Аккумуляторные батареи на подстанциях: типы, заряд и обслуживание
Оперативный постоянный ток — кровеносная система подстанции. От него питаются релейная защита, устройства АПВ, приводы выключателей, сигнализация, аварийное освещение и системы аварийного управления. Основной источник этого тока — аккумуляторная батарея, работающая в паре с зарядным устройством. Её отказ означает потерю управления подстанцией в критический момент.
Разберём типы аккумуляторных батарей, применяемых на подстанциях 6–110 кВ, режимы их работы, правила заряда и обслуживания, а также типичные неисправности и меры безопасности.
Назначение и требования
Аккумуляторная батарея подстанции выполняет функцию резервного и основного источника постоянного тока. Типовые требования:
- обеспечение питания всех потребителей в нормальном режиме и при исчезновении переменного тока;
- поддержание напряжения в заданных пределах при любых режимах;
- способность отдать расчётный ток при коротком замыкании и при срабатывании защит;
- автономность — время работы без подзаряда, обычно не менее нескольких часов;
- надёжность и ремонтопригодность в условиях круглосуточной эксплуатации.
Типы аккумуляторных батарей
Свинцово-кислотные батареи
Самый распространённый тип на подстанциях России. Достоинства — низкая стоимость, технологичность, хорошо отработанные режимы заряда. Недостатки — необходимость обслуживания (контроль уровня электролита, долив дистиллированной воды), выделение водорода при заряде, требование вентиляции аккумуляторного помещения.
Внутри типа различают:
- Классические батареи с жидким электролитом — открытые или с клапаном, требуют регулярного обслуживания;
- Батареи с свинцово-кальциевыми сплавами — пониженное газовыделение, меньшая потребность в доливе воды;
- Герметизированные VRLA — клапанно-регулируемые батареи с абсорбированным электролитом, практически не требуют обслуживания.
Щелочные (никель-кадмиевые и никель-железные)
Никель-кадмиевые батареи применяются на подстанциях с повышенными требованиями к надёжности. Достоинства — устойчивость к перезаряду и глубокому разряду, широкий температурный диапазон, долгий срок службы. Недостатки — высокая стоимость, «эффект памяти» при неполных циклах, необходимость контроля электролита.
Литий-ионные батареи
Современное решение для новых подстанций, особенно цифровых. Достоинства — высокая плотность энергии, отсутствие обслуживания, интегрированная система управления. Недостатки — чувствительность к температурным режимам, необходимость системы термической защиты, более высокая стоимость по сравнению со свинцовыми аналогами.
Режимы работы батареи
Плавающий заряд (буферный режим)
Основной режим: зарядное устройство постоянно компенсирует саморазряд батареи и питает нагрузку, поддерживая батарею в полностью заряженном состоянии. Напряжение плавающего заряда — типовое для данного типа батареи, обычно около 2,23–2,27 В на элемент для свинцовых батарей.
Циклический режим
Применяется при частых отключениях сети или при работе батареи в качестве основного источника. Включает полный цикл разряд-заряд. Ресурс батареи в этом режиме ограничен числом циклов.
Уравнительный заряд
Периодический заряд повышенным напряжением для выравнивания состояния отдельных элементов. Проводится по графику, но не чаще необходимого: избыточный уравнительный заряд ускоряет износ батареи.
Заряд после разряда
При отключении переменного тока батарея разряжается, питая нагрузку. После восстановления сети выполняется ускоренный заряд с последующим переходом на плавающий режим.
Ёмкость и её контроль
Ёмкость батареи измеряется в ампер-часах и определяется при номинальной температуре и стандартном режиме разряда. Со временём ёмкость снижается из-за старения, сульфатации активной массы и коррозии решёток. Контроль ёмкости выполняется при приёмочных испытаниях и затем периодически — разрядом на резистивную нагрузку с фиксацией времени до достижения конечного напряжения.
Важный параметр — удельная плотность электролита для свинцовых батарей. Её измерение аккумуляторным ареометром позволяет оценить степень заряженности каждого элемента. Расхождение плотности между элементами более допустимого указывает на их неоднородность.
Обслуживание аккумуляторной батареи
Ежедневный осмотр
Контроль напряжения батареи и зарядного устройства, токов заряда и разряда, состояния сигнализации. Для необслуживаемых батарей — проверка отсутствия тревожных индикаций.
Периодическое обслуживание
- чистка поверхности элементов и соединений от пыли и электролита;
- проверка и подтяжка контактных соединений;
- контроль уровня электролита и долив дистиллированной воды;
- измерение плотности электролита и напряжения отдельных элементов;
- проверка работы вентиляции аккумуляторного помещения;
- контроль температуры аккумуляторной батареи.
Испытания
Периодически проводятся: измерение сопротивления изоляции батаи относительно земли, проверка ёмкости разрядным испытанием, испытание зарядного устройства. Результаты заносятся в журнал и сравниваются с предыдущими замерами для оценки деградации.
Типичные неисправности
- Сульфатация активной массы. Возникает при недозаредах и длительных простоях в разряженном состоянии. Снижает ёмкость необратимо при сильной степени.
- Коррозия полюсных выводов и межэлементных соединений. Повышает сопротивление, вызывает локальный перегрев.
- Короткое замыкание между пластинами.В результате выпадения активной массы на дно элемента. Элемент выходит из строя.
- Окисление электролита или его испарение. Приводит к снижению уровня и нарушению работы элементов.
- Отказ зарядного устройства. Батарея остаётся без компенсации саморазряда и разряжается.
- Превышение температуры. Ускоряет все процессы старения, сокращает срок службы вдвое на каждые 10 градусов выше нормы.
Меры безопасности
Аккумуляторные помещения относятся к помещениям с повышенной опасностью. При заряде свинцовых батарей выделяется водород — взрывоопасный газ. Обязательны: принудительная вентиляция, исключение источников искр и открытого огня, использование изолированного инструмента, защитные очки и перчатки при работе с электролитом, наличие нейтрализующих средств.
Работы с батареей выполняются при снятом заряде или с соблюдением мер против короткого замыкания — токи короткого замыкания батареи огромны и представляют серьёзную опасность.
Заключение
Аккумуляторная батарея — один из самых ответственных элементов энергосистемы подстанции. Правильный выбор типа, соблюдение режимов заряда, регулярный контроль плотности электролита и напряжения элементов, а также дисциплина обслуживания аккумуляторного помещения обеспечивают её готовность в любой момент. При плановом подходе батарея работает 10–15 лет, сохраняя способность отдать расчётный ток при авариях в сети.
