【摘要】“前车之鉴，不忘后事之师”，本文通过一起对蓄电池组核容放电时的燃烧故障进行分析，举一反三，提出改进措施，确保直流系统蓄电池的安全、可靠运行。
【关键词】电力系统；直流系统；蓄电池；故障；
1 引言
电力系统中的直流电源部分由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成。蓄电池作为直流系统中的储能元件，是系统可靠运行的核心部件，蓄电池组的安全与稳定运行关系到直流系统的安全。
2 蓄电池燃烧事故介绍
220kV某变电站蓄电池室是设计在主控室楼首层的一间小室，蓄电池组由108只铅酸蓄电池串联组成在4个屏柜内，单只2V，500Ah，此组电池是在2005年安装，安装后经核容测试正常，在2年多的运行期间出现多只蓄电池故障。2007年9月9日，调试班施工人员在办理工作票后进行蓄电池组核容试验，9时30分开始对电池组放电，下午13时10分发生了蓄电池燃烧，4个屏柜内全部烧毁，未造成其他设备、电缆损伤和人员伤亡。
核容放电时布置见蓄电池室内布置平面图（图一），靠大门的电池屏及靠窗户的电池屏的前门都打开，电池室门窗打开进行通风。放电用的负载是智能蓄电池组容量放电测试仪，与电池组相连的方式是夹接，线径为10mm2多股软铜线，放电电流恒定控制在50A，从放电开始至发生燃烧时共放电3小时。
（图一 蓄电池室内布置平面图）
3 事故技术分析
3．1铅酸蓄电池的工作原理：
3.1.1、铅酸蓄电池电动势的产生：
1)铅酸蓄电池充电后，正极板是二氧化铅（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化铅与水生成可离解的不稳定物质—氢氧化铅（Pb（OH）4），氢氧根离子在溶液中，铅离子（Pb）留在正极板上，故正极板上缺少电子。
2)铅酸蓄电池充电后，负极板是铅（Pb），与电解液中的硫酸（H2SO4）发生反应，变成铅离子（Pb 2），铅离子转移到电解液中，负极板上留下多余的两个电子（2e）。
3)在未接通外电路时（电池开路），由于化学作用，正极板上缺少电子，负极板上多余电子，两极板就产生了一定的电位差，产生电池的电动势。
3.2铅酸蓄电池放电过程的电化反应
3.2.1化学反应式为：
正极PbO2+H2SO4+2H++2e- PbSO4+2H2O
负极 Pb+H2SO4 PbSO4+2H++2e-
3.2.2铅酸蓄电池放电时，在蓄电池的电位差作用下，负极板上的电子经负载进入正极板形成电流（I。）同时在电池内部进行化学反应。
3.2.3负极板上每个铅原子放出两个电子后，生成的铅离子（Pb 2）与电解液中的硫酸根离子（SO4ֿ²）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。
3.2.4正极板的铅离子（Pb 4）得到来自负极的两个电子（2e）后，变成二价铅离子（Pb 2）与电解液中的硫酸根离子（SO4ֿ²）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。正极板水解出的氧离子（Oֿ²）与电解液中的氢离子（H ）反应，生成稳定物质水。
3.2.5电解液中存在的硫酸根离子和氢离子在电力场的作用下分别移向电池的正负极，在电池内部形成电流，整个回路形成，蓄电池向外持续放电。
3.2.6放电时H2SO4浓度不断下降，正负极上的硫酸铅（PbSO4）增加，电池内阻增大（硫酸铅不导电），电解液浓度下降，电池电动势降低。
从铅酸蓄电池放电后电解液的变化可以看出，铅蓄电池放电时，电解液中的硫酸不断减少，水逐渐增多，溶液比重下降。在放电过程中是不会产生气体和大量的热量，不会产生易燃易爆的氢气、氧气，在放电时由于没有气体和热量产生，所以蓄电池不会产生燃烧。
3．3对蓄电池连接按照电路图（图二）计算如下：
（图二 电路图）
由于放电负载是夹接在电池组的不锈钢螺丝头上，容易导致连接不良，且不锈钢导电性不良，造成接触电阻过大，当流过50A的电流时。
3.3.1、电池组电压为220V、电流为50A，
则：放电仪假负载=220/50=4.4Ω。
