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亚博买球app:镉镍蓄电池直流装置作为变配电所直流操作电源的选择及运行维护

发布时间:2015-04-28 点击量:2350
  

刘学毅

黑龙江龙煤矿业工程设计研究院(鸡西分院)

对于变配电站及发电厂的直流操作电源,以前大多采用铅酸蓄电池或硅整流方式。这两种直流操作电源均有一定的缺点,铅酸蓄电池直流操作电源体积大,占地多,污染环境,为保证正常运行,还得装设通风采暖设备,维护工作量大,而且寿命短投资高。硅整流直流操作电源投资虽低,但由于本身性能的局限,易造成断电保护的误动作或拒动,甚至造成主设备的损坏。近年来我国发展的镉镍蓄电池直流成套装置,克服了上述两种直流操作电源的缺点,综合了其长处,因而具有占地面积。阌诎沧昂臀,可靠性高,无污染,节约能源等优点,而且成套性很强,集蓄电池、充电机、直流输出控制、绝缘监察、闪光装置集于一体。由于国产镉镍电池的质量不断提高及对充电技术的不断完善和创新,稳定稳流精度也有所提高,因而使用得越来越多,范围也越来越广泛,从这几年的实践来看,作为变配电所的直流操作电源,应用效果良好,值得推广。

一、     镉镍蓄电池的特点

1、            镉镍蓄电池的容量概念

镉镍蓄电池是一种将电能转化为化学能(即充电),使用时再将其化学能转化为电能(即放电)的二次电源装置。蓄电池的容量就是指它释放电荷的能力,也就是将充足电的电池,在规定温度下,以一定的放电电源放电到规定的终止电压所具有的电量。通常用安时数(AH)来表示。它是用下面的计算公式来确定的:

c=0t i(t)·dt

式中:c——蓄电池的容量,AH(安时)

      i——蓄电池的放电电流,A(安倍)

      t——单只蓄电池放电至端电压为1V时的时间,H(小时)

参照IEC的标准,我国对于镉镍电池额定容量的确定是以在一定的放电电流下,放电时间为5小时,单只电池端电压放电至1V时的容量,有时也用C5来表示。

2、            镉镍电池的放电性能

对于用户来说,在保证端电压一定的情况下,放电电流是关键数据之一,从蓄电池的容量公式来看,显然,当蓄电池的容量确定后,放电时间越短,放电电流就越大,然而由于电池的内阻及大电池内部引起的化学反应影响及实际应用的需要,放电电流要受电池端电压不低于85%的额定电压来限制的。对于碱性镉镍蓄电池,尤其是全烧结型电池,它有比铅酸蓄电池大得多的短时冲击放电能力,一般可达12倍,有的产品可达3050倍。

碱性镉镍电池的放电还有一个特点,就是可以连续多次重复高倍率放电,通常这种高倍率放电的时间很短,放电电流很大,所消耗的电池容量与额定容量相比很。永砺凵辖,电池允许连续许多次高倍率放电,但由于大电流冲击时所产生的电化学极化,浓差极化及其他影响不能马上消除,实际上每次放电后应有一定间隔,一般情况下,间隔时间在0.5秒以上时,则可以按不同时放电考虑,若电池在浮充情况下高倍率放电,一般在几秒钟内即可补充其放电时所消耗的能量。

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二、     镉镍蓄电池直流装置作为直流操作电源的选择计算

  鉴于镉镍电池具有短时超过其额定容量许多倍的放电能力,所以它特别适用于变配电站电磁操作机构合闸时冲击性负荷的需要,因为一般高压断路器的电磁操作机构合闸电流很大,达到近百安培,而合闸时间却很短,只有0.25秒左右。在选择镉镍电池作为直流操作电源时,主要考虑整个变配电站可能出现的最大直流负荷电流,显然,它出现在有一台高压断路器合闸,另有一台同时跳闸,而充电装置又失去交流电源的情况下,可以按下面的方法计算:

       Imax=Izc+ Isg+ Ihz+ ITZ

式中:Imax——变配电站可能出现的最大直流冲击电流。A

      Izc——正常直流负荷电流,指正常接入的信号灯,继电器等的负荷电流。A

      Ihz——高压断路器电磁机构合闸电流。A

      ITZ——高压断路器电磁机构跳闸电流。A

          Isg ——事故时支流负荷电流,主要是事故照明负荷电源。A

上式中,电磁机构合闸及跳闸电流,依其型式而异,可由产品样本中查出,正常直流负荷电流与变电站的规模、运行方式及继电保护二次接线有关。我们以一般的10KV高压开关柜二次接线图D267-PB-69为例进行分析:信号灯电流约0.14A,继电器负荷电流,可以跳闸时通电的继电器较多时考虑,约为0.125A,假若有10台高压断路器柜,则共计为2.65A,再加上中央信号系统(以D267-ZX-1为例)负荷电流约1.3A,则总的正常负荷电流为3.95A,≈4A。由于Isg 主要是指事故照明负荷电流,显然事故时不可能灯火通明,只考虑几处关键部分装设事故照明灯,如值班室、控制室、高低压配电室、通道等处,若照明总负荷为330W,这Isg 1.5A。这样在使用断路器时上述规模的工业企业6-10KV变配电所可能出现的最大负荷电流为:

