牵引变电所直流系统故障分析及其对策

第１９卷第４期　郑州铁路职业技术学院学报　Ｖｏ１．１９　Ｎｏ．４　２００７年１２月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｄｅｅ．２００７　牵引变电所直流系统故障分析及其对策　陶乃彬　任军２　（　郑州铁路职业技术学院４５００５２　安康供电段７２３０００）　摘要：本文针对阳安线扩能新建牵引变电所直流系统故障情况，简要分析了直流蓄电池故障的原因，并提　出了防范措施和应急办法。　关键词：牵引变电所直流系统故障分析　牵引变电所在正常运行情况下，要求直流系统为设　酸。其运行方式为连续浮充电制，即蓄电池和硅整流充　备安全运行提供可靠的控制、保护、信号电源。在事故情　电装置并联供电，硅整流充电装置一方面向直流负荷供　况下。同样要求直流系统提供可靠的事故应急电源。因　电，另一方面向蓄电池进行小电流浮充电。当蓄电池事　此。对于牵引变电所来说，直流系统的安全可靠运行就显　故放电后或发现电池不均衡时，再进行均衡充电或补充　得尤为重要。汉中供电段等曾发生过由于直流系统故障　电。　而导致整个牵引变电所无控制、保护、信号电源长达１．５　１．充电工作原理　小时，严重干扰了牵引供电安全。为了防止因直流系统　蓄电池在充电时，在正极板上发生下列化学反应：　故障导致全所设备烧损事故的发生，我们结合有关资料　ＰｂＳ０４＋２Ｈ２０———　ＰｂＯ２＋Ｈ２ＳＯ４＋２Ｈ　＋２ｅ　统计，及时对汉中供电段近几年直流系统故障进行分析，　Ｈ２０　Ｈ　＋１／２０２＋２ｅ一　总结了一些引发故障较普遍的原因，并在实际生产中，采　在负极板上发生下列反应：　取了相应措施，取得了较好的效果。　ＰｂＳＯ４＋２Ｈ　＋２ｅ一—　Ｐｂ＋Ｈ２ＳＯ４　一、故障概况分析　２Ｈ　＋２ｅ　Ｈ２　２０００年安阳线扩能新建五个牵引变电所，自投入运　所以在充电状态下，总的化学反应如下式所示：　行以来，各牵引变电所直流系统相继发生多次故障。　２ＰｂＳＯ４＋２Ｈ２０　５Ｅ￣Ｐｂ＋２Ｈ２ＳＯ４＋ＰｂＯ２　经分析统计，直流系统故障主要是蓄电池故障，在五　所累计发生的１３次故障中，除一次充电机和蓄电池同时　这表明在充电时ｐｂＳＯ。分子析出ｓＯ：一离子，Ｈ：０分　故障以外，其余都是蓄电池内部断极、开路故障，累计有　离出氢离子２Ｈ　，ｓｏ：一和２Ｈ　在移动中化合成Ｈ　ｓｏ。分　３Ｏ个ｕＥ一１２／１００的蓄电池出现断极、开路现象，影响了　子。随着充电的进行，正负极板的活性物质ＰｂＯ　和绒状　正常供电。　Ｐｂ随之增加，在电解液浓度增加的情况下，电池的电压　＝、蓄电池的运行　升高。　阳安线扩能新建五所直流电渊装置均采用阀控密封　２．放电工作原理　式铅酸蓄电池。它是用铅（Ｐｂ）和二氧化铅（Ｐｂ０２）分别　蓄电池的放电过程与充电过程相反，即总的放电化　作为负极和正极的活性物质，以硫酸（Ｈ　ＳＯ。）水溶液作　学反应式如下：　为电解液的电池。在正常充放电运行中处于密封状态，　ＰｂＯ２＋Ｐｂ＋２Ｈ２ＳＯ４．￣２ＰｂＳＯ４＋２Ｈ２０　电解液不泄漏，也不排放任何气体，不需要定期加水或加　这表明在放电过程中，正极板上的ＰｂＯ　和负极板上　收稿日期：２００７—０４—１０　作者简介：陶乃彬（１９６３一）男，河北秦皇岛人，郑州铁路职业技术学院高级讲师。　任军（１９６８一）男，河南郑州人，安康供电段工程师。　２４　维普资讯 http://www.cqvip.com

