这一名词又给使用者带来认识上的误区，　目前，蓄电池大多数都处于长期的浮充电状态下，只充电，　这样　导致使用者放松对蓄电池的日常维护管理。由于阀控蓄电池在　不放电，这种工作状态极不合理。大量运行统计资料表明，使蓄电池内阻急剧增大，使蓄电　我国问世只有十年左右，至今还没有成熟的制造、运行经验。去　会造成蓄电池的阳极极板钝化，Ａｈ）远远低于其标准容量，从而导致蓄电池所能　年在深圳召开的ＥＶＣ会议，汇集国内蓄电池有关使用、制造的　池的实际容量（减少其使用寿命。　专家，总结了国内阀控蓄电池的制造、运行方面的经验，达成如　提供的实际后备供电时间大大缩短，下一些共识：　（３）电解电容储能直流屏　１０５　广东科技２００８．１０总第１９８期　专栏Ｉ电力建设　二十世纪６０—７０年代，Ｅｂ于电解电容储能直流系统投资　母线电流一般小于２Ａ，将保持３Ｏ秒钟的跳合闸能力。在实际运　小，维护量小，在１　１０ｋＶ以下小型变电站得到广泛的应用。经过　用中，将配备２只电容互为热备用，因而在极端的情况下，经常　多年的运行暴露出一个致命的缺陷：由于储能电容　容量只有　性负荷达４Ａ，维持母线电压能达２Ｏ秒，对于任何一种继电保　数千微法，事故分闸的可靠性差，在全国范围内造成多起事故。　护，其动作时间都在数秒钟内必须完成。所以说它非常可靠，因　目前，这类直流系统面临更新改造阶段。　为留有了充足的跳合闸的能量。　二、解决办法　针对以上直流屏存在的问题，能不能有一个更好的方案来　器”，给人们解决直流屏存在的问题带来了曙光。　四、超级电容直流屏与蓄电池直流屏的性能对比　（１】蓄电池过充电、过放电都会缩短使用寿命，而超级电容　解决？现在，由北京金正平科技有限公司开发出来的“超级电容　不存在过充电、过放电的问题，只需限制最高充电电压就行了。　（２）蓄电池有较大的维护量，即便是免维护蓄电池，同样需　它是一种专门用于储能的特种电容，实现了电容量由微法　要维护；而超级电容只需定期检测其容量是否下降就行了，做到　向法拉级的飞跃，是一种理想的大功率物理电源。它不需要任何　了真正意义上的免维护。　维护和保养，寿命长达１０年以上，用它来代替老式电容储能硅　整流直流屏和蓄电池将产生革命性的进步。　（３）蓄电池一旦过放电，要恢复其容量得充电数小时；而超　级电容恢复到额定电压，仅需几分钟。单只电容合闸后端电压下　降５Ｖ，数秒钟即可复原。　（４）电网停电后，直流屏依靠蓄电池放电来维持直流母线电　三、超级电容用于直流屏的有关实验　（一Ｊ超级电容白放电测试　压，电池组的能量毕竟有限。停电时间过长，会使电池的能量放　受损，甚至无法再充电而报废。而超级电容当电网停电后，在带　有经常性负荷的情况下仍可保证几百次的跳闸　表１　将超级电容充至２４２Ｖ后，与负载完全脱离，隔日同一时间　完，如不加限制，必然会导致电池组电压下降到终止电压以下而　测量电容端电压记录如表１所示（第一次：未经浮充电）。　和数次合闸。这一点对具有综合重合闸装置和备　６月１９日　６月２０日　６月２１日　时间　６月１７日　６月１８日　用电源自动投入装置的中小型终端变电站足矣。　电容端电压　Ｖ　△ｖ／ｈ　２４２　２０２　１８Ｏ　１６３　１４８　如果是母线短路，引起电网电压过低，只要　继电保护能正确动作，在短短的几秒钟内，更能　可靠地跳闸，事故跳闸后，没有必要维持一定时　间的直流供电。当事故处理完毕后，电网恢复供　电，在几分钟内，又具有分、合闸能力了。　１．６　０．９　Ｏ．７　０．６０　注：ＡＶ／ｈ为电容端电压下降速度，用下降电压变化量除以小时。　小结：端电压下降速度与是否经过浮充有关，未经浮充开始　几个小时达２～３ｖ／ｈ，即每小时下降２Ｎ３Ｖ，经过浮充半小时以　后，自放电速度明显变缓，可能是电容内部电荷来不及分布均匀　结束语　对于较为重要的变电站，可选择较小容量的免维护蓄电池　与超级电容组成复合电源，由超级电容来承担　中击负荷，蓄电池　有关。在正常运用时，超级电容处在长期浮充状态，完全断开负　载后可维持有效电压达３天（７２小时）。　（二）带经常性负载的放电试验　承担经常性负荷，在蓄电池检修期间，超级电容完全能够挑起重　任，这样既降低了成本，又使蓄电池免受大电流冲击而延长寿　模拟当电网失电后，由电容放电来维持直流母线电压的试　命。一　验。根据电力工程设计手册，关于直流系统控制母线电压允许波　动范围为８５％～１１０％Ｖｎ，Ｖｎ＝２２０Ｖ时，电压波动范围为　１８７Ｖ￣２４２Ｖ。表２是母线电压２４２Ｖ，电容放电至１８７Ｖ时，不同　（作者单位：广东先达电业股份有限公司）　负载的维持时间的实测值。　表２　注：经常性负载按如下方式取其平均值，在２４２Ｖ时，读取电流值Ｉ１；１８７Ｖ时，读　取电流值为Ｉ２；平均值为：Ｉ１＋Ｉ２／２。　小结：中小型变电站如将信号灯换成ＬＥＤ节能灯后，控制　１０６　广东科技２００８　１０．总第１９８期