Комплексное обследование аккумуляторных батарей на подстанциях

Page 1
background image

Page 2
background image

84

АНАЛИТИКА

СЕТИ  РОССИИ

84

д

и

а

г

н

о

с

т

и

к

а

диагностика

В

 

качестве

 

источников

 

постоянного

 

опе

-

ративного

 

тока

 

в

 

электроустановках

 

ПС

 

применяются

 

свинцово

-

кислотные

 

акку

-

муляторы

 

с

 

устройствами

 

постоянного

 

за

-

ряда

/

подзаряда

Для

 

выполнения

 

своих

 

основных

 

функций

 

АБ

 

должна

 

обладать

 

паспортной

 

ёмкостью

 

весь

 

срок

 

службы

Причём

 

каждая

 

из

 

банок

 

бата

-

реи

 

индивидуально

 «

держит

» 

заряд

 

и

 

так

 

же

 

индиви

-

дуально

 «

отдаёт

» 

ёмкость

 

в

 

нагрузку

В

 

связи

 

с

 

этим

 

общая

 

ёмкость

 

батареи

 

может

 

сильно

 

зависеть

 

от

 

нескольких

 «

отстающих

» 

банок

 (

банки

которые

 

бы

-

стрее

 

других

 

разряжаются

 

до

 

предельного

 

уровня

 

разряда

). 

Для

 

выявления

 

возможного

 

наличия

 

в

 

ба

-

тарее

 «

отстающих

» 

банок

а

 

также

 

для

 

определения

 

ёмкости

 

аккумуляторов

 

необходимо

 

периодически

 

производить

 

контрольный

 

разряд

 

батареи

Компания

 

ООО

  «

ЭНЭЛТ

.

КОМ

» 

производит

 

рабо

-

ты

 

по

 

оценке

 

состояния

 

АБ

 

на

 

действующей

 

под

-

станции

 

без

 

перерыва

 

гарантированного

 

питания

 

потребителей

 

постоянного

 

тока

На

 

время

 

проведе

-

ния

 

испытаний

 

для

 

обеспечения

 

питания

 

потреби

-

телей

 

и

 

оперативных

 

переключений

 

используется

 

временная

 

АБ

 

ёмкостью

 150 

или

 300 

А

·

ч

состоя

-

щая

 

из

 12-

вольтовых

 

герметизированных

 

монобло

-

ков

Это

 

позволяет

 

устанавливать

 

временную

 

акку

-

муляторную

 

батарею

 

в

 

общих

 

производственных

 

помещениях

 

в

 

непосредственной

 

близости

 

от

 

щита

 

постоянного

 

тока

Контрольный

 

разряд

 

исследуе

-

мой

 

АБ

 

производится

 

током

 

одинаковой

 

величины

 

на

 

всём

 

протяжении

 

цикла

 

с

 

помощью

 

специально

-

го

 

разрядного

 

устройства

 (

УР

). 

Компанией

 

ООО

 «

ЭНЭЛТ

.

КОМ

» 

в

 

период

 

с

 2009 

по

 2011 

гг

проводились

 

обследования

 

состояния

 

систем

 

оперативного

 

постоянного

 

тока

 

и

 

диагно

-

стика

 

аккумуляторных

 

батарей

 

на

 30 

действующих

 

подстанциях

 110—500 

кВ

 

в

 

шести

 

филиалах

 

ОАО

 

«

Сетевая

 

компания

». 

На

 

рис

. 1 

приведена

 

общая

 

статистика

 

состояния

 

обследованных

 

АБ

Ниже

 

рас

-

смотрены

 

основные

 

причины

приводящие

 

к

 

ухуд

-

шению

 

их

 

состояния

 

и

 

снижению

 

ёмкости

а

 

также

 

основные

 

факторы

влияющие

 

на

 

срок

 

службы

 

аккумуляторов

.

Как

 

видно

 

из

 

диаграммы

из

 

тридцати

 

обследованных

 

АБ

 

восемь

 

показали

 

хорошие

 

результаты

Дан

-

ные

 

АБ

 

на

 

момент

 

испытаний

 

име

-

ли

 

стопроцентную

 

или

 

близкую

 

к

 

ним

 

ёмкость

не

 

было

 

выявлено

 «

от

-

стающих

» 

элементов

 

и

 

замечаний

 

к

 

аккумуляторной

 

батарее

.

