【JS2022TJ1000056】变电站用铅酸蓄电池在线维护装置及其维护方法

项目简介： 变电站直流电源系统是电力系统的重要组成，主要由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成。蓄电池作为变电站供电系统中不可或缺的一部分，一般作为后备的直流电源。当变电站中直流供电系统发生故障时，蓄电池可以作为独立电源继续使用，为继电保护装置、信号系统、控制系统等直流用电负荷提供电源。可见，蓄电池是直流系统最后一道安全屏障，其运行状况以及供电质量直接影响整个电力系统是否能够稳定运行。但由于蓄电池属于复杂的化学系统， 工作时蓄电池长期处于浮充状态，使其健康状态的监测存在较多难点，至今都没有较好的解决方案。据初步统计，国家电网公司在运铅酸蓄电池总量达500万块以上，但实际使用中，由于劣化电池缺乏有效的维护手段直接导致电池组寿命远低于设计值（10年以上），有效寿命平均仅5年。天津地区存在同样的运维痛点， 2019年9座变电站蓄电池退役寿命不足4年，其中某500kV变电站电池运行寿命仅一年半。 再如当蓄电池组中部分单体出现劣化后不能及时发现并进行干预，会造成单体电池的长期过充和欠充，劣化加速，最后只能整组更换，增加了企业的运行成本。为了解决以上问题，保护用户用电安全，延长蓄电池的使用寿命， 保证电力系统的安全性和稳定性，亟需开发一套变电站直流电源铅酸蓄电池智能维护系统，实时监测单体电池或铅酸蓄电池组的电压、电流和温度等相关参数，实时监控铅酸蓄电池及电池组的健康状态，并根据健康状态的阈值实时报警，将有利于管理人员快速有效地在早期发现故障电池，遏制电池组的劣化，在一定程度上降低风险、减少经济损失、减轻工作量、提高铅酸电池组的寿命，实现智能检测及管理。

项目核心创新点：

在电池组运行过程中，当部分铅酸电池出现劣化现象只能整组更换，增加了企业的运行成本。况且，目前国内外针对铅酸电池组的状态辨识的研究大多处于理论层面，难以对铅酸电池进行劣化甄别及在线养护。尤其是天津公司变电站中蓄电池在线检测装置配置不足，蓄电池工作数据缺乏，如何实现铅酸电池劣化的主动预防以及裂化电池的快速恢复仍是一个难点。

设计了一套集在线切换-脉冲活化-核容放电于一体的变电站蓄电池智能维护装置。该装置能够实现劣化蓄电池的离线及在线脉冲活化，具有一定的工程意义。

项目详细用途：

通过一种变电站用铅酸蓄电池在线维护装置及其维护方法，及时甄别维护单体铅酸蓄电池，预计可延长铅酸电池组的实际使用寿命20%，预计年节约20组铅酸电池的消耗，预计成本200万元，减少2次故障的发生，减少恶性事故的发生。预期能够提高电池组的使用寿命20%，降低了电池的应用成本，降低了电池频繁退役的环保风险，为社会节约了资源。

本成果通过之前研究结果的经验总结已在国网天津公司滨电分公司、高压分公司进行了示范应用，蓄电池寿命得到了提高，经济型和安全型大大提高，蓄电池和直流电源的耐久性和可靠性大幅提升。

预期效益说明：

（1）   直接经济效益

设备推广：“蓄电池智能维护装置”，可销售至全国各电力公司、变电站等，按照每套输出装置20万元，年售15套计算，预计每年可以输入经济效益300万元，随着市场规模扩大，可逐步扩大至交通、能源、通信等需要备用电源的领域，销售规模和销售利润将持续扩大。

技术服务：项目组研发的蓄电池智能维护装置，可智能检测蓄电池有效性及抗冲击能力，能够在60S内快速检测出电路中是否存在开路隐患电池。因此，项目组技术人员可为变电站、电厂以及客户的蓄电池组开展技术服务，按照一次8万，一年10次计算，预计每年可以输入经济效益为80万元。