的绒状Ｐｂ与稀硫酸的电解液起化学反应　在极板上形成　导电的ＰｂＳＯ　，并析出Ｈ：Ｏ。当电解液中的水随放电进　浮充电压势必造成电池的过充或欠充，导致电池受损。　４．浮充电压、电流的影响。由于牵引变电所交流电　压受牵引负荷的影响，电压波动较大，波动范围多在１８０　—行而增加，电解液密度随之降低，电池内阻增加，内电动　势下降，使端电压下降。　在放电过程中，电池极板上产生硫酸铅，它不仅导致　蓄电池内阻增加，而且还会堵塞极板的孔穴，阻碍浓度较　大的电解液向极板内部扩散。当电池在小电流放电时，　水及硫酸铅的形成较为缓慢，电解液中浓度较大的酸容　２４５Ｖ之间，导致浮充电压波动范围大。持续过高的浮　充电压会造成浮充电流增大而使蓄电池过充，加速电池　极板腐蚀，同时还会加速水的蒸发，导致电解液干涸，使　蓄电池的寿命大大降低或损坏电池。当浮充电压过低　时，浮充电流也相应降低，难以弥补电池自放电损失的容　量，使电池容量下降，电解液导电率下降，内阻增大，两极　易扩散到极板孔穴中，因而电动势和内阻变化不显著，端　电压下降也较缓慢。但大电流放电时，极板孔穴中的酸　很快被消耗掉，而电解液中浓度较大的酸向极板内部扩　散较慢，从而导致内电动势下降，而内阻急剧升高，端电　压迅速下降。实质上，大电流冲击放电时，并没有真正把　电池的容量全部放掉，只是放掉一部分，端电压下降仅是　一个暂时现象，在停止放电或转为小电流放电后，极板孔　穴中酸的浓度由于扩散作用将得以恢复，且内阻下降，端　电压回升，并使电池的容量得到相应的恢复。　三、蓄电池故障原因分析　通过对蓄电池故障现象和蓄电池充放电运行过程的　分析，我们认为造成蓄电池故障的原因有以下几点：　１．蓄电池电解液层化问题。蓄电池在充电时，较重　的电解液向底部沉降，放电时较轻的电解液浮向顶部，这　种在充放电过程中电解液按密度分层分布的现象叫做层　化。电解液层化将使蓄电池极板和不同密度的电解液交　界面上形成不同的电位，造成蓄电池自放电增加，导致温　升、极板腐蚀和水损耗加剧，影响蓄电池的寿命。　２．热失控的影响。对于阀控式密封铅酸蓄电池来　说，其本体性能应符合四个要求：（１）电池电压的分散性　要小，一组电池在充电过程中任意两个电池之间端电压　差不大于０．１３５Ｖ；（２）在较高的环境温度下，要求较低浮　充电压，且浮充电流要小。如ＵＥ－－１００／１２Ｖ型单个电池　组成的２２０Ｖ电池组，其浮充电流一般在２—３Ａ；（３）电　池本体热容量要大；（４）热消散能力强，而水分蒸发量要　小。由于蓄电池制造工艺、技术手段等因素影响，使其本　体性能达不到要求。在运行过程中，若大量过充或浮充　电压过高，导致充电电流增加，而电流增大、温度升高使　蓄电池导电率增大，又促使充电电流进一步提高。这样　反复循环，将出现热失控现象，使电池过热而受损。　３．蓄电池充电方式的影响。对于正常浮充电运行的　蓄电池，要求其浮充电压维持不变。但从蓄电池固有特　性来看，环境温度变化引起电解液温度变化，温度升高使　电解液导电率增大，在同一浮充电压下浮充电流也增加，　反之就减小。另外，同一组蓄电池中各个电池的自放电　率不同，尤其是旧电池的自放电率约是新电池的２—３　倍，且电池组中可能存在个别落后的电池。