阀控式密封铅酸蓄电池组首次充放电异常分析

许震 饶春林

国家能源集团谏壁发电厂

摘要：

阀控式密封铅酸蓄电池组安装后, 经过充、放电验收合格后才能投入运行。介绍了2组110 V新蓄电池采用均衡充电法的充电过程和第1组投运后发生了充电装置输出电流晃动大的异常情况, 分析了异常原因, 采取了加大充电电流的措施, 完成了2组新蓄电池的充、放电, 并指出了均衡充电法不适用于蓄电池安装后投运前的充、放电验收试验, 应采用完全充电法。

关键词：

蓄电池; 现场验收; 均衡充电; 完全充电;

作者简介： 许震 (1976—) , 男, 高级技师, 主要从事发电厂百万千瓦机组运行维护工作, email:15952889665@163.com。; 饶春林 (1968—) , 男, 高级技师, 主要从事发电厂百万千瓦机组电气运行技术管理。;

收稿日期：2019-01-02

Analysis on Abnormality of Initial Charging and Discharging of Valve-Regulated Sealed Lead-Acid Batteries

XU Zhen RAO Chunlin

China Energy Jianbi Power Generation Plant

Abstract：

After installation, the valve-regulated sealed lead-acid batteries need to undergo charge and discharge acceptance before operation. The charging process of two groups of 110 V new batteries using equalized charging method is introduced, as well as the abnormal situation that the output current of the charging device fluctuates greatly after the group I is put into operation. The cause of the abnormality is analyzed and the measures of increasing the charging current are adopted to complete the charging and discharging of two new batteries.Meanwhile, the equalized charging method is inappropriate for the acceptance test of charging and discharging of the batteries after installation and before operation, except the fully charging method.

Keyword：

battery; on-site acceptance test; equalized charging; fully charging;

Received： 2019-01-02

1 设备概况

某厂机组110 V直流系统设Ⅰ, Ⅱ段母线。正常运行时, Ⅰ, Ⅱ直流分列运行, 必要时可将母线联络运行。

该厂110 V直流系统配备3台山东鲁能智能技术有限公司生产的LNDY120Z20R-2智能高频开关型充电装置 (n+1模块化设计, 共8组模块) , 1号充电装置供110 V直流Ⅰ段母线, 并供Ⅰ组蓄电池浮充;2号充电装置供110 V直流Ⅱ段母线, 并供Ⅱ组蓄电池浮充;0号充电装置作为2组直流母线备用。110 VⅠ, Ⅱ组蓄电池组由52只GFM-1000的2 V/1 000 Ah阀控式密封铅酸蓄电池构成。由于蓄电池运行年久, 多只电池的接线柱出现漏液腐蚀现象, 给蓄电池的安全运行带来了威胁。因此, 利用机组小修对2组110 V蓄电池进行全部更换。

阀控式密封铅酸蓄电池在厂家已经进行了充、放电, 都是荷电状态出厂。根据GB 50172—2012《电气装置安装工程蓄电池施工及验收规范》 (以下简称《规范》) 要求, 现场安装后、投运前, 必须对蓄电池容量等性能试验合格后才能投入运行。该厂现场采用均衡充电 (以下简称“均充”) 方法对蓄电池组充电, 再进行放电容量试验。

2 I组新蓄电池充、放电试验

通过110 V直流系统的操作, 首先更换了Ⅰ组110 V蓄电池。现场使用0号充电机由制造厂人员指导对Ⅰ组新蓄电池进行均充。设置参数如下:充电限流80 A;均充触发80 A;浮充触发10 A;均充电压122 V;浮充电压117 V;均充时限10 h;均充延时3 h。充电电流曲线如图1所示。

图1 Ⅰ组蓄电池充电电流曲线

经过3 h充电, 单体电池电压达到2.35 V时, 认为充电合格就结束充电。以50 A (放电器容量限制) 对蓄电池进行放电, 经过约19 h放电, 单体电池电压达到1.8 V, 终止了放电。经计算, 放电容量约为950 Ah。对蓄电池进行充电, 充电电流设定为80 A, 充电10 h, 均充延时3 h后充电结束。

充电结束后, 恢复Ⅰ组蓄电池的正常运行方式, 发现1号充电机输出电流在5—25 A晃动, 晃动幅度达到20 A。

1号充电机带原蓄电池运行时, 输出电流为12 A左右, 晃动幅度仅为1 A左右。

3 充电机输出电流晃动大的原因分析

导致充电机输出电流晃动的可能原因有:

(1) 充电管理监控装置下达的指令不一致, 从而引起充电装置不能均流;

(2) 充电装置调整精度不一致 (模块均流特性差) , 造成电流不一致;

(3) 充电装置的电源不正常;

(4) 现场新电池首次充电电流偏小, 部分电池未完全充电, 造成电池间电压有偏差。

前3个原因不太可能引起电流晃动, 这是因为在更换蓄电池前, 充电机输出电流晃动幅度很小。更换新蓄电池后, 同一充电机输出电流晃动幅度却增大, 这表明与充电装置无关;对每个充电模块的输出进行测量, 都存在电流晃动现象。

