中國儲能網(wǎng)訊：本文介紹了閥控式密封鉛酸蓄電池在電力工程的應(yīng)用情況，提出了在工程設(shè)計中選用閥控式密封鉛酸蓄電池的選用意見，供工程設(shè)計參考。
1前言
在電力系統(tǒng)的火電廠、變電所中，直流系統(tǒng)是十分重要的。直流系統(tǒng)供電的可靠性和質(zhì)量，直接影響到電力系統(tǒng)的安全運行。直流電源種類的選型在《火力發(fā)電廠、變電所直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》中3．2．1款指出，“火力發(fā)電廠、變電所宜采用固定型防酸式鉛酸蓄電池；在技術(shù)經(jīng)濟合理時，也可采用中倍率鎘鎳蓄電池?！痹凇痘鹆Πl(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》的11章第4節(jié)中，也有相應(yīng)條款對該類型蓄電池配置作了規(guī)定，幾十年來，雖然固定型防酸式鉛酸蓄電池也在不斷地改進完善，有了較成熟的制造技術(shù)和系列化產(chǎn)品，運行單位也具備豐富的使用維護經(jīng)驗，但在實際應(yīng)用中仍存在著許多缺點。如，電池體積大，占據(jù)較大的蓄電池室；運行中有酸霧逸出，污染環(huán)境；蓄電池須安裝在制殊要求的場所，裝設(shè)通風(fēng)設(shè)備和調(diào)酸加液設(shè)備；需由專門的運行維護人員進行復(fù)雜繁瑣的日常維護。而鎘鎳蓄電池由于制造工藝水平提高甚慢，爬堿、滲漏等問題一直沒有得到有效解決，而且尚需定期換液，這些問題直接影響到直流電源的穩(wěn)定可靠運行，同時其產(chǎn)品價格大大高于普通鉛酸蓄電池，所以也未能在火電廠廣泛采用。
閥控式鉛酸蓄電池(VRLA—Valve一Reg-ulatedLeadAcidBatteries)，也叫陰極吸收式鉛酸蓄電池，是最近十幾年發(fā)展起來的一種先進的鉛酸蓄電池。由于其在使用過程中可以保持閥控式密封，不需加酸加水維護，無酸霧逸出，不污染環(huán)境，不腐蝕設(shè)備，電池可立放、臥放或積木式安裝，節(jié)省占地面積。因此，當(dāng)VRLA蓄電池一出現(xiàn)，在國際國內(nèi)就受到廣泛重視，而且逐步被推廣應(yīng)用。特別是在工業(yè)蓄電池領(lǐng)域。據(jù)國外資料統(tǒng)計，在美國和歐洲固定型和浮充式電池中，已有約80%為閥控式蓄電池。目前已廣泛應(yīng)用于我國的郵電、通信、高層建筑、交流不停電電源等領(lǐng)域。
隨著VRLA蓄電池在我國其他領(lǐng)域尤其是郵電通信方面的廣泛應(yīng)用，以及VRLA蓄電池的生產(chǎn)制造在國內(nèi)的興起，我國電力系統(tǒng)自九十年代初開始將VRLA蓄電池用于火力發(fā)電廠、變電所的控制保護和動力的直流系統(tǒng)中。在新建擴建的各類型發(fā)變電工程和已投運的發(fā)電廠、變電所，遍及全國各地都程度不同地采用了VRLA蓄電池。為了規(guī)范在發(fā)變電工程中蓄電池的設(shè)計選型、安裝維護和直流系統(tǒng)配套設(shè)備的造型等，有必要了解VRLA蓄電池在發(fā)電廠、變電所作為動力控制電源的實際應(yīng)用情況，以便制定相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范。為此，我們向東北、中北、華東、西北、西南、中南、湖南、山西、黑龍江等十四個電力設(shè)計院調(diào)查了近年來新建工程選用VRLA蓄電池的情況；也對一些已應(yīng)用VRLA蓄電池的火電廠、變電所、供電局和電力局進行調(diào)查，了解VRLA蓄電池的實際運行情況和用戶的反饋意見；同時向一些VRLA蓄電池的生產(chǎn)廠收資，了解產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝技術(shù)，質(zhì)量保證和售后服務(wù)措施以及完善改進等方面的情況。