Imax= Ihz  + Isg + Izc + ITZ

   =9.75A+4A+1.5A+2.5A=105.5A

高频率镉镍电池的最大放电电流若取为12C·A,显然,当12C·AImax,则选择的该容量的镉镍电池组成的直流装置电源即可满足要求。根据我们的调查和运行实践,这样选择是完全可行的,可有效地降低经济指标,减少投资。有的厂家还做过实验,用BZGN1020/220直流装置供三台SN1010断路器同时进行合闸,合闸电流为360A(即为10C·A)均获成功,端电压从235V降至205V。

在选择直流操作电源时,还要考虑蓄电池长时间的放电能力,在整流装置交流电源完全失去的情况下,此时镉镍电池除承担高压断路器的跳合闸电流外,还要长时间供给继电保护及事故照明所需要的负荷,并显留有一定的余量,按有关规程规定,变配电所处理事故实际是按1小时考虑的。以上面的计算(Izc + Isg)为例,电池在这个电流下持续放电1小时,这两个因数的乘积即为总安培小时数,为了保证在放电终了时,电池仍有90%的额定电压,同时考虑电池在承受冲击负荷时,电池内部的压降不得超过额定电压的10%,所以在选用时,按上述计算的总安培小时数再留50%左右的储备,它完全可以满足上述要求。有的厂家在出厂时还要作合闸能力实验,即蓄电池组在释放出额定容量的一半时,对高压断路器连续分合闸五次,每次间隔时间为3秒均能成功,这充分说明,镉镍电池组,以供参考。

若变配电站中高压断路器采用液压或弹簧储能机构,这样就不会出现合闸时冲击性大电流的情况,蓄电池的容量只需满足一般的控制、保护、信号等长期负荷和少量事故照明的负荷即可,由于负荷不大,为了节省投资,此时只需选择310AHGNy圆形中倍率镉镍电池组就能满足需要。

三、     镉镍电池直流装置的运行和维护

    镉镍电池直流装置是一种较新型的直流操作电源,它有许多优点,成套性很强,除了进行一般直流配电装置的运行和维护外,还要注意对蓄电池组的维护和进行,特别要掌握蓄电池的充放电方法。

1、            新电池的投入进行

通常镉镍电池直流装置在出厂运输时是将电池从屏内拆下来单独包装的,抵达现场后,应仔细检查,将完善无损的电池擦净安装在屏内,看看每个电池的液面线是否在上下两条液面线之间,若低于下液面线,则应加蒸馏水或电解液。

    电池在出厂前都已经过充放电处理,但在正式投运之前,还要按正常充电制进行第二次大循环放电,即按1/4电池容量值(AH)的充电电流充电67小时,然后放置24小时,待电压稳定后方可投入使用。

    新电池在投入运行第一年内应进行两次均衡放电,以后每年一次,容量及充放电曲线均无变化,说明电池正常,均衡放电是以放出70%再充至100%容量为准的。

2、            蓄电池的充电方法

蓄电池充电时,将电池的正极接充电电源的正极,负极接充电电源的负极,若在充电过程中,保持充电电源不变,则为定电流充电法,若固定充电电压,则为定电压充电法。定电流充电过程中,调整充电电压,每只蓄电池所需充电的电源电压为1.92V计,充电终了时,对于高倍率电池,每只电池的端电压为1.681.75V,对于中倍率电池,每只电池的端电压为1.61.7V。

根据情况不同,蓄电池的充电方法及充电率有以下几种

(1)           正常充电制

在新电池投运之前,活化等充电时均应按正常充电制充电,由于电池的型号规格不同,充电电流也因而不同。正常充电制的充电电流为电池容量值(AH)的1/4,即充电率为:

IA=1/4电池容量(AH

碱性电池的充电系数为1.4,即充电量为放电量的1.4倍,所需充电量(AH=1.4倍放电量(Q),而正常充电电流I=Q/4A),所以完全放电的电池以正常充电率充电,所需时间H=Q×1.4/4=1.4×4=5.6小时。例如20AH的电池,正常充电制的充电电流为I=20/4=5A,所需时间为5.6小时,也可以较小充电电流而延长充电时间,如用2.5A充电11.2小时。

在电池正常充电后,以正常充电电流对电池进行补充充电,即为过充电,它可使电池获得完全充电状态,尤其是对于不常使用或经常充电不足的电池更为有效。浮充电池应定期作过充电,每次以正常充电率充电5小时,过充电的时间周期依浮充电的电压而异。

