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二滩水电站蓄电池组容量核定与评估
点击次数 | 时间 | 2005-06-19 16:06:30
[摘要] 二滩水电站蓄电池组容量核定与评估                   冯 喆      摘 要:介绍了二滩水电站直流系统蓄电池组状况,结合运行维护经验和核容试验结果对蓄电池组进行技术评估...
二滩水电站蓄电池组容量核定与评估                   冯 喆
     摘 要:介绍了二滩水电站直流系统蓄电池组状况,结合运行维护经验和核容试验结果对蓄电池组进行技术评估分析,提出了改善运行中的蓄电池组性能、延长使用寿命的方法及保障直流电源安全运行的对策。
  关键词:二滩水电站;蓄电池组;核容试验;技术评估
1、 二滩水电站直流系统及蓄电池组
  二滩水电站220 V直流电源装置共三套,分别安装在一副厂房、二副厂房、GIS控制楼,为全厂提供设备的操作、控制、保护、信号显示、监控系统及其事故备用等220 V直流电源。
  一副和GIS开关站控制楼直流系统均采用两段母线三组充电机装置和两组蓄电池组,正常运行时单充电机单组蓄电池组带一段母线运行,两母线分段运行,另一台充电机备用。一副直流系统每组充电机额定输出350 AGIS楼直流系统每组充电机额定输出150 A。二副直流系统采用一段母线两组充电机装置和一组蓄电池组,每组充电机额定输出100 A,正常运行时单充电机单组蓄电池组带母线运行,另一台充电机备用。
  二滩水电站一副、二副、GIS楼蓄电池组配置共三套五组,每组蓄电池均采用103只单体组合,单只电池浮充电压为2.23~2.27 V,恒压限流(均充)充电电压为2.30~2.35 V,容量分别为1300 Ah,320 Ah,530 Ah,选用的美国GNB公司ABSOLYTEⅡPNON-SPILLABLEBATTERY系列100A-27、50A-13、90A-13三种模块组合的免维护铅酸蓄电池组,于1997年至1998年相继投入运行。
  二滩水电站220 V直流充电机由于当时技术水平所限,选用的模拟式调节器可控硅整流充电机。施工阶段蓄电池组安装工期长,由于投运初期工作环境条件较差(尤其是GIS楼、二副蓄电池组),同时原充电机装置性能较差,浮充电压波动较大等原因,将直接导致二滩水电站蓄电池组的使用寿命和工作性能受到一定影响。因此结合运行维护,对在役蓄电池组
容量进行核对性放电,尤其直接对浮充状态的蓄电池组的进行核容试验,评估蓄电池的性能和使用寿命,提供运行维护依据,对直流电源的可靠性和电站的安全运行是必要的。
2 蓄电池组的核容试验
  根据二滩水电站蓄电池组平时维护结果和相关国家、行业标准规定,二滩水电厂和四川电力试验研究院共同对二滩蓄电池组容量进行了充、放电容量核定工作。
2.1 核容试验目的
  蓄电池长期处于浮充状态,蓄电池极板常会硫化,导致电解质的渗透,从而增大了蓄电池的内阻,降低了蓄电池极板的活性物质的作用,蓄电池容量和使用寿命将大为降低。根据技术要求,蓄电池运行一定时间后,应对其进行核对性放电(不应过度放电),同时对蓄电池进行恒压限流均衡充电,可使蓄电池得到活化,容量得以恢复,使用寿命延长,确保直流电源的可靠性,蓄电池组起到良好后备电源作用。
  本次容量核定主要考察浮充状态下蓄电池组的实际放电能力,并核定对应的合格容量,采用专用核容设备对蓄电池组恒流放电到规定单体电压(单只电压不低于1.8V),用分析软件绘制出蓄电池组相关技术曲线,对蓄电池容量进行校核和技术评估。
2.2 核容试验
2.2.1 主要设备仪器
  全部采用瑞典保加玛微机可控核容设备,内置保护功能,确保核容试验的安全。Torkel860蓄电池智能容量测试仪,对蓄电池进行恒流放电,精确测量蓄电池容量,分析和判定使用寿命;TXL870电阻负载,吸收蓄电池放电能量;TMC4001蓄电池参数测试仪,对蓄电池单体电压、整组端电压、放电电流进行在线监控,利用与之通讯的计算机上用TMC95分析软件自动采样,生成蓄电池核容试验放电曲线数据库,可绘制输出各类放电曲线,分析评估蓄电池的容量和好坏。
2.2.2 核容试验
  由厂家提供的蓄电池放电曲线可看出,放电初期端电压降低缓慢,当2 h以后,端电压降低速率明显增快,之后陡降。端电压的改变是由蓄电池单体放电时电动势和内阻变化和极化作用所致。因此放电常以80%额定容量为宜,便于再次充电的效率和蓄电池使用寿命。
