комплексные системы
бесперебойного электропитания Решения для объектов энергетики, связи, промышленности и транспорта
На главную
Оборудование
Решения
Услуги
Документация
Публикации
Шкафы оперативного тока производства ООО "ГРУППА ЭНЭЛТ"
Современные свинцово-кислотные аккумуляторы классического типа производства фирмы ВАЕ Германия
Анализ проведения комплексного обследования состояния аккумуляторных батарей в системе оперативного постоянного тока электрических распределительных подстанций ОАО «Сетевая компания»
Обеспечение бесперебойного электроснабжения
Производство ГРЩ на оборудовании LS Industrial Systems
Новые типовые решения в проектировании щитов постоянного тока.
Система электроснабжения.
«Группа ЭНЭЛТ»: Качественный продукт по справедливой цене.
«Группа ЭНЭЛТ»: Новые методики построения систем оперативного постоянного тока
«Группа ЭНЭЛТ»: Применение системы гарантийного бесперебойного питания.
«Группа ЭНЭЛТ»: Опыт внедрения накопителей электроэнергии на объектах с децентрализованным энергоснабжением
«Стратегия ООО «Группа ЭНЭЛТ» – ключ к успеху в области оборудования среднего напряжения»
В рамках импортозамещения «Группа ЭНЭЛТ» откроет новое производство
Отзывы
Контакты
Публикации / Анализ проведения комплексного обследования состояния аккумуляторных батарей в системе оперативного постоянного тока электрических распределительных подстанций ОАО «Сетевая компания»

Анализ проведения комплексного обследования состояния аккумуляторных батарей в системе оперативного постоянного тока электрических распределительных подстанций ОАО «Сетевая компания»

Компанией ООО "ГРУППА ЭНЭЛТ" в период с 2009 по 2011 годы проводились обследования состояния систем оперативного постоянного тока и диагностика аккумуляторных батарей с определением фактической остаточной емкости без перерыва гарантированного питания потребителей постоянного тока на действующих подстанциях в филиалах ОАО «Сетевая компания». В статье приведены основные результаты обследований, приведены основные причины, приводящие к ухудшению состояния АБ и снижению емкости, рассмотрены основные факторы, влияющие на срок службы аккумуляторов.

Александр ГОРЯНСКИЙ,

руководитель проектно-технического отдела  ООО "ГРУППА ЭНЭЛТ"

 

В качестве источников постоянного оперативного тока в электроустановках ПС применяются свинцово-кислотные аккумуляторы с устройствами постоянного заряда-подзаряда.

Для выполнения своих основных функций аккумуляторная батарея должна обладать паспортной ёмкостью весь срок службы. Следует оговориться, что каждая из банок батареи индивидуально «держит» заряд и также индивидуально отдаёт ёмкость в нагрузку. В связи с этим общая ёмкость батареи может сильно зависеть от нескольких «отстающих» банок («отстающими» будем называть банки, которые быстрее других разряжаются до предельного уровня разряда). Для выявления возможного наличия в батареи «отстающих» банок, а также для определения ёмкости аккумуляторов, периодически необходимо производить контрольный разряд батареи.

Компания ООО "ГРУППА ЭНЭЛТ" производит работы по оценке состояния аккумуляторной батареи на действующей подстанции без перерыва гарантированного питания потребителей постоянного тока. На время проведения испытаний для обеспечения гарантированного питания потребителей и оперативных переключений используется временная аккумуляторная батарея емкостью 150 или 300 Ач, состоящая из 12-вольтовых герметизированных моноблоков. Это позволяет устанавливать временную аккумуляторную батарею в общих производственных помещениях в непосредственной близости от щита постоянного тока. Контрольный разряд исследуемой АБ производится током одинаковой величины на всём протяжении цикла с помощью специального разрядного устройства (УР).


Компанией ООО "ГРУППА ЭНЭЛТ" в период с 2009 по 2011 годы проводились обследования состояния систем оперативного постоянного тока и диагностика аккумуляторных батарей на 30 действующих подстанциях 110-500кВ в шести филиалах ОАО «Сетевая компания». Ниже приведена общая статистика состояния обследованных аккумуляторных батарей (АБ) приведены основные причины, приводящие к ухудшению состояния АБ и снижению емкости, рассмотрены основные факторы, влияющие на срок службы аккумуляторов.