这样，不变的　板间活性物质中不能复原的硫酸盐增加，导致蓄电池受　损。　５．蓄电池运行环境的影响。蓄电池在充电过程中，　由于一系列的化学反应，使电池本身发热。若蓄电池室　或蓄电池柜通风不好，环境温度过高，使电池的散热效率　低，导致电池水分蒸发。而阀控密封蓄电池损失后的水　分又无法添加，使电解液干涸而损坏电池。　四、防范措施　１．监测蓄电池浮充电压、电流值。各牵引变电所值　班人员除监视蓄电池的母线电压、充电电流等运行参数　以外，规定值班人员每天交接班时，用万用表分别测量单　个电池及整组电池电压的方法来判断电池状态。现以　ＵＥ￣１００／１２Ｖ型单个电池组成的２２０Ｖ电池组在浮充电　状态为例，单个电池前后两次测量的电压波动范围为最　高电压不大于１４Ｖ，最低电压不小于１２．３ｖ，一般应在　１３．３８—１３．６８Ｖ之间，且整组电池电压不得大于２５３Ｖ。　若测量中发现某个电池电压波动较大或为全电压，说明　该电池容量不足或内部断极，应补充容量或更换电池。　２．定期改变蓄电池的充电方式。在以上的原因分析　中，我们明显看出连续浮充电会损坏蓄电池。所以，我们　采用每一季度对蓄电池进行一次均衡充电，有效弥补浮　充电造成的蓄电池容量亏损，提高蓄电池组单体电池电　压的均衡性，防止极板上不能还原的硫酸铅（ＰｂＳＯ４）的　积累。由于阀控密封式铅酸蓄电池无法用观察密度、冒　气、颜色等物理现象来判定充电终期，而是用充电电压或　充电电流来判定。当充电电流降至最小值且连续３小时　稳定不变，即认为充电结束。　３．定期进行核对性充放电，检查蓄电池组的剩余容　量。每年对各所两组蓄电池进行一次核对性充放电，检　查其剩余容量是否符合要求。放电深度对蓄电池安全运　行有很大影响，过放电会降低电池寿命，所以要正确判断　蓄电池的放电终期。当整个蓄电池组放出容量在额定容　量的８５％以上，且整组电池电压不低于１９２．５Ｖ，电压不　符合标准（标准为≥１０．５Ｖ）的电池数量不超过该组数量　的５％，说明该组电池容量符合要求。　４．改变蓄电池的运行环境。将蓄电池室的门窗或蓄　２５　维普资讯 http://www.cqvip.com 电池柜的门经常打开，保证通风良好，必要时安装空调，　常的电池重新组合成一组，连接好连线，并合上相应的充　提高蓄电池的散热效率，使蓄电池室的环境温度保持在　电机开关，即可恢复正常工作。　＋ｌ０℃一＋３０℃范围内，以防止蓄电池水分蒸发严重而　５．两台充电机和两组蓄电池同时故障时，应断开充　损坏电池。　电机、电池及交流开关。在电池放电开关上接上负荷（放　五、应急措施‘　电器或电炉）后，逐个测量单个电池的电压，确定其好坏　针对我段五所蓄电池故障频率较高的情况，并结合　后，将两组蓄电池中正常的电池重新组合成一组，用电缆　直流系统中蓄电池的充电运行原理，制定了相应的应急　一端接至该组电池放电开关下方，另一端接至中央信号　措施。　盘后１ＤＫ下方（接线前应断开１ＤＫ，并确认电源正、负极　１．两组蓄电池中任何一组出现异常时，应合上另一　性），然后断开２ＤＫ，合上３ＤＫ。这样，直接由临时蓄电池　组蓄电池开关，使其投入运行，同时断开异常蓄电池组的　组供出直流电源，此电源只能作为控制、信号电源，无合　充电开关和输出开关，使其从直流系统中撤除。　