2閥控式密封鉛酸蓄電池在電力工程中的應(yīng)用
2．1應(yīng)用范圍
在我們調(diào)查的十五個電力設(shè)計院中，每個院都在所設(shè)計的工程中部分地選用了VRLA蓄電池，加上運行單位自行更換選用的蓄電池，目前從中小型火電廠直到單機容量600MW的大型火電廠，從110kV無人值守小型配電變直至500kV樞紐變，都有使用VRLA蓄電池的運行的單位。蓄電池有用于48V控制、IlOV～220V控制、以及220V動力負荷、容量從100安時至4500安時。蓄電池安裝點為主控樓、網(wǎng)控樓或單元集控樓，安裝方式多為鋼架組合式結(jié)構(gòu)，個別小容量蓄電池也有裝在屏內(nèi)，布置在繼電器室的。投運時間最早的火電廠是在1991年到1992年，至今已有7～8年時間，而大范圍采用是從1995年開始。
據(jù)以上各設(shè)計院不完全調(diào)查統(tǒng)計，近年來約有30個火電廠工程，40～50個變電所工程選用了VRLA蓄電池，大部分已投運。占近年新建火電廠工程的10％左右，變電所工程可達20％左右，尤其是在廣東、湖南、河南等地，選用VRLA蓄電池的工程比例更高，變電所可達50％左右。原使用VRLA蓄電池較少的西北、西南地區(qū)，目前一些在建的電廠也都采用了VRLA蓄電池，在近期一些國際招標(biāo)的火電廠中如標(biāo)書有要求時，國外各投標(biāo)商也以VRLA蓄電池投標(biāo)。另外，一些七十年代、八十年代投運的火電廠，當(dāng)原有蓄電池報廢需更換時，也有相當(dāng)數(shù)量的電廠更換為VRLA蓄電池，使得采用VRLA蓄電池的火電廠所占比例呈逐年上升趨勢。
2．2選用的蓄電池型號
根據(jù)調(diào)研情況，在火電廠、變電所動力控制直流電源中選用VRLA蓄電池的型號主要有：美國GNB、美國c&D、英國霍克、日本湯淺、德國陽光等國外各公司產(chǎn)品。一般國外的VRLA蓄電池產(chǎn)品性能較好，壽命長，質(zhì)量較穩(wěn)定。發(fā)生問題也少。但由于其價位高，約為同類型國產(chǎn)蓄電池的1.2～2倍，所以僅有10～15％用戶選擇了國外產(chǎn)品，大部分用戶選用的國內(nèi)生產(chǎn)的VRLA蓄電池．主要選用的型號有華達電源公司的GFM，GM型，約占已統(tǒng)計發(fā)電廠工程的50％左右，還有山東曲阜圣陽電池公司的GM型以及其他一些蓄電池廠的產(chǎn)品。
2．3在火力發(fā)電廠應(yīng)用的情況
根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，在VRLA蓄電池運行的火電廠、變電所中，使用情況良好的占90％以上。其他10％左右的用戶，大多是個別電瓶滲漏、電池容量均一性不好等問題，尤其是在95年以前使用的電池問題較突出。另外也有一些是蓄電池投運之初容量就達不到額定值的，還有極個別用戶的VRLA蓄電池運行壽命未達到預(yù)期值的情況。以下是兩個大型火電廠VRLA蓄電池的實際應(yīng)用情況。