Девять

 

из

 

испытанных

 

АБ

хотя

 

и

 

имели

 

высокую

 

остаточную

 

ём

-

кость

но

 

при

 

контрольном

 

разряде

 

в

 

них

 

были

 

выявлены

  «

отстающие

» 

и

 

неисправные

 

элементы

Эти

 

АБ

 

требуют

 

повышенного

 

внимания

 

Комплексное обследование 

аккумуляторных батарей 

на подстанциях

Компанией ООО «ЭНЭЛТ.КОМ» в период с 2009 по 2011 гг. проводились 
обследования состояния систем оперативного постоянного тока и диагно-
стика аккумуляторных батарей (АБ) с определением фактической остаточ-
ной ёмкости без перерыва гарантированного питания потребителей по-
стоянного тока на действующих подстанциях в филиалах ОАО «Сетевая 
компания».

Александр ГОРЯНСКИЙ,

 руководитель проектно-технического отдела ООО «ЭНЭЛТ.КОМ»

Рис

. 1. 

Общая

 

статистика

 

состояния

 

обследованных

 

АБ

 

Удовлетворительное

 

состояние

 

аккумуляторных

 

батарей

 

с

 

замечаниями

Хорошее

 

состояние

 

АБ

Неудовлетворительное

 

состояние

требуется

 

замена

 

АБ

13 

шт

.

шт

.

шт

.


Page 3
background image

85

№ 3 (12), май-июнь, 2012

85

при

 

эксплуатации

контроля

  «

отста

-

ющих

» 

элементов

 

и

 

периодического

 

проведения

 

повторных

 

испытаний

Если

 

состояние

  «

отстающих

» 

эле

-

ментов

 

продолжит

 

ухудшаться

то

 

их

 

будет

 

необходимо

 

заменить

 

или

по

 

крайней

 

мере

исключить

 

из

 

АБ

 

(

зашунтировать

), 

так

 

как

 

наличие

 

в

 

аккумуляторной

 

батарее

 

таких

 

эле

-

ментов

 

значительно

 

снижает

 

общую

 

ёмкость

 

АБ

 

при

 

разряде

На

 

тринадцати

 

из

 

обследован

-

ных

 

подстанций

 

требуется

 

замена

 

АБ

 

на

 

новые

 

в

 

связи

 

с

 

неудовлет

-

ворительным

 

их

 

состоянием

Они

 

либо

 

не

 

прошли

 

испытания

 

на

 

оста

-

точную

 

ёмкость

 — 

при

 

контрольном

 

разряде

 

ёмкость

 

этих

 

АБ

 

составила

 

менее

 80% 

от

 

исходной

 

заявленной

 

ёмкости

 — 

либо

 

причиной

 

замены

 

АБ

 

является

 

полностью

 

выработан

-

ный

 

ресурс

 

и

 

предельный

 

физиче

-

ский

 

износ

 

аккумуляторов

Пред

-

сказать

 

дальнейшее

 

поведение

 

таких

 

аккумуляторов

 

невозможно

Так

при

 

контрольных

 

разрядах

 

на

 

некоторых

 

аккумуляторах

 

наблюда

-

лось

 

внезапное

 

осыпание

 

активной

 

массы

 

и

 

разрушение

 

пластин

Эти

 

АБ

 

непригодны

 

к

 

дальнейшей

 

экс

-

плуатации

 

и

 

подлежат

 

замене

.

Основные

 

факторы

влияющие

 

на

 

срок

 

службы

 

батареи

.

Основные

 

тезисы

:

• 

свинцово

-

кислотный

 

аккумуля

-

тор

 — 

химический

 

источник

 

тока

 

(

ХИТ

);

• 

работа

 

ХИТ

 

всегда

 

связана

 

с

 

электрохимическими

 

превраще

-

ниями

 

материалов

;

• 

ХИТ

 

работает

медленно

 

разру

-

шаясь

;

• 

максимальный

 

срок

 

службы

 

ре

-

ализуется

 

только

 

при

 

идеальных

 

условиях

 

эксплуатации

.

Процессы

ограничивающие

 

срок

 

службы

 

аккумуляторов

:

• 

коррозия

 

решёток

 

положитель

-

ных

 

пластин

;

коррозии

 

положительной

 

решётки

 

заключается

 

в

 

том

что

 

её

 

поверх

-

ностный

 

слой

 

окисляется

 

до

 

оксида

 

свинца

 PbO

2

 — 

такого

 

же

 

материала

как

 

и

 

активная

 

масса

Скорость

 

протекания

 

этого

 

про

-

цесса

 

в

 

номинальных

 

условиях

 

экс

-

плуатации

 — 25—30 

мк

 

в

 

год

 

для

 

хо

-

роших

 

сплавов

При

 

использовании

 

некачественных

 

сплавов

 

или

 

при

 

отсутствии

  «

резерва

» 

материала

 

коррозия

 

может

 

разрушить

 

решётку

 

уже

 

через

 

несколько

 

лет

 

эксплуата

-

ции

 (

рис

. 2).