Как видно из диаграммы, из тридцати обследованных АБ восемь показали хорошие результаты. Данные АБ на момент испытаний имели 100% или близкую к ним емкость и при их испытаниях не было выявлено отстающих элементов и замечаний к аккумуляторной батарее.

Девять из испытанных АБ, хотя и имели высокую остаточную емкость, но при контрольном разряде в этих АБ были выявлены отстающие и неисправные элементы. Эти АБ требуют повышенного внимания при эксплуатации, контроля отстающих элементов и периодического проведения повторных испытаний. Если состояние отстающих элементов продолжит ухудшаться, то эти элементы будет необходимо заменить или, по крайней мере, исключить из АБ (зашунтировать), так как наличие в аккумуляторной батарее таких элементов значительно снижает общую емкость АБ при разряде.

   На тринадцати из обследованных подстанций требуется замена АБ на новые в связи с неудовлетворительным их состоянием. Они либо не прошли испытания на остаточную емкость – при контрольном разряде емкость этих аккумуляторных батарей составила менее 80% от исходной заявленной емкости, либо причиной замены АБ является полностью выработанный ресурс и предельный физический износ аккумуляторов. Предсказать дальнейшее поведение таких аккумуляторов невозможно. Так при контрольных разрядах на некоторых аккумуляторах наблюдалось внезапное осыпание активной массы и разрушение пластин аккумулятора. Эти аккумуляторные батареи непригодны к дальнейшей эксплуатации и подлежат замене.


Основные факторы, влияющие на срок службы батареи:

Основные тезисы:

·  Свинцово-кислотный аккумулятор - химический источник тока  (ХИТ)

·  Работа ХИТ всегда связана с электрохимическими превращениями материалов

·  ХИТ работает, медленно разрушаясь

·  Максимальный срок службы реализуется только при идеальных условиях эксплуатации

Процессы, ограничивающие срок службы аккумуляторов:

коррозия решеток положительных пластин;

•  осыпание активной массы положительных пластин;

•  деформация (рост) положительных пластин;

•  прорастание дендритов свинца и короткие замыкания между разноименными пластинами;

•  саморазряд;

•  сульфатация (необратимая);

•  пассивация пластин.

 

Коррозия решетки положительного электрода

Коррозия идет постоянно и никогда не останавливается. Суть коррозии положительной решетки заключается в том, что поверхностный слой решетки окисляется до оксида свинца PbO2 – такого же материала, как и активная масса. Скорость этого протекания этого процесса в номинальных условиях эксплуатации – 25-30 микрон в год для хороших сплавов. При использовании некачественных сплавов или при отсутствии «резерва» материала, коррозия может разрушить решетку уже через несколько лет эксплуатации.


Сульфатация пластин. Образование нерастворимых кристаллов сульфата свинца с характерной кубической структурой на положительной пластине. Эти кристаллы намного крупнее нормальных кристаллов PbO2 (видны в верхней части рисунка посередине)

 

Пассивация (деградация) активной массы отрицательной пластины означает снижение емкости к концу срока службы аккумуляторной батареи из-за изменения микроскопической структуры губчатого свинца отрицательной пластины. Это главным образом связано с уменьшением площади поверхности активной массы пластины и как следствие уменьшение емкости.



Основные причины ухудшения состояния аккумуляторных             батарей.


Используемые подзарядные агрегаты типа ВАЗП не обеспечивают требуемый уровень стабилизации напряжения подзаряда и требуемый уровень пульсаций напряжения постоянного тока (что отрицательно сказывается на сроке службы АБ), маломощны и к настоящему времени выработали свой ресурс. Ситуация с низким уровнем стабилизации напряжения усугубляется «человеческим» фактором. Выходное напряжение зарядных агрегатов ВАЗП меняется в зависимости от входного переменного напряжения, и оперативный персонал вынужден постоянно регулировать выходное напряжение устройства. При этом на практике из-за высокой степени изношенности или неисправности регулировочных потенциометров настроить выходное напряжение ВАЗП с хорошей точностью не представляется возможным. Зарядные агрегаты ВАЗП не соответствуют требованиям к качеству питания для современных аккумуляторных батарей и микропроцессорных терминалов релейной защиты по уровню пульсаций постоянного тока. Это делает невозможным питание потребителей постоянного тока от зарядных устройств без подключенной аккумуляторной батареи.