其一為SMW火電廠，裝機容量4X300MW，主廠房的控制、動力直流均采用華達電源公司的GFM(GM)型VRLA蓄電池。容量為500安時(110V)和1500至1870安時(280V)，未設(shè)端電池，安裝在單元控制樓零米的蓄電池室，鋼架組合結(jié)構(gòu)五層布置。室內(nèi)設(shè)軸流式通風(fēng)機一臺，夏季室溫可達35℃以上。網(wǎng)控室無蓄電池，由主廠房直流系統(tǒng)供電。電廠無專門的蓄電池維護班組，由繼電保護班管理，繼保班僅有7人，要管理全廠4臺機組和網(wǎng)控室的繼電保護、控制、自動裝置及直流系統(tǒng)，人手很緊張。對蓄電池維護不可能投入太多人力，蓄電池正常運行在浮充電狀態(tài)，配套青整廠的KGCA40型硅整流充電裝置，浮充電壓一般在2．23伏，浮充電流較小。自1992年第一套蓄電池投運以來，未進行均充或定期大充大放。維護人員進行巡視檢查，定期清掃灰塵。測量電瓶電壓等少量維護工作。投運初期有過個別電瓶極柱處滲漏已及時更換，至今全廠蓄電池均正常運行。
華達電源公司打算配合該廠進行一次容量測試，以了解運行6年后蓄電池的實際容量。
與SMW火電廠投運VRLA蓄電池時間接近的YJZ火電廠，裝機容量6X200MW，機組自七十年代起相繼投產(chǎn)。
于1992年將其中一臺機組的固定型防酸蓄電池更換為國產(chǎn)的VRLA蓄電池，容量1000安時，沒有端電池，共130只。安裝在集控樓6．2米的蓄電池室，靠近鍋爐房，環(huán)境較差，在充電時有記錄的夏季室溫曾高達40．5℃。蓄電池正常運行在浮充電狀態(tài)，未更換原有的KGCFA型充電設(shè)備，其性能較差，穩(wěn)壓穩(wěn)流精度不高，對蓄電池的浮充電流有時達2A左右。電廠的運行維護人員，按原有的蓄電池規(guī)程對其進行維護，在機組大小修時進行大充大放，采用恒流定時充電方式，有時單瓶電壓可達2．9V以上。當(dāng)使用至五年左右時，某次充放電過程中發(fā)現(xiàn)蓄電池容量不足，個別電瓶電壓偏低，再次充電放電時，多個電瓶損壞，蓄電池組報廢。
2．4運行單位的意見和建議
總結(jié)VRLA蓄電池運行情況以及電廠、供電局等運行單位的意見和建議，VRLA蓄電池在工程中應(yīng)用是有相當(dāng)大的優(yōu)勢。首先VRLA蓄電池體積小，鋼架組合安裝，這不單節(jié)省了空間，減少主廠房的總的建筑面積，而且安裝簡捷方便。另外，對運行單位來講，其“少維護”的特性很受歡迎。在新建的火電廠工程中，大多已采用新廠新定員標(biāo)準(zhǔn)，為達到較高的經(jīng)濟效益，所以一般不會設(shè)置專門的直流設(shè)備運行維護人員。在已運行的火電廠采用VRLA蓄電池的，一般也未設(shè)置專門的維護人員。對于已建成的老廠，也可達到減人增效的目的。另外，蓄電池在運行中無酸霧逸出，這也符合建設(shè)現(xiàn)代化無污染火電廠的要求。因此，雖然在VRLA蓄電池使用初期出現(xiàn)了一些問題，用戶仍持十分積極的態(tài)度。在SMW電廠，繼保班維護人員和生產(chǎn)管理部門的技術(shù)人員，對采用VRLA蓄電池十分歡迎，認為確實減輕了他們的維護工作量。一些更換VRLA蓄電池的老廠，雖然仍有專門維護的班組，但他們認為工作量大大減少，不到原來的1／3。另外在SZ市供電局，變電部電源班十一人，管理50多個變電所，原采用GAM型鉛酸蓄電池，有相當(dāng)大的工作量，配置了數(shù)部汽車跑維護。近來逐步更換為VRLA蓄電池，尤其配套采用智能型高頻開關(guān)電源作為蓄電池的充電設(shè)備，對電池浮充性能良好，而且可實現(xiàn)遠方對蓄電池的監(jiān)控，維護工作大大減輕。目前已有十幾個站已更換，準(zhǔn)備逐步全部更換為VRLA蓄電池及智能型充電設(shè)備，以達到遠方監(jiān)控的目的。
3使用閥控式密封鉛酸蓄電池應(yīng)注意的問題
