摘要：中小型终端变电站使用的蓄电池直流屏，维护工作量大，蓄电池寿命短，如采用超级电容替代蓄电池将具有革命性的进步。
关键词：直流屏 超级电容
一、当前变电站直流屏存在的问题
在我国110KV、35KV、10KV终端变电站，以及厂用6KV配电系统，广泛采用了蓄电池直流屏和硅整流电容储能直流屏作为操作、控制以及保护的电源。几十年来，较多的产品在运行中存在以下问题：
1、镉镍蓄电池直流屏：
直流母线输出220V时，一般由180只蓄电池组成。蓄电池在加工生产中不可能做到每只电池的充放电特性完全一致，虽然生产厂家在出厂时进行了匹配组合，到了用户手中就没有挑选的余地了。在使用中，用同一个充电电源，又向同一负荷放电，久而久之，个别电池由于特性差别越来越大，而影响整个装置的性能。
镉镍蓄电池在运行中，长期处于浮充状态，充电机性能的好坏，直接影响电池的寿命。一般厂家承诺电池寿命大于10年，但在实际运用中，往往只有3~5年。这是因为，如果浮充电流过大，会使电解液中的水电解成氢和氧，这两种气体混合是危险的爆炸气体，如果通风不良，有资料介绍，某无人值班变电站，曾发生直流屏爆炸的事故（电世界2000年12期）。
过充电还会使电池冒液。在电池外表及连接片上产生墨绿色氧化物，腐蚀构件，降低绝缘，使自放电增加。
过充还会产生氧化还原反应，在负极板上生成氧化镉，减少极板有效面积，容量减小，这就是俗称的"记忆"效应。为了保持电池的容量，每年需对蓄电池进行1~2次的"活化"试验，试验必须按生产厂家规定的标准制度进行充放电，才能保证电池的有效率。作为使用维护者来说，是一个令人头痛的事情。由于镉镍电池有较硬的放电特性曲线，放电量达到80%时，电压下降也不明显。稍有疏忽，会造成电池过放电，出现极性反转而报废。由于直流屏是变电站设备中的重中之重，直接影响到变电站的安全运行。在"安全工作重于泰山"的环境下，很多单位都将直流屏列入日常必检项目进行考核。每日对180只（220V）电池进行补液，测量每只端电压，作记录，确实是一项既枯燥、又烦锁的事。如电池全部安装在柜内，还具有一定的危险。
2、密封铅酸蓄电池直流屏：
由于镉镍蓄电池维护量大，一种免维护密封铅酸蓄电池，简称阀控蓄电池或VRLA电池，开始得到广泛应用。因为是全密封电池，无须加水，这给维护带来很多好处的同时，也给观测和维护带来困难。"免维护"这一名词又给使用者带来认识上的误区，导致使用者放松对蓄电池的日常维护管理 。由于阀控蓄电池在我国问世只有十年左右，至今还没有成熟的制造、运行经验。去年在深圳召开的EVC会议，汇集国内蓄电池有关使用、制造的专家，总结了国内阀控蓄电池的制造、运行方面的经验，达成如下一共识：
2.1、阀控蓄电池的寿命：
厂家说明书将蓄电池的寿命标注为10、15、20年，是过分夸大了。无论进口、国产电池，实际使用后都证实了这一点。因而在说明书上标称5年比较适当；对于胶体蓄电池，如德国阳光、银彬方可用十年以上。另外厂家说明书上标注的寿命是有前提的，要在规定的运行温度，标准的充放电方式[包括负载大小] 下运行，实际上这些条件，只有在实验室才能达到。
2.2、影响阈控蓄电池寿命主要有如下几个因素：
A－阀控蓄电池寿命对温度十分敏感生产厂家要求电池运行环境温为15℃－25℃，当环境温度超过25℃后，每升高10℃电池寿命就要缩短一半，
例如：对5年期寿命的电池，当环境温度为35℃时，实际寿命只有2.5年，如果再升高10℃达到45℃时，其寿命只有约1.25年了。对于处在广大的华中、华南地区来说，全年平均气温超过25℃的时间将长达3个多月，加上安装阈控蓄电池的配电室，为防小动物入室，门窗都比较封闭，室内温度还要升高，对蓄电池的运行极为不利。
B－过度放电：
