一种蓄电池阀体失效和漏液智能快检技术的研究

(整期优先)网络出版时间:2023-10-10
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一种蓄电池阀体失效和漏液智能快检技术的研究

胡勇,刘晓虹,李洪伟,曾江,刘乐

云南电网有限责任公司普洱供电局 云南普洱665000

摘要:近年来由于蓄电池问题造成的电力事故比比皆是,时常会遇到电池安全阀失效以及电池液泄露的情况。因此必须加强对蓄电池的管理和维护,提高其使用寿命,确保其供电的电路安全畅通。通过蓄电池失效早期判断,可将故障问题早发现早处理,保证电力通信系统的安全运行,电池阀体失效和电解液渗漏直接可以判定电池失效,然而在实际的过程中,很难直接从电池的外观上发现这些现象。笔者结合实际研发项目,介绍研发出的一种蓄电池阀体失效和漏液智能快检技术,可以不停电保证系统安全运行的前提下对电池阀体和壳体进行定性定量的快速检测装置,解决目前的安全盲点。

关键词:蓄电池;失效;漏液;智能快检

一、蓄电池阀体失效和漏液智能快检技术概述

(一)研发背景

蓄电池组作为一种独立可靠的电源,它不受交流电源影响,在发电厂或变电站内发生任何事故时,甚至在全厂、全站交流电源均停电的情况下,仍能保证直流系统中的用电设备可靠连接地工作,且电压平稳;适用在各种比较复杂的继电器保护、自动装置、各类断路器的传动,同时还可以作为全厂、全站的事故照明电源、是保证供电电源不中断的最后屏障。

根据直流系统电压等级,蓄电池组由N个蓄电池串联使用,由于电池制造工艺、安装不规范等因素,往往造成电池表面破裂、安全阀体失效以及电池液泄露的情况,造成的事故表现为:

1)蓄电池漏液将使得该节蓄电池失去电解液,影响蓄电池原来属性,进而使整组蓄电池容量下降,当交流停电时,蓄电池组因供能不足造成直流系统失压。

2)若存在2节以上漏液的蓄电池之间发生短路故障,很大的短路电流会使蓄电池温度迅速上升,最终可能引起火灾。

3)蓄电池漏液会导致直流系统接地,影响系统运行安全,屏柜内安装蓄电池的方式往往给运维人员查找造成不便。

在实际环境、及普通检测测试方法中,故障初期时很难直接从电池的外观上发现阀体失效及电池漏液现象。当故障发生明显变化时,如电池壳体变形(破裂、膨胀)以及电池液泄露量已经达到可观测的程度,这一过程中无疑给直流系统的安全使用增加了风险盲区。

加强蓄电池的管理和维护,提高其使用寿命,保证电力系统的安全运行的前提下,研究开发出智能蓄电池阀体失效和漏液检定装置,实现对电池缺陷的提前判定,为早期发现缺陷填补检测手段及解决方法。

(二)现有办法及对策

1.现有方法

目前对于蓄电池失效和漏液检测方法依靠目测,通过电池极柱或阀体位置的液体痕迹来判断电池是否有故障,手段简单且极不可靠,特别是气体析出时是无法靠目测来实现故障判断。

2.存在问题

我局各变电站都有大量蓄电池组做为直流电源系统,电池多者有104多节,最少的也有18节,根据电池投运时间,这些会进行不定期的容量测试和内阻测试,但做为阀控铅酸电池,阀体对电池寿命有着决定性的作用,一旦阀体失效和电池发生渗漏液将直接导致电池失效甚至爆裂,造成现场工作人员人身和运行设备的危险,而经过调研发现到目前位置,从未进行过电池阀体的检测,无法了解其有效性,在已有的电池检测中,发现有较多电池有漏液后的爬酸现象,是阀体失效还是电池发生开裂漏液急需进行定性定量的判断,及时消除隐患。