СУЛЬФАТАЦИЯ

 

ПЛАСТИН

Образование

 

нерастворимых

 

кристаллов

 

сульфата

 

свинца

 

с

 

ха

-

рактерной

 

кубической

 

структурой

 

на

 

положительной

 

пластине

 (

рис

. 3). 

Эти

 

кристаллы

 

намного

 

крупнее

 

нормальных

 

кристаллов

 PbO

2

  (

вид

-

ны

 

в

 

верхней

 

части

 

рисунка

 

посе

-

редине

).

Пассивация

  (

деградация

актив

-

ной

 

массы

 

отрицательной

 

пластины

 

означает

 

снижение

 

ёмкости

 

к

 

концу

 

срока

 

службы

 

АБ

 

из

-

за

 

изменения

 

микроскопической

 

структуры

 

губча

-

того

 

свинца

 

отрицательной

 

пласти

-

ны

Это

 

главным

 

образом

 

связано

 

с

 

уменьшением

 

площади

 

поверхно

-

сти

 

активной

 

массы

 

пластины

и

 

как

 

следствие

уменьшением

 

ёмкости

 

(

рис

. 4).

ОСНОВНЫЕ

 

ПРИЧИНЫ

 

УХУДШЕНИЯ

 

СОСТОЯНИЯ

 

АБ

 

Находящиеся

 

в

 

эксплуатации

 

подзарядные

 

агрегаты

 

типа

 

ВАЗП

 

не

 

обеспечивают

 

требуемые

 

уров

-

ни

 

стабилизации

 

напряжения

 

под

-

заряда

 

и

 

пульсаций

 

напряжения

 

постоянного

 

тока

  (

что

 

отрицательно

 

сказывается

 

на

 

сроке

 

службы

 

АБ

), 

маломощны

 

и

 

сегодня

 

выработа

-

ли

 

свой

 

ресурс

Ситуация

 

с

 

низким

 

уровнем

 

стабилизации

 

напряжения

 

усугубляется

  «

человеческим

 

факто

-

Рис

. 2. 

Поперечный

 

срез

 

решётки

 

со

 

слоем

 

коррозии

 

Рис

. 3. 

Сульфатация

 

пластин

Рис

. 4. 

Изменение

 

структуры

 

активной

 

массы

 

отрицательной

 

пластины

 

к

 

концу

 

срока

 

службы

• 

осыпание

 

активной

 

массы

 

поло

-

жительных

 

пластин

;

• 

деформация

  (

рост

положитель

-

ных

 

пластин

;

• 

прорастание

 

дендритов

 

свинца

 

и

 

короткие

 

замыкания

 

между

 

разноимёнными

 

пластинами

;

• 

саморазряд

;

• 

сульфатация

 (

необратимая

);

• 

пассивация

 

пластин

.

КОРРОЗИЯ

 

РЕШЁТКИ

 

ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО

 

ЭЛЕКТРОДА

Коррозия

 

идёт

 

постоянно

 

и

 

ни

-

когда

 

не

 

останавливается

Суть

 


Page 4
background image

86

СЕТИ РОССИИ

ром

». 

Выходное

 

напряжение

 

заряд

-

ных

 

агрегатов

 

ВАЗП

 

меняется

 

в

 

за

-

висимости

 

от

 

входного

 

переменного

 

напряжения

и

 

оперативный

 

персо

-

нал

 

вынужден

 

постоянно

 

регулиро

-

вать

 

выходное

 

напряжение

 

устрой

-

ства

При

 

этом

 

на

 

практике

 

из

-

за

 

высокой

 

степени

 

изношенности

 

или

 

неисправности

 

регулировочных

 

по

-

тенциометров

 

настроить

 

выходное

 

напряжение

 

ВАЗП

 

с

 

хорошей

 

точно

-

стью

 

не

 

представляется

 

возможным

Находящиеся

 

в

 

эксплуатации

 

заряд

-

ные

 

агрегаты

 

ВАЗП

 

не

 

соответствуют

 

требованиям

 

к

 

качеству

 

питания

 

для

 

современных

 

АБ

 

и

 

микропроцессор

-

ных

 

терминалов

 

релейной

 

защиты

 

по

 

уровню

 

пульсаций

 

постоянного

 

тока

Это

 

делает

 

невозможным

 

пита

-

ние

 

потребителей

 

постоянного

 

тока

 

от

 

зарядных

 

устройств

 

без

 

подклю

-

ченной

 

АБ

.

