提高风电机组铅酸蓄电池使用寿命方法的研究

提高风电机组铅酸蓄电池使用寿命方法的研究

黄江华

（广东粤电湛江风力发电有限公司）

摘要：本文主要是对影响风电机组铅酸蓄电池使用寿命的主要因素进行简要的说明和分析,并在此基础上进一步深入探讨延长风电机组铅酸蓄电池使用寿命的有效措施。

关键词：风力发电机组；铅酸蓄电池；温度

为保证风力发电机组运行的安全性和可靠性，一般主机厂商将密封阀控式铅酸蓄电池做为风电机组变桨控制的后备电源，在出现失电事故情况下作为风电机组收桨控制停机的应急电源。因为密封阀控式铅酸蓄电池具有较高的经济适用性而被广泛的应用，但一般风电机组的运行环境较为恶劣，铅酸蓄电池一般工作在低温、高盐雾、高沙尘等恶劣环境中，往往因使用和维护不当，铅酸蓄电池的实际使用寿命严重低于设计值，一般在使用2-3年就需要大面积的更换，使得风电机组变桨控制系统的整体维护费用大幅提升。作为保护机组安全运行的重要部件，如何在使用过程中提高铅酸蓄电的寿命，对保障设备可靠运行和提高生产经济效益具有重要的现实意义。

一、风电机组铅酸蓄电池工作原理

铅酸蓄电池一般由：正负极板、电解液、隔板、电解槽、连接条、排气栓、端子等构成，在使用过程中通过电池正负极的化学反应，实现化学能与电能之间的想换转换，具体充放电化学反应方程式如下：

铅酸蓄电池作为风力发电机组的后备电源，其采取电池组串联的方式直接连接到机组电源管理系统的直流母排，整个蓄电池组长期处于浮充电的运行模式，当机组出现电网断电或变桨系统供电异常的情况，蓄电池组直接为变桨电机提供动力电源执行收桨动作，避免风电机组出现飞车、倒塔、叶片折断等严重故障。因此铅酸蓄电池作为风电机组最重要的保护防线，其运行的可靠是风电机组安全运行的基础。

在一般情况下，对铅酸蓄电池进行充放电，会对铅酸蓄电池的电荷量和寿命造成较大的影响，如果长时间的充电会导致正极板活性物质脱落现象的产生，降低使用的寿命。同时，在电动车辆的动力电池中，铅酸蓄电池具有技术成熟的优点，并且相对于其他电池来说，电池的寿命相对较长，放电性能较好。

二、影响风电机组铅酸蓄电池使用寿命的因素

随着风电机组在不同环境的应用，铅酸蓄电池的使用寿命问题以不同的方式显现出来，例如“三北”地区的低温问题、南方的地区的高盐雾问题以及普遍存在的夏季电池高温现象，均对蓄电池的使用寿命带来严峻的挑战。

2.1储存条件的影响

一般蓄电池在开路状态下储存时易发生容量降低的自放电现象，蓄电池在长期处于缺电时，蓄电池的性能将严重裂化导致容量无法完全激活和恢复。一般电池的规定储存温度为25℃，此时的自放电率0.1%/天[3]。经试验证明，温度每升高10℃，蓄电池的寿命将会降低1/2，而同样低温环境会导致蓄电池的化学活跃性急速降低，蓄电池作为风电机组长期使用备件存在长期搁置备用的情况，有时其搁置时间超过一年，严重影响电池的使用寿命。

2.2运行环境的影响

铅酸蓄电池的寿命测试环境温度一般是在25℃，而实际使用中因地域的不同环境温度相差较大，南方地区夏季实际的蓄电池运行环境温度超过40℃，北方的寒冷地区蓄电池的运行环境温度低至-35℃，如图1所示蓄电池的更换频率与环境温度的变化密切相关。

2.3设计因素影响

风力发电机组为标准化的工业产品，一般只区分为低温机组、常温机组和高海拔机组，而针对小气候和特殊环境未进行个性化的产品定制，尤其的控制系统的程序设计也只是对温度等个别的运行参数进行调整，对机组的适应性不强。同时部分机组对蓄电池柜内的环境温度的控制以及环境温度参与电池充放电调节的设置不合理，无法满足蓄电池运行和工作的基本要求。