2)浮充充电

将充电装置与已充满电与负载相连正在运行的电池一起并连,随时对蓄电池进行充电,以补充自放电或正常负荷所消耗的能量,以确保电池随时可用,平时的轻负载,由充电设备供给,瞬时的紧急用电及停电所需之负载由电池供给,充电设备的输出要大于负载回路的电流,而且电池作重放电时能及时予以急充补足,随时使电池保持于充电饱满状态。浮充时每节电池的充电电压控制在1.351.38V之间,充电电流应相应于13mA/AH的永久充电电流(使电池经常维持在完全充电状态及应有电气特性所必须之最小连续电流称为永久充电电流或维持电流)加上负载回路所消耗的电流。由于浮充时充电电流很。虼烁〕涫辈钠逵苄。绻罅科,须检查浮充电压是否过高。蓄电池应在充足电之后转入浮充。

若在浮充过程中。充电电源的输出小于负载回路的最大电流,而且其充电设备无须经常运转,只要在运转循环过程中(通常以24小时为准)能够补充负载的平均消耗及电池自身的放电即可,所需的充电电流等于负载所消耗的最小电流再加上正常容量的25%。这种充电方法也叫缓衡充电法。

3)补充充电

充电态的电池在未用时,将会因自放电而减小容量,在放置28天以后,其容量可能减至额定容量的75%,环境温度愈高,自放电愈快,在45℃时,一个月可减至额定容量的65%。因此对于放置15天以上不超过一个月的电池在启用时进行补充充电,即用正常充电电流充2小时。

4)快速充电

在放电态的电池急需使用时,要对电池进行快速充电,具体方法分两个阶段进行,第一阶段是以二倍正常充电电流充电2小时,再以正常充电电流充2小时即可。

5)蓄电池的充电温度

蓄电池应以在20±5℃的情况下充电为好,温度过高或过低时都不适宜,当蓄电池的电解液温度过于45℃时会降低蓄电池的充电效率,应设法降低温度充电,否则应减小充电电流或暂停充电,待电池内温度降低后再充电(注意测量电池内电解液的温度,特别是组合电池组中间的电池液温),并注意在组合时,电池不要挤得太紧,组合壳不应太高,必须使电池有2/3露在组合壳外面,当环境温度低于5℃时,充电效率也会降低,异常最好在常温下充足再在低温下使用。

6)电解液液面的检查及电解液的更换

蓄电池有两条红色液面标记线,上面一条是加电解液的标记线,下面一条是电解液最低液面线,蓄电池在使用前必须将电解液加至上面一条标记线。由于充电时,电解液液面会上升并产生气体,若有电解液溢出,必须吸掉。放电时,电解液液面会降低,只要不低于下面一条液面线,无须补加电解液。否则应补加,蓄电池浮充运行时,电解液也应控制在上下液面线之间,在平时使用时,应每月检查一次电解液液面,不足时可补加蒸馏水,并注意拧紧气塞,决不允许用酸或酸性水来调节电解液液面,否则会导致电池不可能修复的损坏。

在使用过程中,电解液会吸收空气中的CO2形成碳酸盐,当电解液中的碳酸盐的含量超过50/升时对电池容量会有所影响,因此一般使用三年超过50100次循环后应更换一次电解液。更换电解液可在拆卸电池或不拆卸电池的情况下进行,不拆卸电池时,可在蓄电池充电状态用吸液器将电解液吸出,然后及时注入新电解液。

电池在不使用时,亦要充满电解液,以保持基极不致干燥,处于半放电状态。

7)容量恢复

蓄电池在长期浮充电时,容量会不均或不足,这是电池内活性物质发生较大化学变化而引起的,这不是电池寿命终止,为保证蓄电池可靠工作,延长电池寿命,了解电池容量情况,最少每年恢复容量一次,也叫活化。其方法是以4小时制电流放电至每只电池端电压为1V时,然后再以同样电流充电67小时,再放一次,重新充电即可使用。

国外的电池可不进行活化处理,这对于使用是非常方便的,因为在活化时,应考虑备用电源的问题。

8)蓄电池的组合及寿命中止的判断

A、蓄电池在组合使用时应将端电压相同或接近的组合在一起,在使用一段时间后,若有电压偏低或无电压的电池应剔出更换之,否则会影响整个电池组的使用效果。因此有必要经常检查电池的端电压。现在已有厂家生产出微机控制电池电压检测装置,可随时检测运行中的电池电压并记录之。

B、蓄电池在充放电过程中,若发生充电电压太低,温度升高时需检查电池是否发生短路时,电池发生短路时,两极开路电压为零,此时应更换新电池。

C、恢复检查容量时,如发现电池容量低于额定容量的80%,而始终充不起来,则认为电池寿命终止。

9)使用时必须注意以下几点

A、            不能随便拆开,也不能用火烧电池。

B、            安装时不可接错线,否则会充不起来,甚至破裂。

C、            必须严格地按规定的方式进行充、放电

D、            应防止电池极间的短路。严禁与酸性物质接触。

E、            导线应用点焊焊接,不可用锡焊。

F、            要注意防止电解液溅入眼内。

G、            应经常保持电池外壳、盖、极柱及紧固件的清洁,最好每月一次。用清水清洗并擦干。 

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