VRLA蓄電池雖然有許多優(yōu)點，但有一點是不容忽視的，那就是其價格高于固定型防酸式鉛酸蓄電池，約為后者的1．5～2．5倍，計及節(jié)省占地和不袋專用設(shè)備的費用，其綜合造價仍高于后者。人們花了較高的代價，希望充分發(fā)揮出VRLA蓄電池少維護而使用壽命又較長的特點。怎樣才能更好的應(yīng)用VRLA蓄電池呢？我們認為以下幾方面是很關(guān)鍵的。
3．1對蓄電池性能和質(zhì)量的要求
首先電池本身產(chǎn)品的性能和質(zhì)量必須是良好的，縱現(xiàn)VRLA蓄電池的發(fā)展，七十年代國外密封電池技術(shù)起步，八十年代才開始批量及大容量VRLA蓄電池的生產(chǎn)，主要代表產(chǎn)品有德國陽光的凝膠陰極吸收式電池，美國GNB等公司的混合板柵的陰極吸收式電池，還有日本湯淺公司的陰極吸收博形極板電池。早期各公司的蓄電池，由于設(shè)計和生產(chǎn)工藝方面的原因，也存在容量不均勻、滲漏、電池發(fā)熱失水、早期失效等問題，使得蓄電池可靠性降低，實際壽命低于預(yù)期年限等。據(jù)八十年代末九十年代初國外資料統(tǒng)計，VRLA蓄電池故障率高達3.2％～5％。進入九十年代，國外VRLA蓄電池生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟，解決了諸如極板材料腐蝕、安全閥泄漏、極柱焊接和泄漏，降低自放電率等方面的關(guān)鍵問題，使產(chǎn)品質(zhì)量得到了明顯提高，逐步占領(lǐng)了蓄電池市場。如美國c&D公司的VRLA蓄電池，具有特殊的殼、蓋和極性密封技術(shù)，采用獨特的母子板柵技術(shù)和單片極板槽式化成，氧復(fù)合率高達99．9％，使得安全閥壓力低至o．067kg／cm2，另外還設(shè)計了瓦楞狀外殼便于散熱，鋼架組合牢固便捷，所以，c&D公司的2000系列浮充使用預(yù)期壽命可達20年。
國內(nèi)VRLA蓄電池的生產(chǎn)也有同樣經(jīng)歷。華達電源公司在八十年代引進GNB技術(shù)生產(chǎn)GM型蓄電池，也曾出現(xiàn)電瓶滲漏等問題，在此基礎(chǔ)上，1995年華達電源公司推出了改進后的GFM型電池，主要改進了極板材料、厚度和裝配工藝；將手工極柱焊接改為計算機控制的氬弧焊；極柱處加環(huán)氧樹脂雙重密封．安全閥采用雙層硫酸防爆結(jié)構(gòu)等，共有十余項改進措施，使得GFM型蓄電池性能和質(zhì)量大為改善。
雖然VRLA蓄電池生產(chǎn)技術(shù)日趨完善，但對于不同制造廠，其產(chǎn)品質(zhì)量也是參差不齊的，1995年我國VRLA蓄電池生產(chǎn)廠已達50余家，近年來飛速發(fā)展目前已達數(shù)百家。其中一些VRLA蓄電池制造廠，采用引進國外技術(shù)或生產(chǎn)線，具備一定生產(chǎn)規(guī)模，技術(shù)力量雄厚設(shè)備先進，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，售后服務(wù)良好，如華達電源公司的GFM型蓄電池，引進美國GNB生產(chǎn)技術(shù)及生產(chǎn)線設(shè)備。山東曲阜圣陽電池公司，于八十年代開始生產(chǎn)VRLA蓄電池，九十年代引進美國等國家先進的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，杭州南都電源公司GFM型蓄電池，采用酉班牙Tudor集團和德國Hagen公司專利技術(shù)，引進美國等國家的生產(chǎn)設(shè)備，產(chǎn)品已在郵電、通信等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。以上這些制造廠都已通過ISO9000質(zhì)量體系認證。