Ещё

 

одной

 

серьёзной

 

пробле

-

мой

напрямую

 

связанной

 

с

 

экс

-

плуатацией

 

АБ

является

 

отсутствие

 

автоматической

 

температурной

 

ком

-

пенсации

 

напряжения

 

подзаряда

Температурный

 

режим

 

эксплуатации

 

АБ

 

оказывает

 

существенное

 

влия

-

ние

 

на

 

срок

 

службы

 

аккумуляторов

При

 

отклонении

 

температуры

 

акку

-

муляторов

 

от

 

номинальной

 

для

 

под

-

держания

 

состояния

 

полной

 

заря

-

женности

минимизации

 

процессов

 

коррозии

 

и

 

сульфатации

 

необходимо

 

корректировать

 

напряжение

 

посто

-

янного

 

подзаряда

 

с

 

коэффициентом

 

= -3,3 

мВ

/

о

С

 

на

 

каждый

 

элемент

 

АБ

Таким

 

образом

например

при

 

снижении

 

температуры

 

на

 10

о

С

 

для

 

аккумуляторной

 

батареи

состоящей

 

из

 104 

элементов

требуется

 

повы

-

сить

 

напряжение

 

постоянного

 

под

-

заряда

 

на

 3,43 

В

а

 

при

 

повышении

 

температуры

 

на

 10

о

С

 — 

понизить

 

на

-

пряжение

 

на

 3,43 

В

Отслеживать

 

и

 

осуществлять

 

такую

 

корректировку

 

в

 

ручном

 

режиме

 

не

 

пред

-

ставляется

 

возможным

.

Причиной

 

постоянного

 

недозаряда

 

АБ

 

и

как

 

след

-

ствие

снижения

 

срока

 

её

 

службы

 

является

 

неправиль

-

ный

 

выбор

 

числа

 

элементов

 

при

 

замене

 

аккумуляторной

 

батареи

 

типа

 

СК

 

на

 

новую

Причина

 

заключается

 

в

 

раз

-

личии

 

напряжения

 

постоян

-

ного

 

подзаряда

 

для

 

батарей

 

типа

 

СК

 

и

 

современных

 

типов

: OPzS, OGi, Vb, GroE. 

Напряжение

 

постоянного

 

подзаряда

 

для

 

аккумуляторов

 

типа

 

СК

 

составляет

 2,15—2,2 

В

/

эл

., 

поэто

-

му

 

для

 

питания

 

цепей

 

РЗиА

 

исполь

-

зовалась

 

батарея

состоящая

 

из

 108 

элементов

 (

основная

 

группа

 

элемен

-

тов

). 

Напряжение

 

постоянного

 

под

-

заряда

  (

напряжение

 

на

 

шинах

 

ШУ

при

 

этом

 

составляло

 232—235 

В

В

 

настоящее

 

время

 

произво

-

дители

 

современных

 

малообслужи

-

ваемых

 

АБ

 

требуют

 

обеспечения

 

напряжения

 

постоянного

 

подзаряда

 

2,23 

В

/

эл

Следовательно

для

 

содер

-

жания

 

такой

 

же

 

группы

 

из

 108 

ма

-

лообслуживаемых

 

аккумуляторов

 

в

 

полностью

 

заряженном

 

состоянии

 

требуется

 

напряжение

 

на

 

ШУ

/

ШС

 

108 

х

 2,23 = 240,84 

В

 — 

это

 

зна

-

чение

 

находится

 

на

 

границе

 

пре

-

дельно

 

допустимого

 

диапазона

 

для

 

напряжения

 

питания

 

устройств

 

ре

-

лейной

 

защиты

Как

 

правило

опе

-

ративный

 

персонал

 

подстанции

 

не

 

допускает

 

повышения

 

напряжения

 

на

 

шинах

 

ШУ

/

ШС

 

больше

 240 

В

что

 

приводит

 

к

 

постоянному

 

недо

-

заряду

 

АБ

 

из

 108 

элементов

повы

-

шенной

 

сульфатации

 

пластин

 

и

как

 

следствие

к

 

потере

 

ёмкости

 

и

 

со

-

кращению

 

срока

 

службы

.

