變電站直流電源系統(tǒng)蓄電池組的使用問題及替代改進(jìn)簡析
發(fā)布時(shí)間：2020-03-04 11:11:35 來源：裕發(fā)電氣有限公司
摘要： 直流電源變電站的供電系統(tǒng)當(dāng)中有著重要的作用，直流電源系統(tǒng)蓄電池組的主要作用為：分合閘的操作以及控制、保護(hù)變電站的通信設(shè)備、變電站的自動(dòng)裝置操作機(jī)械以及為調(diào)節(jié)設(shè)備的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供電源，必要的時(shí)候還能夠?yàn)槭鹿侍峁┱彰鞯碾娫?。因此，直流電源系統(tǒng)蓄電池組的性能和可靠性對(duì)變電站的整個(gè)供電系統(tǒng)的正常工作有著直接的影響。
當(dāng)前，我國變電站的直流電源系統(tǒng)一般采用蓄電池作為系統(tǒng)的儲(chǔ)能元件，蓄電池組的容量在選擇上應(yīng)當(dāng)滿足以下條件：(1)為合閘等的沖擊性負(fù)荷提供其所需要的放電的電流;(2)為經(jīng)常性的負(fù)荷持續(xù)地提供所需電源。可因?yàn)樾铍姵氐墓β拭芏容^小，導(dǎo)致其大電流的輸出能力較差，為了保證變電站直流電源操作的可靠性，應(yīng)當(dāng)選擇大容量的直流電源系統(tǒng)的蓄電池組?？捎捎诖蛛姵亟M在使用上存在一定的缺陷，因此需要變電站的相關(guān)人員擁有較高的職業(yè)素質(zhì)和技術(shù)水平，同時(shí)可對(duì)其進(jìn)行替代改進(jìn)。
1 變電站直流電源系統(tǒng)蓄電池組存在的缺陷
變電站的直流電源系統(tǒng)的蓄電池組由于長時(shí)間得處在浮充電的備用狀態(tài)以及對(duì)其維護(hù)缺乏及時(shí)性，將會(huì)導(dǎo)致諸多問題的出現(xiàn)。比如鎬鎳電池，由于對(duì)其多級(jí)串聯(lián)操作將會(huì)引起故障率的增加;倘若任一電池出現(xiàn)故障將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)蓄電池組無法正常地工作;個(gè)體的差別將會(huì)導(dǎo)致電池電壓缺乏均衡性任何一節(jié)電池有問題，都將影響整個(gè)蓄電池組的正常工作;蓄電池組的充電電流過大將會(huì)引發(fā)"析氧反應(yīng)"等。由于變電站直流電源系統(tǒng)的蓄電池組的充電裝置相對(duì)較為復(fù)雜，因此要求其配備的充電機(jī)能可依照電池充電曲線進(jìn)行限壓、限時(shí)以及限流充電。
1.1 鎬鎳蓄電池組
由于變電站當(dāng)中的鎬鎳蓄電池組于加工生產(chǎn)環(huán)節(jié)中無法保證每一個(gè)電池的充電、放電的特征一致，在使用當(dāng)中使用同一個(gè)充電的電源，又必須向同一個(gè)負(fù)荷放電，導(dǎo)致個(gè)別電池性能差越來越大，對(duì)整個(gè)裝置的性能產(chǎn)生一定消的影響。由于鎬鎳蓄電池組于工作當(dāng)中長時(shí)間地處在浮充的狀態(tài)，致使浮充電流過大，使得電解液當(dāng)中的水電解成為氫與氧，氫氣與氧氣混合是危險(xiǎn)的爆炸氣體，倘若通風(fēng)條件較差將會(huì)出現(xiàn)的事故。
1.2 密封的鉛酸蓄電池組
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因?yàn)殒€鎳蓄電池組的維護(hù)量過大，因此免于維護(hù)的密封錯(cuò)酸蓄電池組得到廣泛的運(yùn)用?？墒敲芊忏U酸蓄電池組由于以下原因?qū)е缕涫褂脡勖鄬?duì)短暫：(1)對(duì)溫度較為敏感。當(dāng)工作環(huán)境超過25 攝氏度時(shí)，每升高10 攝氏度其壽命將會(huì)縮短一半;(2)過度放電。由于密封鉛酸蓄電池組會(huì)過度地放電，而當(dāng)蓄電池被過度地放電至輸出的電壓是零時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電池的內(nèi)阻越來越大，電池的充電與放電的性能便越來越差，密封鉛酸蓄電池組的使用壽命便會(huì)越短。