对照厂家电池使用说明书和充电机电池管理设定进行分析, 发现蓄电池组均充过程如下。

操作人员选择均充操作后, 装置会自动检查系统开关状态。当开关状态处于正确位置时, 对电池组以充电限流值进行恒流充电;当电池组电压升高到均充电压设定值时, 停止恒流充电, 在均充电压值下进行恒压充电。随着电池组容量的不断增加, 充电电流越来越小, 当充电电流减小到浮充触发值时, 系统进行均充延时3 h (用户可根据需要设定) 后自动转入浮充状态, 即以浮充电压进行恒压充电。在均充过程中, 若电池组出现充电电流居高不下导致系统状态不能转换时, 装置依据设定的均充时限强行将电池组转入浮充状态。

早在机组投产时, 蓄电池厂家就设定好0号充电机均充模式, 并没有对电厂运行和检修具体交待充电电流设定值与具体要求。该充电装置均充电流是以正常运行中的最大负荷电流以及90天1次的均充电流为原则设定的, 充电限流设定值为80 A。后续了解到, 蓄电池厂家规定新蓄电池安装后首次充电电流设定值应为100—150 A。据此分析, 认为充电电流设定过小, 导致了新更换的Ⅰ组蓄电池组充电投运后出现了异常。

4 Ⅱ组新蓄电池充放电方法改进

为了确认异常原因, 确保新蓄电池均充质量, 按制造厂家的要求 (充电电流设定为100 A) , 对更换后的Ⅱ组新蓄电池进行了均充。

蓄电池充电结束静置10 h后, 进行放电操作, 放电电流增大至100 A (I₁₀, 即10 h率放电电流) , 放电设置如图2所示。

放电至任一单体电池电压达1.8 V后, 结束放电。以限流 (100 A) 恒压 (单体电池电压2.35 V) 均充延时3 h的设置, 进行均充, 充电电流如图3所示。

Ⅱ组110 V蓄电池投运后, 2号充电机输出电流晃动很小, 最大只有2 A, 每个模块的输出电流稳定, 消除了新蓄电池运行不稳定的安全隐患。

对于Ⅰ组新蓄电池, 后来择机将其退出运行后, 按Ⅱ组新蓄电池的均充方法进行充电, 消除了投入运行后充电机输出电流晃动大的现象。

图2 Ⅱ组蓄电池放电电流增大

图3 Ⅱ组蓄电池充电电流曲线

5 开路电压和容量规范的验收方法

根据《规范》4.2.2规定, 阀控式密封铅酸蓄电池组安装完毕投运前, 应进行完全充电, 并进行开路电压检验和容量放电试验。

       5.1 完全充电

《规范》4.2.3规定了完全充电时, 须满足以下条件之一:

(1) 蓄电池在环境温度5—35℃条件下, 以 (2.40±0.01 V) /单体的恒定电压、充电电流不大于2.5 I₁₀充电至电流值5 h稳定不变;

(2) 充电后期, 充电电流小于0.005C₁₀;

(3) 符合产品技术文件完全充电要求。

       5.2 开路电压检验

充电结束后, 按《规范》规定, 测定每只蓄电池开路电压。对于2 V电池, 开路电压最高值和最低值的差值不得超过20 mV。

        5.3 10 h率容量放电试验

以0.1C₁₀恒定电流 (C₁₀=1 000 Ah时, 放电电流为100 A) 放电到其中1个蓄电池电压为1.80 V时, 终止放电, 并应记录放电期间蓄电池的表面温度t、放电持续时间T、单体蓄电池的端电压以及整组蓄电池的端电压。放电结束后, 应尽快按完全充电方法对蓄电池进行充电。

      5.4 性能合格判定标准

按《规范》规定计算实际测得放电容量 (放电电流I与放电持续时间T的乘积) , 并折算成25℃基准温度时的实际容量。如实际容量小于10 h率额定容量时, 应进行充放电循环, 使其达到额定容量;如经第3次循环, 仍达不到额定容量要求, 或开路电压差值测试不符合《规范》要求时, 应判定该蓄电池组不合格。

6 蓄电池充、放电性能验收方法评价

经查充、放电记录数据, 该厂2组蓄电池开路电压满足《规范》的要求;经折算, 25℃基准温度时, 实际放电容量分别为993 Ah和998 Ah, 亦可判定为合格。

对照上述《规范》, 该厂2组蓄电池组安装后、投运前采用均充方法, 不符合《规范》要求, 应按照《规范》中规定的完全充电方法进行充电, 并进行10 h率容量放电试验, 然后对照《规范》标准, 判定蓄电池组质量是否合格。

7 结语

阀控式密封铅酸蓄电池组现场安装后、投运前按《规范》进行首次充、放电, 是为了使蓄电池达到完全充电状态, 以检验蓄电池组质量是否合格。

新蓄电池安装后在充、放电过程中出现的波折和问题, 反映了现场技术人员对于蓄电池组验收《规范》和充、放电工艺不够清楚。为了避免这种现象的发生, 确保新蓄电池组安装验收质量, 电厂技术人员应预先学习, 掌握阀控式密封铅酸蓄电池安装后、投运前的验收要求和充、放电工艺, 制定正确的施工安全技术措施, 措施被批准后应严格实施, 切勿隐入盲从不正确指导意见的状态。