3.3.2、放电仪假负载最小工作电压为180 V（低于180 V放电仪自动断开）、电流保证为50A，
则：最小电阻：180/50=3.6Ω。
3.3.3、假定放电线缆接在不锈钢螺丝上，接触不良
则：落在螺丝上的压降最大为：220-50×3.6=40V；
产生的最大功率消耗为：P=UI=40×50=2000W
3.3.4、由于不锈钢导电性不良，造成接触电阻过大，当流过50A的电流时，产生了大量的热量，而螺丝为φ10×30，散热系数差，螺丝的温升很高，致使接触点发热，大量热量通过电池极导体进入电池内部，最终起火燃烧。
3.3.5蓄电池外壳不符合阻燃要求。（蓄电池外壳属于难燃材质与厂家招投标时提供的材质技术文件不符）
从以上原因分析可知：由于蓄电池放电接触不良，致使接触点发热，大量热量通过电池极导体进入电池内部，最终起火燃烧。单个电池起火燃烧后，由于电池外壳不符合阻燃要求相邻电池也跟着起火燃烧，导致整组电池组全部烧毁，是故障进一步扩大的原因。
4．采取的改进措施
4．1严把蓄电池定货质量
4.1.1、在蓄电池采购的过程中或设备采购或招投标过程中进行把关，明确提出蓄电池外壳材质必须符合阻燃或不燃性能要求。
4.1.2、在蓄电池选型和采购的过程中，要充分了解厂家的生产工艺、制造流程和质量控制手段，以及技术特点等，必要时可要求在厂家进行首次容量实验，以筛选差异较小的蓄电池。
4.1.3、合理选择充电设备。由于开关电源具有实时监控和智能化管理功能，能使密封电池时刻工作在最佳状态下，所以要选用高质量的开关电源作为充电设备。
4．2加强安装质量控制
4.2.1、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。
4.2.2、在安装过程中设置材质试验（检验）文件见证点（W），在蓄电池进场安装前明确要求厂家提供蓄电池材质的材质试验（检验）报告，安装过程中按照批量抽取一定数量进行检测。
4.2.3、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使用相应的力矩扳手打紧到相应的力矩值。
4.2.4、在安装中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。
4.2.5、在核容放电时，必须保证电缆线和线夹有足够的载流量与电池连接紧固，接触良好，螺栓连接应使用力矩扳手打紧到相应的力矩值（见钢制螺栓的紧固力矩值）。在做充/放电试验过程中作业人员必须全过程进行监控，建议配备红外线测温仪，定时对导线及蓄电池连接片接线端进行温度检测，及时了解接线端的温度变化。
4.2.6、因为蓄电池在充放电过程中，会使蓄电池连接条膨胀松动，导致螺丝与连接条片不能有很好的接触，因此新安装的蓄电池先要紧固，在完成充/放电测试后，再使用相应的力矩扳手打紧到相应的力矩值（见钢制螺栓的紧固力矩值）。
4.3重视蓄电池的运行工作温度
4.3.1、工作温度是影响蓄电池使用寿命的一个决定性因素，对照生产厂家提供的温度／寿命特性表，可以看出当环境温度超过25℃后，每升高10℃电池寿命几乎就要缩短一半。
4.3.2、环境温度对蓄电池的放电容量、寿命、自放电、内阻等方面都有较大影响，蓄电池在投入使用后一段时间会因自身性能下降或机房温度过高和在充、放电过程中产生大量的热量，这些热量如来不及扩散使温度剧增，就会形成热失控，导致蓄电池鼓包、漏液和毁损。
因此电池室一定要保证空调设备的正常运行，温度控制在适宜的电池运行环境温度20℃－25℃。
4.3.3采用技术手段加强监视，如使用蓄电池在线监测装置，实时监测蓄电池工作状态。对无人值班变电所还应当将采集的信息送到监控中心，出现异常情况及时报警，尽早处理。
5 结束语
“智者用经验防止事故，愚者用事故总结经验”，从事故中知道安全的可贵，从事故中吸取安全的教训。透过这起故障的原因分析，让大家成为一名智者，在工作的实际过程中采取有效的防范措施，加强对蓄电池的安装、调试、运行、维护、检修的管理，共同筑起电力系统的安全防线。
参考文献：
1、《铅酸蓄电池分析与检测技术》，作者：陈红雨，由化学工业出版社出版。
2、《实用蓄电池手册》，作者:桂长清等，由机械工业出版社出版。 |