還有一些蓄電池廠，技術(shù)力量薄弱，規(guī)模小，設(shè)備落后，半手工制作，沒有形成系列生產(chǎn)，缺乏必要的質(zhì)量監(jiān)督，沒有進行相關(guān)試驗或試驗不全面，放電曲線等重要的特性曲線不準(zhǔn)確等等。這些廠的產(chǎn)品質(zhì)量不能保證，但以其低價位也占據(jù)了部分市場，同時也出現(xiàn)了一些問題，但因投運時間短，產(chǎn)品質(zhì)量差的短期行為所造成的危害還不十分明顯。
由于VRLA八蓄電池市場上存在著產(chǎn)品良莠不齊的情況，所以在使用中的選型選廠就十分重要，有些用戶盲目相信一些制造廠的宣傳而不深入了解調(diào)查，僅以價格低作為選擇的唯一條件，這將造成十分有害的后果。應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的性能、業(yè)績、質(zhì)量保證體系和售后服務(wù)措施，在同等技術(shù)條件下，綜合考慮性能價格比來篩選不同的制造廠的不同的型號。
3．2正確的設(shè)計、安裝和選擇
除了要求VRLA蓄電池產(chǎn)品質(zhì)量好，耐受力強之外，正確地設(shè)計、安裝、維護VRLA蓄電池也是十分重要的。首先，VRLA蓄電池的設(shè)計選擇計算是有其特殊要求的，以往的規(guī)程和設(shè)計手冊都是針對固定型防酸鉛酸蓄電池的，對VRLA不完全適用的，VRLA蓄電池浮充電壓略高于普通鉛酸電池，特性曲線不同，個數(shù)選擇也有區(qū)別，不同型號的蓄電池應(yīng)以不同的參數(shù)進行選擇計算。部電力工程新型直流屏設(shè)計研制組于1993年和1996年針對華達GFM電池編寫了《GWM(GM)型閥控式密封鉛酸蓄電池電力工程設(shè)計安裝應(yīng)用手冊》，對設(shè)計選用VRLA蓄電池起到了積極的指導(dǎo)作用。另外，河南省電力設(shè)計院編制的《直流系統(tǒng)設(shè)計軟件》，也將不同生產(chǎn)廠家不同型號的VRLA蓄電池的放電曲線輸入軟件數(shù)據(jù)庫，可根據(jù)不同的型號來進行蓄電池的選擇計算。這樣才能保證VRLA蓄電池的設(shè)計選型正確合理有效。最近中國電力工業(yè)出版社出版的《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計手冊》中，對VRLA電池也有較詳細的論述。
其次，VRLA蓄電池對溫度非常敏感。
電池溫度每升高10℃，電池壽命減半，制造廠給出的使用壽命都是在25℃條件下的數(shù)值。當(dāng)溫度升高，電池自放電加大，失水加快，會導(dǎo)致電池因失水而早期失效。另外電池的浮充電壓與溫度密切相關(guān)，一般每升高1℃浮充電壓應(yīng)降低o．03-o．04V左右。所以應(yīng)將VRLA蓄電池的環(huán)境溫度控制在5℃～30℃為好，并根據(jù)不同溫度調(diào)節(jié)電池的浮充電壓，以保證其使用壽命。
3．3對充電裝置的特殊要求
另外，直流系統(tǒng)配置的充電設(shè)備的性能也影響VRLA蓄電池的使用壽命。在《火力發(fā)電廠、變電所直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》中，要求充電裝置穩(wěn)流精度不大于士5％；穩(wěn)壓精度不大于土2％；紋波系數(shù)不大于2%。這對普通鉛酸蓄電池是足夠的，而VRLA蓄電池則有更高的要求。VRLA電池浮充電壓一般為2．23～2.25伏，穩(wěn)定的浮充電壓有助于蓄電池特性穩(wěn)定，而且在溫度變化時，浮充電壓要隨之進行極小的調(diào)整，如精度不高，則無法調(diào)節(jié)，另外，充電裝置輸出直流電源的紋波分量，將會對VRLA蓄電池造成不可逆的損害。所以，應(yīng)配置穩(wěn)壓穩(wěn)流精度高，尤其是紋波系數(shù)小的充電裝置，最好能選擇具有電池檢測、自動調(diào)節(jié)、監(jiān)視報警功能的充電設(shè)備，以實現(xiàn)無人維護也可對蓄電池的監(jiān)控。因此，智能微機型充電裝置和高頻開關(guān)電源都是較適合的配套設(shè)備。