  核容设备参数整定时,主要根据GNB公司提供的数据,三种电池的放电电流、终止电压、放电时间如表1所示。
  由本次容量核定目的,浮充蓄电池退出进行直接进行容量核定放电,以便得到现有运行蓄电池的真实容量进行评估,同时为保证蓄电池性能,核容放电未进行深度放电(深度放电值1.75 V),整定为整组报警电压190 V,放电终止电压180 V,单体报警电压1.85V,终止电压1.80 V。核容试验主要将以上设备正确接线后,按I10进行恒流放电,放电过程中只要有一只电池电压达到1.80 V,整组核容停止放电;但核容试验时二副18号,57号较早达到1.80 V,蓄电池组的平均电压较高,因此采用短接后继续放电。放电完成蓄电池均衡充电后投入直流系统运行。
2.2.3 核容试验结果
  根据相关标准和技术要求,经过核容试验,结合运行维护测试结果,对二滩水电站蓄电池组容量核对和蓄电池异常判断结果如表2。
3 蓄电池组的评估分析及改善措施
3.1 蓄电池组的评估分析
  二滩水电站蓄电池组采用了大容量工业电池,具有免维护功能,运行中无需加水加酸,对保证二滩直流电源可靠性起到了较大作用。
  通过几年的运行和本次核容试验,二滩蓄电池组整体容量有所下降,蓄电池单体间存在电压不平衡,并且少数电池存在电压、容量异常、偏低现象。这与平时维护监测的电压偏低的蓄电池相吻合。核容试验后对以上蓄电池用新的同型号的单体进行了更换,退役的蓄电池单体大多数存在外壳变形、电压明显偏低、内阻偏大现象。以上异常现象的原因分析主要有以下几点:
  1)蓄电池出厂运往二滩现场后,受当时施工等条件限制,存放环境和首次均衡充电均未很好地满足相关要求,这导致了蓄电池极板硫酸盐过分沉积而影响到蓄电池的工作性能和使用寿命。一副厂房环境优于GIS控制楼和二副厂房,蓄电池性能明显较好。
  2)蓄电池组投运以来,原选用的充电装置性能较差,电压波动和纹波系数均较大,未对蓄电池组进行电压高于浮充电压的恒压均衡充电,这也导致蓄电池组单体电压不均衡和工作性能的下降。
  3)由于缺乏蓄电池组厂家相关资料,运行维护中未进行定期的容量核定,对蓄电池的内阻、单体电压、蓄电池整体容量和充放电曲线未进行详细深入的评估分析和研究。
 
3.2 采取的改善性能措施
  为了确保二滩直流电源的正常工作以及安全稳定生产,自蓄电池组投运以来,采取了以下积极有效的措施来保证蓄电池的工作性能和延长使用寿命:
  1)对直接影响蓄电池工作的环境加以改善,增加通风设施,对GIS控制楼将原来的玻璃窗改为隔热墙,保证环境温度在25℃左右。
  2)对性能不好的充电装置进行了完善、改造,将GIS楼模拟式调节器的相控电源改为微机控制相控电源,将一副、二副技术落后、性能较差的故障率高的充电装置改为深圳奥特迅生产的高频充电模块微机控制充电装置,投运以来,运行工况良好,性能有较大提高。
  3)定期对蓄电池组进行提高电压的均衡充电(同时检测电池充电过程中的温度变化),使蓄电池极性活化和电压的均衡。
  4)通过核容试验检测出不合格的电池,并结合运行维护中长期电压较低,内阻较大的蓄电池单体进行更换处理,保证整组蓄电池的容量和性能。
5)加强蓄电池的定期维护。对充电装置运行工况、环境温度、浮充蓄电池组单体电压进行监测,用专用设备检测蓄电池单体与连接片内阻值,随时掌握蓄电池组的运行工况。
  6)GNB厂家规定的均衡充电条件满足时(如浮充示范电池电压低于2.18V或高出2.33V、紧急放电或单个电池在半年内电压成上升趋势等),对蓄电池进行恒压均衡充电。为了检查其实际容量,定期将蓄电池组脱离运行,以规定的放电电流(I10)进行恒流放电,进行容量核定,可以恢复蓄电池的活性和延长使用寿命。
4 结语
  通过二滩水电站几年来对蓄电池组的运行维护、核容试验以及技术评估分析,将运行中的电压较低、内阻较大和即将损坏的蓄电池进行即时的更换处理。并对充电机性能进行了优化、完善和改造,对蓄电池组进行定期监测单体电压和内阻、环境温度,定期进行恒压限流均衡充电、容量核对放电,不但随时把握了整个蓄电池组的工作性能和健康状况,同时还延长蓄电池的使用寿命,为整个直流电源系统可靠运行和电站的安全生产提供强有力的保障。
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