二、智能蓄电池阀体失效和漏液快速检定装置概述

(一)技术参数

表1技术参数表

技术参数

工作电源

内阻蓄电池。 可外接AC 220V对电池充电。

工作温度

-20~60℃, 相对湿度:5%RH~85%RH

功率

10W

测量范围

0~20ppm

准确度

±0.1 ppm(5~85%RH,25℃)

稳定性

≤1ppm

显示

实时显示检测数值

分辨率

0.1 ppm

传感器特性

重复性≤ 1ppm

响应时间

≤3s(1m/s风速)

测试方式

自动模式

高报阈值

≥10 ppm,报警

报警方式

指示灯亮  蜂鸣器响

内部电池欠压

21.5V

电容检测

微间距、高灵敏,软件自动计算

绝缘强度

≥2kVAC

绝缘电阻

≥50MΩ

重量

3Kg

体积

350*240*150mm

(二)装置示意图

1 装置外观图

2装置内部电路板图

(三)装置特点

该装置主要根据电池表面漏液,由于电解液挥发、杂质沉淀等因素,会改变两个导体间的静电容场容量,通过特制的微间距、高灵敏度电容探头就可检测这一变化数据,经过嵌入式软件计算从而判定电池电解液是否泄漏,当现场的电解液的数值超出所设置的告警值时系统会自动进行声光告警。

装置增设有通过特制的裂隙灯探头,可强化发现电池壳体开裂或过量电解液以液态析出的痕迹发现,增加发现故障的手段。

(四)主要功能

1、测量显示:数码管显示,对被测电池阀体周围电解液浓度检测。

2、报警功能:当测量值指标量超出设定值时,经系统软件判断、处理后作出相应动作。①当测量值指标量超出设定的低报值4ppm时,“低报”指示灯亮及蜂鸣提示声响。②当测量值指标量超出设定的高报值10ppm时,“高报”指示灯亮及蜂鸣提示声响。

3、裂痕检测:忽视电池环境光线要求,通过裂隙灯照射,快速、清淅发现电池外壳是否有裂痕和爬酸痕迹。①光源设计:绿光光源,利于眼睛识别,光线分布均匀,清晰检查被测物体。②护眼模式:清晰照明不伤眼,科学结构,增设档板,避免强光直射眼睛。③操作简单:可带电插拨,即插即用。④结构优良:防水、散热设计,延长灯珠使用寿命,具备防滑设计,操作时有效避免滑动。

4、电容场检测:可通过电容场电势变化原理,采用高灵敏检漏探头对微弱硫化物气体进行检测发现,如超出设置值具有声光提示。

5、供电电源:装置采用外接交流、内置电池供电两种方式,解决检测场所无法提供交流接线问题,使用装置自供电源检测完成后,需及时接入交流电对装置补充充电。

6、外观设计:产品一体化设计,采用工程塑料外壳,坚固可靠阻燃,绝缘性好,重量轻,携带方便,一人便可操作使用。

7、功能扩展1:通过RS485信号可扩展数据传输功能,实现双向数据传输和控制。

8、功能扩展2:实现8路检测扩展。

(五)装置验证

通过智能蓄电池阀体失效和漏液快速检定装置对XX变电站蓄电池进行检测,并经目测方法测试比较,结果表明:

(1)目测方式无法对气体泄漏进行检测,而使用装置测试阀体中气体泄漏极其灵敏,装置软件会计算硫化物浓度并比对,对超量泄漏立即告警,并显示硫化物气体含量,而且不会对其他气体发生误报,本次测试使用接线装置也只需10秒钟,填补检测手段空白。

(2)由于电池电解液泄漏后造成的微量的酸液蒸发会在壳体附着,通过裂隙灯照射,可强化快速发现电池外壳是否有裂痕和微量爬酸痕迹,每节电池测试时间20秒可完成。

3气体泄漏检测

4液、气泄漏同时检测

三、智能蓄电池阀体失效和漏液快速检定装置使用介绍

(一)接线

交流电源接线:当不确定内置电源电量是否满足测试需要时,请接入交流线。检漏探头接线:当需要使用该项检测时,插接前必须关掉电源开关,安全插接检漏探头的接头后再打开电源。裂隙灯接线:当需要使用该项检测时,可靠插接并拧紧,可带电插拨。