Еще одной серьезной проблемой, напрямую связанной с эксплуатацией АБ, является отсутствие автоматической температурной компенсации напряжения подзаряда. Температурный режим эксплуатации АБ оказывает существенное влияние на срок службы аккумуляторов. При отклонении температуры аккумуляторов от номинальной, для поддержания состояния полной заряженности, минимизации процессов коррозии и сульфатации, необходимо корректировать напряжение постоянного подзаряда с коэффициентом = -3,3 мВ/0С на каждый элемент аккумуляторной батареи. Таким образом, например, при снижении температуры на 100С для аккумуляторной батареи, состоящей из 104 элементов требуется повысить напряжение постоянного подзаряда на 3,43 В, а при повышении температуры на 100С – понизить напряжение на 3,43 В. Отслеживать и осуществлять такую корректировку в ручном режиме не представляется возможным по причинам описанным выше.

Причиной постоянного недозаряда аккумуляторной батареи и, как следствие, снижения срока службы АБ является неправильный выбор числа элементов при замене аккумуляторной батареи типа СК на новую. Причина заключается в различии напряжения постоянного 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., поэтому для питания цепей РЗиА использовалась батарея состоящая из 108 элементов (основная группа элементов). Напряжение постоянного подзаряда (напряжение на шинах ШУ) при этом составляло 232 – 235 В.

В настоящее время производители современных малообслуживаемых АБ требуют обеспечение напряжения постоянного подзаряда 2,23 В/эл. Следовательно, для содержания такой же группы из 108 малообслуживаемых аккумуляторов в полностью заряженном состоянии требуется напряжение на ШУ/ШС 108 * 2,23 = 240,84 В – это значение находится на  границе предельно допустимого диапазона для напряжения питания устройств релейной защиты. Как правило, оперативный персонал подстанции не допускает повышения напряжения на шинах ШУ/ШС больше 240 В, что приводит к постоянному недозаряду АБ из 108 элементов, повышенной сульфатации пластин и, как следствие, к потере емкости и сокращению срока службы.

Поэтому при замене АБ на новую необходимо обязательно учитывать изменение напряжения подзаряда и выбирать число элементов в батарее, исходя из условий обеспечения допустимого диапазона 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 * 2,23 = 231,92 В.

Кроме того, для обеспечения максимального срока службы и быстрого приведения АБ в рабочее состояние после аварийных и рабочих разрядов рекомендуется проводить ускоренный заряд повышенным напряжением. Для большинства современных зарядно-выпрямительных устройств эта функция реализована в автоматическом режиме после восстановления питания собственных нужд подстанции. В этом случае напряжение ускоренного заряда  составляет 104 * 2,3 = 239,2 В – это значение не превышает <Uном. +10%.

На шестнадцати из 30-ти обследованных подстанций применена схема СОПТ с дополнительными «хвостовыми» элементами АБ, то есть нагрузка потребляющая ток в непрерывном режиме (цепи управления и сигнализации) запитана от основной части АБ. Толчковая нагрузка (цепи питания приводов высоковольтных выключателей) питаются от всей АБ. При этом на этих подстанциях используются ЗВУ одноканального исполнения (ВАЗП, ПНЗП) которые подключены ко всей аккумуляторной батарее. Чтобы избежать перенапряжения на дополнительных «хвостовых» элементах к ним подключают реостаты или другие балластные сопротивления для обеспечения тока нагрузки сопоставимого с током нагрузки основной группы. Использование балластных сопротивлений приводит к повышенному «износу» элементов «хвостовой» группы АБ. Возможны ситуации, когда элементы «хвостовой» части АБ могут остаться без подзаряда, а балластное сопротивление остается подключенным к элементам АБ. При этом возникает опасность глубокого или полного разряда «хвостовых» элементов, что приводит к выходу из строя этих аккумуляторов.

Компания "ГРУППА ЭНЭЛТ" имеет штат высококвалифицированных специалистов и значительный опыт для реализации полного комплекса работ по реконструкции систем оперативного постоянного тока подстанций 35-750кВ, в соответствии с требованиями стандарта СТО 56947007-29.120.40.041-2010 «Системы оперативного постоянного тока подстанций» утвержденного ОАО «ФСК ЕЭС».

                              Электротехнический портал Electro-Gid.ru: конденсаторы, микросхемы, реле