成本节约：一方面，通过及时甄别维护单体铅酸蓄电池，预计可延长铅酸电池组的实际使用寿命20%，预计年节约20组铅酸电池的消耗，预计成本200万元，减少2次故障的发生，减少恶性事故的发生；另一方面，能够实时读取单体铅酸电池的电压、电流、温度、内阻等运行参数，这项技术的实现，节约了工人成本，能够输出强大的社会经济效益。

（2）   间接经济效益

能够实现蓄电池运行状态的快速检测，该技术能够迅速检测出铅酸电池的电压、电流、温度、内阻等运行参数，进而对铅酸电池的智能甄别提供数据支持，使得工作人员能够在故障发生之前预测到故障，对达到相应阈值的电池进行退运验证，这有效地减少了铅酸电池组的故障发生率，保证了用电安全，降低了经济损失；同时，能够快速检测铅酸电池的运行参数，替代了变电站常用的电池巡检系统采集信息的方法，节约了时间成本，提高了效率。

变电站直流电源系统是电力系统的重要组成，主要由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成蓄电池作为变电站供电系统中不可或缺的一部分，一般作为后备的直流电源。当变电站中直流供电系统发生故障时，蓄电池可以作为独立电源继续使用，为继电保护装置、信号系统、控制系统等直流用电负荷提供电源。可见，蓄电池是直流系统最后一道安全屏障，其运行状况以及供电质量直接影响整个电力系统是否能够稳定运行。同时，铅酸蓄电池也是通信、交通、能源等众多领域的备用电源，广泛应用在信息机房、数据中心、UPS、交通牵引电源等中。据初步统计，国家电网公司在运铅酸蓄电池总量达500万块以上，但实际使用中，由于劣化电池缺乏有效的维护手段直接导致电池组寿命远低于设计值（10年以上），有效寿命平均仅5年。天津地区存在同样的运维痛点，2019年9座变电站蓄电池退役寿命不足4年，其中某500kV变电站电池运行寿命仅一年半。这造成了极大的资源浪费，因此亟需一种有效的修复方式解决传统修复中效率低，时间长，备用电源离线，技术人员要求高等痛点。

经检索和调研，目前市场上并无具有在线修复功能的相关仪器，已有的类似设备都智能采取将蓄电池组脱离母线后离线修复，存在很明显的失电风险，因此本产品在安全性方面具有明显优势。同时，本设备采用脉冲修复方法，相关参数连续可调，具有较好的灵活性和技术先进性，市场需求巨大。

一方面，可销售至全国各电力公司、变电站等，按照每套输出装置20万元，年售15套计算，预计每年可以输入经济效益300万元，随着市场规模扩大，可逐步扩大至交通、能源、通信等需要备用电源的领域，销售规模和销售利润将持续扩大。

通过一种变电站用铅酸蓄电池在线维护装置及其维护方法，及时甄别维护单体铅酸蓄电池，预计可延长铅酸电池组的实际使用寿命20%，预计年节约20组铅酸电池的消耗，预计成本200万元，减少2次故障的发生，减少恶性事故的发生。预期能够提高电池组的使用寿命20%，降低了电池的应用成本，降低了电池频繁退役的环保风险，为社会节约了资源。

本成果通过之前研究结果的经验总结已在国网天津公司滨电分公司、高压分公司进行了示范应用，蓄电池寿命得到了提高，经济型和安全型大大提高，蓄电池和直流电源的耐久性和可靠性大幅提升。

相比传统修复方法，使用本装置修复在优质性、高效性、环保性等方面具有较大优势。

表2  使用本装置修复方法与传统修复方法比较表

采用铅酸蓄电池在线维护装置及其维护方法，不仅延长了蓄电池寿命，降低了停电率，减少了人力资源与物资浪费，提高了科技含量，实现了运行与维护的良好结合，保证了备用电源的稳定运行，取得了良好的经济效益和社会效益。将为后续电力运维摸索出具有较高参考价值的成功经验。