变电站站用二次电池比较

摘要：变电站直流系统主要采用铅酸蓄电池进行供电，铅酸蓄电池的特征是安全可靠，但是，该种电池存在很多致命的缺点，包括电压波动大、荷电保持率低以及性能指标受环境影响严重等，另外铅酸蓄电池的污染也是其被广为诟病的一个重要原因。随着电池技术的不断发展，不少新型绿色环保电池已经在技术上和经济性上达到和超越现有的铅酸蓄电池系统，本文根据变电站对电池的特殊需求，对各类电池进行技术经济比较，选择最适合变电站使用的电池系统。

关键词：变电站 绿色二次电池 铅酸蓄电池 直流系统

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）09（c）-0122-02

1 环境影响比较

随着我国经济的迅速发展，变电站的建设也越来越多，由于变电站站用电池系统要求的电压高、容量大，站内蓄电池的使用组数也特别多，因此这类设备对环境的影响应该引起重视。

目前变电站使用的二次电池以铅酸蓄电池为主，从环保的角度来看，铅酸蓄电池是对环境、人类健康危害最大的一种电池[1]。铅酸蓄电池的生产过程中会产生大量铅渣、铅尘、铅水等污染危害。

新型绿色二次电池则在生产、使用、回收全生命周期内保持低污染甚至无污染，以磷酸铁锂电池为例，磷酸铁锂电池不含任何重金属与稀有金属，在生产及使用全过程中均无毒、无污染，符合欧洲RoHS规定，通过了SGS认证，为典型的绿色环保电池，该电池也是国家重点支持和鼓励发展的项目[2]。

2 技术经济比较

下文根据变电站直流系统的负荷特征和特殊要求，以磷酸铁锂电池为例，对绿色二次电池和铅酸蓄电池在技术性能和经济指标方面的相关参数比较。

2.1 变电站直流系统的特殊要求

变电站的直流负荷主要包括控制、信号、测量和继电保护、自动装置等控制负荷等，负荷结构相对稳定，一般规模的220kV变电站，通常需要400Ah容量蓄电池，事故情况下的冲击放电电流约100A（1/4C），2h放电电流通常约50A（1/8C）。变电站设计相关规程规范要求蓄电池正常工作环境温度-10～+45℃；在环境温度20～25℃条件下，浮充运行寿命应不低于10年；蓄电池封置90天后，其荷电保持能力不低于85%；另外还需具有较强的耐过充能力。

2.2 电池放电特性

2.3 电池的温度特性

2.4 电池的电压特征

2.5 电池的浮充特性

变电站直流系统蓄电池长期处于浮充状态，蓄电池的浮充寿命直接决定蓄电池的使用寿命。铅酸蓄电池的浮充寿命对环境温度和浮充电电压等因素均十分敏感，差不多环境温度每升高10℃，蓄电池的浮充寿命会缩短一半；浮充电压每浮动5%，铅酸蓄电池的使用寿命也差不多将减半[5～7]。因此，据统计站内蓄电池的实际使用寿命往往不足标定浮充寿命的50%。磷酸铁锂电池的电解液是有机液体，即使电池长期处于间歇浮充状态，电池也几乎不产生气体，磷酸铁锂电池对浮充电压的选择也不敏感，其耐浮充性能优于铅酸蓄电池。我国某著名电池研究机构选择已经循环不少于300次的磷酸铁锂电池，用3.3V电压，在环境温度20℃条件下进行浮充，并静置90天之后，电池的平均容量保持率仍可达到96.8%[8]。

2.6 电池的经济性比较

铅酸蓄电池约1～1.5元/Wh，磷酸铁锂电池3～5元/Wh[9]，若仅从价格指数来衡量则磷酸铁锂电池单价较高；但磷酸铁锂电池循环寿命更长，约是铅酸蓄电池的4倍，其质量比能量和体积比能量均为铅酸蓄电池的3倍，因此，相同电压和容量下，磷酸铁锂电池重量更轻、占地更小，若计及电池更换产生的设计和施工等相关费用，以及空间资源占用产生的费用，并从全寿命周期来衡量则铅酸蓄电池比磷酸铁锂电池更经济。

3 结论

综上所述，在变电站直流系统中应用的蓄电池选择上，从技术性能分析部分绿色电池已经全面赶上或超过现阶段广泛使用的铅酸蓄电池；从经济指标看两类电池也已经非常接近，由于铅酸蓄电池污染严重，环境影响深远，对人类健康危害大，推荐采用绿色电池代替现有的铅酸蓄电池用于变电站的直流系统。

参考文献

[1]王金良，孟良荣，胡信国.我国铅蓄电池产业现状与发展趋势[J].电池工业，2011，16（2）：113-114.

[2]林良智，论无铅环保电池锌材料的产业化[J].现代农业装备，2011，8：53-56.

[3]林成涛，张宾一，陈全世，等.典型动力电池特性与性能的对比研究[J].电源技术，2008（11）：735-738.

[4]李哲，仝猛，卢兰光，等.动力型铅酸电池及LiFePO4锂离子电池的容量特性[J].电池，2009，39（1）：30-32.

[5]潘香英.阀控铅酸蓄电池早期容量衰减的研究[D].天津大学硕士学位论文，2007.

[6]术守喜，亓学广，陶鑫，等.阀控式密封铅酸蓄电池的寿命及失效分析[J].通信电源技术，2006，23（6）：63-65.

[7]唐明跃.环境温度对VRLA电池性能的影响[J].电信技术，2002（5）：38-40.

[8]程新群，等.化学电源[M].北京：化学工业出版社，2008.

[9]王金良，胡信国，孟良荣，铅蓄电池的比较优势和不足[J].电池工业，2011，16（3）：184-188.