(二)上电

将检漏探头与装置接好,确认无误后接通电源,声光报警器发出一声提示,装置启动自检程序。通道显示从1到8依次跳动,启动完成后显示测试通道为1,装置显示值显示数字,表示接线、检测正常,可以开始检测。

(三)检测

1.检漏功能

检测环境分析:当阀体失效时,电池内部与外界直通,电解液气体将挥发至外环境,通过手持式高灵敏度硫化物检漏探头,可精确探测外泄的含硫气体实现阀体合格判断,当软件计算微量硫化物气体外泄超标时装置自动报警。

检漏测量:将检漏探头沿着电池的表面(阀口处)进行探测,注意观察面板的“显示值”,正常情况无漏液数值显示为0,漏液的严重程度不同可分为三种情况,有少量漏液显示值0~4之间,稍多些漏液显示值4~10之间,更多漏液显示值大于10。

2.裂隙检测

由于电池电解液泄漏后造成的微量的酸液蒸发会在壳体附着,被传感器检测,经整形滤波放大输出报警,会改变两个导体间的静电容场容量,通过裂隙灯照射,将电池外壳表面进行放大,可强化快速发现电池外壳是否有裂痕和微量爬酸痕迹。

(四)注意事项

装置内部各参数已设定,开机即可测量。内部使用24V电池供电,所每隔三个月应接入交流电进行充电。检漏探头内有精密传感器,需放置于干燥通风的环境,相对温度<85%RH。装置请勿用于其它气体检测,禁止高浓度气体的冲击,否则可能会损坏传感器。

结语

综上所述,本项目实施后首先填补了蓄电池阀体失效和电池渗液、开裂测试的空白。适用于现有所有在运行的电池屏、电池室、开闭所和环网柜等各种场所的阀控铅酸类蓄电池,不受空间影响,应用前景广,测试时不影响现有系统运行。保护功能全面、操作方法简单,采用嵌入式操作软件,智能化高,成本低廉,易于推广。

通过对本项目的实施研究:对现在电池阀体失效长期开启导致电池失效的检查空白,提供有效的检测手段,应用新技术手段实现对目前缺陷问题的解决。解决短时间即可完成测试,提供工作效率,降低工作强度。每只电池测试时间20秒就可完成。采用嵌入式软件对硫化物含量数据进行计算分析,实现短时间对单只电池是否渗液和阀体状况进行结论性判断。可在狭小空间下的测试问题,适应多种空间环境下的安全测量,装置体积小重量轻实现便携,提高了装置利用率。

虽然项目研制的装置已获得预期效果,满足主要功能,但还需从以下进行完善:争取进一步对探测单元进行小型化改进,使装置有更大的应用场合。未来计划在这方面继续完善,研发出适用性更广、操作更加方便的智能蓄电池阀体失效和漏液快速检定装置,使其推广意义更强,应用范围更广,更好地服务于检测工作。

参考文献

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[4]蒋琪, 电机车蓄电池简易漏电检测装置. 安徽省,淮北祥泰科技有限责任公司,2017-01-04.

作者简介:

胡勇,男,湖北天门人,大学本科,工程师,主要研究方向继电保护及自动化;

刘晓虹,女,云南曲靖人,大学本科,工程师,主要研究方向为变电运行;

李洪伟,男,重庆南川人,大学本科,工程师,主要研究方向为变电检修及站用电源运维;

曾江,男,四川遂宁人,大学本科,工程师,主要研究方向为继电保护及站用电源运维;

刘乐,男,宁夏镇罗人,大学本科,工程师,主要研究方向为变电检修及站用电源运维。