3．4重視蓄電池的運行維護
VRLA蓄電池正確的運行維護也至關(guān)重要。由于VRLA蓄電池在電廠使用時間不長，經(jīng)驗少，運行維護人員普遍感到對VRLA蓄電池性能特點了解不夠，而且無章可循。要么誤解“免維護”即完全不維護。實際上這僅指運行中不需加酸加水，而并非不維護。要么是沿襲多年來普通鉛酸蓄電池的運行維護方式，造成了對VRLA蓄電池的損傷。一些造成VRLA電池損壞的，都和運行維護不當(dāng)有關(guān)。如前述YJz電廠報廢的蓄電池組，主要是由于充放電不當(dāng)造成的。在選用VRLA蓄電池的同時，應(yīng)加強對有關(guān)人員的培訓(xùn)，提高維護運行人員的素質(zhì)，依據(jù)VRLA蓄電池特定的運行規(guī)程進行工作。這樣就可以真正實現(xiàn)VRLA八蓄電池“少維護”并達到人們所期望的使用年限。
4結(jié)論
總結(jié)以上對VRLA蓄電池的應(yīng)用調(diào)查且分析，我們認為：
4．1在火電廠應(yīng)用閥控式密封鉛酸蓄電池，雖然目前存在著基建投資略高，運行經(jīng)驗少，電池質(zhì)量不夠穩(wěn)定等問題，但隨著國內(nèi)外VRLA蓄電池日益廣泛的應(yīng)用和技術(shù)的成熟，以上問題會逐步得到解決。而VRLA蓄電池節(jié)省空間、運行維護簡單，使用壽命長等特點有著其它類型電池不可比擬的優(yōu)勢，尤其是在目前電力行業(yè)減員增效的形勢下，更有著十分積極的意義。所以，VRLA電池也受到電力系統(tǒng)用戶及生產(chǎn)管理部門的歡迎和認同。關(guān)于基建投資略高的問題，如使用壽命達到預(yù)期值，計及運行維護所節(jié)省的人力的費用，其蹤合價格是有可比性的。因此，在火力發(fā)電廠直流系統(tǒng)中是可以選用VRLA蓄電池的。
4．2在VRLA蓄電池的應(yīng)用中，首先要有正確的設(shè)計選型，郵電通信系統(tǒng)經(jīng)過多年的實踐應(yīng)用，有較多的設(shè)計人員和其他專業(yè)人員研究和探討VRLA蓄電池作為通信電源的問題和特點，制定了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，編寫了一些專著，有了較成功的經(jīng)驗。電力系統(tǒng)于1997年制訂了《閥控式密封鉛酸蓄電池訂貨技術(shù)條件》(DL/T637—1997)，于1998年6月實施，主要是對VRLA電池產(chǎn)品的具體要求。還應(yīng)針對VRLA蓄電池在設(shè)計選型、安裝方式，運行維護及對充電設(shè)備等方面的特點，制定適用于VRLA蓄電池的設(shè)計規(guī)定、規(guī)范設(shè)計工作，這一工作正在進行中。
4.3各方面都要重視VRLA蓄電池的應(yīng)用。在使用中，除了要求設(shè)計人員正確選擇計算外，
各級管理和建設(shè)單位要綜合考慮蓄電池的性能價格比，選用質(zhì)量好性能優(yōu)的產(chǎn)品，為今后的運行打下良好基礎(chǔ)。使用VRLA蓄電池的運行部門，也要加強對運行維護人員的培訓(xùn)，使有關(guān)人員加深對VRLA蓄電池的了解，提高整個直流系統(tǒng)的運行水平。