Поэтому

 

при

 

замене

 

АБ

 

на

 

но

-

вую

 

необходимо

 

обязательно

 

учи

-

тывать

 

изменение

 

напряжения

 

подзаряда

 

и

 

выбирать

 

число

 

эле

-

ментов

 

в

 

батарее

 

исходя

 

из

 

условий

 

обеспечения

 

допустимого

 

диапа

-

зона

 

напряжения

 

на

 

потребителях

 

постоянного

 

тока

 

во

 

всех

 

режимах

 

работы

 

АБ

Оптимальным

 

числом

 

элементов

 

в

 

устанавливаемой

 

АБ

 

(

основной

 

группе

 

аккумуляторов

является

 104 

элемента

В

 

этом

 

случае

 

напряжение

 

постоянного

 

подзаряда

 

АБ

 

должно

 

составлять

104 

х

 2,23 = 231,92 

В

.

Кроме

 

того

для

 

обеспечения

 

максимального

 

срока

 

службы

 

и

 

быстрого

 

приведения

 

АБ

 

в

 

рабо

-

чее

 

состояние

 

после

 

аварийных

 

и

 

рабочих

 

разрядов

 

рекомендуется

 

проводить

 

ускоренный

 

заряд

 

повы

-

шенным

 

напряжением

Для

 

боль

-

шинства

 

современных

 

зарядно

-

выпрямительных

 

устройств

 

эта

 

функция

 

реализована

 

в

 

автомати

-

ческом

 

режиме

 

после

 

восстанов

-

ления

 

питания

 

собственных

 

нужд

 

подстанции

В

 

этом

 

случае

 

напряже

-

ние

 

ускоренного

 

заряда

  

составляет

 

104 

х

 2,3 = 239,2 

В

 — 

это

 

значение

 

не

 

превышает

 <U

ном

.

 +10%.

На

 

шестнадцати

 

из

 30-

ти

 

обсле

-

дованных

 

подстанций

 

применена

 

схема

 

СОПТ

 

с

 

дополнительными

 

«

хвостовыми

» 

элементами

 

АБ

то

 

есть

 

нагрузка

потребляющая

 

ток

 

в

 

непрерывном

 

режиме

 (

цепи

 

управ

-

ления

 

и

 

сигнализации

), 

запитана

 

от

 

основной

 

части

 

АБ

Толчковая

 

нагрузка

 — 

цепи

 

питания

 

приводов

 

высоковольтных

 

выключателей

питается

 

от

 

всей

 

АБ

При

 

этом

 

на

 

этих

 

подстанциях

 

используются

 

ЗВУ

 

одноканального

 

исполнения

 (

ВАЗП

ПНЗП

), 

которые

 

подключены

 

ко

 

всей

 

АБ

Чтобы

 

избежать

 

перена

-

пряжения

 

на

 

дополнительных

  «

хво

-

стовых

» 

элементах

к

 

ним

 

подключа

-

ют

 

реостаты

 

или

 

другие

 

балластные

 

сопротивления

 

для

 

обеспечения

 

тока

 

нагрузки

сопоставимого

 

с

 

током

 

нагрузки

 

основной

 

группы

Использование

 

балластных

 

сопро

-

тивлений

 

приводит

 

к

 

повышенно

-

му

 

износу

 

элементов

  «

хвостовой

» 

группы

 

АБ

Возможны

 

ситуации

когда

 

элементы

  «

хвостовой

» 

части

 

АБ

 

могут

 

остаться

 

без

 

подзаряда

а

 

балластное

 

сопротивление

 

оста

-

ётся

 

подключённым

 

к

 

элементам

 

АБ

При

 

этом

 

возникает

 

опасность

 

глубокого

 

или

 

полного

 

разряда

 «

хво

-

стовых

» 

элементов

что

 

приводит

 

к

 

выходу

 

из

 

строя

 

этих

 

аккумуляторов

.

Компания

  «

ЭНЭЛТ

.

КОМ

» 

имеет

 

штат

 

высококвалифи

-

цированных

 

специалистов

 

и

 

значительный

 

опыт

 

для

 

реа

-

лизации

 

полного

 

комплек

-

са

 

работ

 

по

 

реконструкции

 

систем

 

оперативного

 

по

-

стоянного

 

тока

 

подстанций

 

35—750 

кВ

 

в

 

соответствии

 

с

 

требованиями

 

стандарта

 

СТО

 

56947007-29.120.40.041-
2010 «

Системы

 

оперативно

-

го

 

постоянного

 

тока

 

подстан

-

ций

», 

утверждённого

 

ОАО

 

«

ФСК

 

ЕЭС

».


Читать онлайн

Компанией ООО «ЭНЭЛТ.КОМ» в период с 2009 по 2011 гг. проводились обследования состояния систем оперативного постоянного тока и диагностика аккумуляторных батарей (АБ) с определением фактической остаточной ёмкости без перерыва гарантированного питания потребителей постоянного тока на действующих подстанциях в филиалах ОАО «Сетевая компания».

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»