蓄电池被过度放电是影响蓄电池使用寿命的另一重要因素。这种情况主要发生在交流停电或充电模块损坏后，蓄电池组为负载供电期间。当蓄电池被过度放电到输出电压为零时，会导致电池内部有大量的硫酸铅被吸付到电池的阴极表面，形成电池阴极的"硫酸盐化"。由于硫酸铅本身是一种绝缘体，它的形成必将对电池的充、放电性能产生不好的影响。因此，在阴极板上形成的硫酸盐越多，电池的内阻越大，电池的充、放电性能就越差，其使用寿命就越短。
C-板栅的腐蚀与增长：
板栅腐蚀是影响蓄电池使用寿命的重要原因。在开路状态下，铅合金与活性二氧化铅直接接触，而且共同浸在硫酸溶液中，它们各自与溶液建立不同的平衡电极电位。正极栅板不断溶解，特别是在过充电状态下，正极由于析氧反应，水被消耗，H+增加，从而导致正极附近酸度增高，反栅腐蚀加速，如果电池使用不当，长期处于过充电状态，那么电池的栅板就会变薄，容量降低，会缩短使用寿命。
D-浮充电状态对蓄电池使用寿命的影响：
目前，蓄电池大多数都处于长期的浮充电状态下，只充电，不放电，这种工作状态极不合理。大量运行统计资料表明，这样会造成蓄电池的阳极极板钝化，使蓄电池内阻急剧增大，使蓄电池的实际容量(Ah)远远低于其标准容量，从而导致蓄电池所能提供的实际后备供电时间大大缩短，减少其使用寿命。
E-失水：
蓄电池失水也是影响其使用寿命的因素之一，蓄电池失水会导致电解液比重增加，电池栅板的腐蚀，使蓄电池的活性物质减少，从而使蓄电池的容量降低而导致其使用寿命减少。当失水5.5％时，容量降到75％；失水达到25％时，容量基本消失。
3、电解电容储能直流屏
二十世纪60-70年代，由于电解电容储能直流系统，投资小，维护量小，在110KV以下小型变电站得到广泛的应用。经过多年的运行暴露出一个致命的缺陷：由于储能电容的容量只有数千微法，事故分闸的可靠性差。在全国范围内造成多起事故。目前，这类直流系统面临更新改造阶段。
二、解决办法
针对以上直流屏存在的问题，能不能有一个更好的方案来解决？现在，由北京金正平科技有限公司开发出来的"超级电容器"，给人们解决直流屏存在的问题带来了曙光。
它是一种专门用于储能的特种电容，实现了电容量由微法向法拉级的飞跃，是一种理想的大功率物理电源。它不需要任何维护和保养，寿命长达10年以上，用它来代替老式电容储能硅整流直流屏，和蓄电池将产生革命性的进步。
该产品在世界上仅有美、日、俄少数国家才能生产。我国的技术水平接近俄罗斯，价格只是俄产的三分之一，并获得国家专利和1999年全国技术发明博览会金奖，填补了可进行大电流快速充放电的空白。推广该产品将会带来巨大的经济效益，引发相关应用领域的一次技术进步。
合闸次数
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
电容端电压v
245
240
235
230
225
220
215
210
203
197
190
185
175
170
163
155
共合闸15次，每次都合闸成功，考虑到从第9次开始电容端电压已降至额定电压-10%以下，可靠性变差，合闸速度变慢，剔除不算，因而可作如下结论：
电容充电至+10%额定电压时，可对CD-Ⅱ型电磁机构可靠合闸大于8次，每次合闸使电容端电压下降5V。
2、超级电容充电时间测试：
超级电容的初充电，如不加限流电阻，相当于发生短路。生产厂家推荐使用1000W碘钨灯作限流电阻，其冷态电阻较热态电阻小近10倍，符合电容电压上升后宜减小限流电阻的要求。以下试验数据均是串入1000W碘钨灯实测的数据。
第一次：用变电站直流电源充电：
时间（秒）
0
30
45
55
60
80
120
180
充电电流 (A)
4.5
3
2.5
2
1.8
1
本文关键字：变电站 电工文摘，电工技术 - 电工文摘
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