2 變電站直流電源系統(tǒng)蓄電池組的替代改進(jìn)
2.1 超級(jí)電容器單獨(dú)儲(chǔ)能直流電源系統(tǒng)的可行性
在中小型的變電站中，其經(jīng)常性的負(fù)荷通常比5A 還小。依據(jù)電力工程的規(guī)定，直流電流系統(tǒng)所控制的母線電壓波動(dòng)范圍是85%至110%Un，當(dāng)電壓為220V 的時(shí)候，所控制的母線電壓波動(dòng)范圍是：187V 到242V 之間。當(dāng)所控制的母線電流比2A 還小時(shí)，將保證30s 的跳合閘能力。于實(shí)際的運(yùn)用當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)配備多臺(tái)的電容作為備用，在端的情況之下，經(jīng)常性的負(fù)荷將達(dá)4A，維持母線的電壓可數(shù)十秒。對(duì)于任一繼電保護(hù)，由于動(dòng)作時(shí)間可在數(shù)秒之內(nèi)完成，有較為充足的跳合閘能力，因此具有的可靠性。由于該種超級(jí)電容器的直流電源裝置當(dāng)中沒有蓄電池，因此不必有復(fù)雜的充電電路，可免于維護(hù)。而且超級(jí)電容器物理儲(chǔ)能相對(duì)較為環(huán)保，其使用壽命也較長，不但節(jié)約變電站的成本，而且符合節(jié)能減排的政策。
2.2 超級(jí)電容器與蓄電池混合儲(chǔ)能直流電源
目前變電站使用的斷路器當(dāng)中，其配備為CD—X 型的電磁操作機(jī)構(gòu)，它的合擊電流遠(yuǎn)在120A 之上，為變電站經(jīng)常性的負(fù)荷電流10 倍多。于進(jìn)行分合閘的操作中，使得蓄電池大電流地進(jìn)行放電，對(duì)蓄電池造成了嚴(yán)重的損壞，使得蓄電池的使用壽命大大縮短。倘若使用超級(jí)電容器儲(chǔ)能所組成的直流電源，雖然能夠滿足分合閘的操作要求，但是對(duì)于一些大型的變電站與電網(wǎng)停電之后需要2 到4 小時(shí)進(jìn)行直流供給，由于超級(jí)容器的能量密度相對(duì)較低，因此無法持續(xù)性的供電。但是，超級(jí)電容器與蓄池所組成的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠較好地這一難題。使用超級(jí)電容器，讓其承擔(dān)分合閘的沖擊性荷，繼而使用容量較小的能量型蓄電池組，便可滿足變電站經(jīng)常性的負(fù)荷需求。不僅可保證變電站直流電源系統(tǒng)運(yùn)行具有可靠性，又可相對(duì)降低其成本、減少對(duì)其的維護(hù)量，并且能夠使得蓄電池組避免受到大流的沖擊，使其使用壽命延長。由于蓄電池和超級(jí)電容器于技術(shù)性能方面有著強(qiáng)的相互補(bǔ)助的性能，蓄電池組的能量密度相對(duì)較大，其功率密度相對(duì)較小，充電、放電的效率較低，其循環(huán)使用壽命較短。而超級(jí)電容器則更其相反，超級(jí)電容器的功率密度相對(duì)較大，充電、放電的效率較高，其循環(huán)使用壽命較長，但是其但能量密度相對(duì)偏低，因此不適合進(jìn)行大規(guī)模的電力儲(chǔ)能。倘若把超級(jí)電容器和蓄電池組進(jìn)行混合使用，將會(huì)大幅度地提高其儲(chǔ)能的裝置性能。
3 總結(jié)
變電站的直流電源系統(tǒng)蓄電池組存在維護(hù)量大、使用壽命短、缺乏不可靠性等缺陷，因此必須對(duì)其進(jìn)行有針對(duì)性地改進(jìn)替代。而超級(jí)電容器直流的儲(chǔ)能方案與超級(jí)電容器與蓄電池混合儲(chǔ)能直流電源兩個(gè)方案的提高，在一定程度上解決了變電站直流電源系統(tǒng)蓄電池組的缺陷。不僅使得其使用壽命延長，還使得其具有較高的可靠性，滿足變電站對(duì)于電源供給的需求。
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