闸电源，此时断路器的合闸和电动隔离开关的分合闸均　２．两台充电机中任何一台发生故障时，应合上另一　须手动操作。　台充电机开关，同时断开故障充电机开关，使另一台充电　六、结束语　机正常工作。　从２００３年初开始，该段采取了上述相应措施，在核　３．两台充电机和两组蓄电池中出现一组电池和一台　对性充放电过程中，发现了３组蓄电池的容量只有５０％，　充电机故障时，应合上两台充电机间相互切换的开关，再　且这３组电池的电压波动较大，我们对这３组电池进行　合上相应的蓄电池开关，断开出现故障的充电机和蓄电　了整组更换。近两年来蓄电池故障只有３件，较前两年　池，保证一台充电机和一组电池工作正常。　ｌ０件相比显著减少，表明采取的措施有效。随着对上述　４．两组蓄电池组均发生故障时，应断开充电机给蓄　措施的继续落实和不断完善，将会收到更好的效果。　电池浮充电的开关，使充电机直接供给直流负荷。然后　［责任编辑：黄玉田］　在电池放电开关上接上负荷，逐个测量单个电池的电压，　确定其好坏后，将两组蓄电池（新旧程度基本相同）中正　（上接第２３页）即实行了“一纸开卷”考核方法。“一纸　卷”考核方式能兼顾到所有的学生。平时学习认真的学　开卷”考核方式与以往的“开卷”考试有很大不同，“一纸　生掌握知识较好，用“一纸开卷”没有很明显的作用。但　开卷”是指在考试开始前两天由系里统一发给学生每人　平时学习不认真的学生用“一纸开卷”则很好的弥补了　试卷纸，课下学生可以把书本中的知识进行总结，并归纳　知识掌握不太牢固的不足。从而加强了这类学生的总结　到空白纸上。考试的时候允许带进考场作以参考（考前　能力，这样就会无形中缩小了学生的两极分化。但由于　任课教师不得讲解考试范围）。考试结束后与试卷一起　客观上的原因，此次考核还有不足之处，如：学生刚接触　上交，教师根据学生总结的内容情况给予一定的分数，学　此种考试方法，对知识总结的内容和过程存在很大不足，　生最后总的成绩是试卷成绩和自己总结知识的成绩两者　缺乏系统性。　之和。　五、“一纸开卷”考核的意义　四、考核效果分析　社会在不断的发展，社会需求对人才素质的要求也　就试行的班级来看，实行“一纸开卷”考核方法能调　越来越全面。现在的教学已不是简单的理论教学，而是　动学生学习思考的主动性，能培养学生认真看书并总结　注重教学与实践的统一。教学内容和教学形式上都作了　所学要点的积极性。这种主动学习和总结的过程无形中　些改革，即：增加实验、实训课，使实践与理论相结合。作　就提高了学生的学习能力，从而达到教学改革的目的。　为检验教学成果的考核方法的改革（实行“一纸开卷”）　例如：考试过后从实行“一纸开卷”考核方法的班级的成　在无形中促进和推动教学改革，使学生由被动学习变为　绩来看，处在中等偏上的学生成绩明显增多，不及格的人　主动学习，使学生的综合能力得到进一步的提高，避免了　数明显减少。另外通过对试行“一纸开卷”的班级进行　学生进行单纯的为应付考试的学习，对学生学习及以后　学生反馈信息的了解，发现大部分学生认为“一纸开卷”　工作都具有十分重要的意义。　考核方式能体现高等职业技术学院的特点，能更好的发　［责任编辑：赵伟］　挥学生的潜力和学生学习的主动性，能更切实的把学校　教学与社会需求相结合。还有一部分学生认为“一纸开