2.4维护及检修的影响

在实际的检修过程中常常会出现蓄电池的辅助加热及散热系统的长期损坏或工作异常，导致的蓄电池长期处于低温或者高温环境中运行，深度充电及放电过程中产生的热量无法及时的释放，严重影响机组运行安全。同时针对风电机组蓄电池的维护和检修不规范，甚至出现新旧电池混用导致内阻不平衡自放电的情况，在维护过程中无法及时的进行实际容量测验及运行寿命期的管理，导致部分蓄电池超期服役。

三、提高风电机组铅酸蓄电池使用寿命的措施

一般风力发电机组的铅酸蓄电池采取的是寿命期更换的原则，但在机组20年设计寿命期内蓄电池的6-8次的更换频率对企业的经济效益带来了一定的影响，其实在实际的使用和机组设计时可采取有效的方法延长其使用寿命，具体如下：

3.1注重安装质量

安装质量包括储存、安装、容量实验等多个方面，因此在运输、储存的过程中应注意不要发生碰撞，在安装过程中要注意汇接条与电池极桩之间的吻合，小心将不平的极桩整平。在紧固极桩时，用力既不能太大也不能太小。力量太大会使极桩内的铜套溢扣，太小又会造成汇流条与极桩接触不良，因此安装中最好采用厂家提供的有过力脱扣的扳手，或按照厂家提供的参考公斤力，使用相应的公斤的扳手。安装中还应该注意要使蓄电池与直流屏之间各组蓄电池正极与正极、负极与负极的长短尽量一致，以在大电流放电时保持电池组间的运行平衡。

在投入使用前一定要进行补充电。一般密封电池的安装日期距出厂日期时间较长，密封电池经过长期的自放电，容量必然大量损失，靠单纯的浮充难以恢复其初始容量。此外，由于单体电池自放电大小的差异，致使电池的比重、端电压等出现不均衡，投入使用前不进行补充，个别电池会进一步扩展成落后电池甚至出现反极现象。

3.2建立良好的维护检修标准

日常蓄电池的检修维护的根本目的是保证蓄电池一直运行在良好工况下，温度控制系统可以可靠保证蓄电池的运行环境为第一维护要点，蓄电池的长期储存要注意温度、通风、避光等方面的控制。《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》要求蓄电池投入运行后2-3年进行一次全核对性充放电试验，但因风电机组蓄电池的特殊性，应至少每三个月测试一次变桨蓄电池的容量，在新电池安装前需进行单体内阻测量和全核对性充放电，在实际的运行维护中严禁新旧电池混用。

3.2增加电池实时监测系统

一般风电机组的蓄电池在实际的运行过程中检测参数为蓄电池组电压和环境温度，而没有可靠的方法对单块蓄电池的运行电压进行实时的监测，一般来说，整组蓄电池的容量是以状态最差的那一块电池的容量为准，而不是以平均值或额定值为准。如某块电池的损坏导致内阻升高，对整个电池组得寿命将会大打折扣，这对风电机组的运行安全产生极大的隐患。所以，增加蓄电池组的实时监测系统，如单体电压监测、内阻监测、容量监测、电荷状态监测及温度监测，可综合性的反馈给主控制系统调节蓄电池的运行状态，减少事故发生的概率，提高运行的经济性。

结束语：

铅酸蓄电池自身具有技术成熟，价格便宜和使用安全等优势，被广泛的应用于交通当中。在使用过程中，需要具备较高的总电压，在电动车上进行使用时，应该将电池进行串联，凭借自身的成熟工艺，能够有效的避免在使用过程中出现的问题。同时，其应用的时间相对较长，有着丰富的使用经验，能够实现对使用数据的检测和功能的管理，为电池的使用管理提供了便利，在设计里面融入新技术，推动了铅酸蓄电池的发展。总之，要重视对风电机组铅酸蓄电池的维护，根据风电机组铅酸蓄电池不同的特点，针对影响风电机组铅酸蓄电池使用寿命的主要因素，不断提高维护的水平，达到提高使用寿命的目的，以提高变电所、发电厂和通信站的安全运行水平。

参考文献：

[1]侯绍虎.大型风力发电机组变桨后备电源管理系统设计.武汉：湖北大学,2013.5

[2]杨建峰，潘磊.风电机组变桨后备电源问题探讨.风能,2013.8

[3]黄金钟.风力发电机组紧急变桨蓄电池常见问题分析.会议论文.2015.9

[4]樊磊明.浅谈风力发电厂风机变桨电池的维护.科技情报开发与经济材料工程.2011.6

[5]黄雅君.风力发电变桨后备电源智能管理系统..现代电子技术.2010.9