变电站用浮充型铅酸蓄电池故障分析及失效模式讨论
陈凌宇，刘敏
（国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，杭州 浙江 310014）
铅酸蓄电池历经 160 余年发展，随着技术革新和产品更新换代，被广泛用于车辆、通讯设备、电信等诸多领域[1-4]。阀控式铅酸蓄电池诞生于 20世纪 70 年代，在失水方面采用采用不流动电解液（贫液式）设计[5-7]，在电池使用过程中免加电解液，避免酸泄露、排酸雾，可以降低电池外壳水蒸发、正极板栅腐蚀、安全阀使用频次[8]。除此之外，电池盖上方设置有单向排气的安全阀。当电池腔体内气压升高到一定阈值时，安全阀将自动开启，使气体排出到电池腔体外。随后安全阀自动关闭，从而防止电池内部空气的流入，可有效提高蓄电池使用寿命[9-10]。阀控式铅酸蓄电池应用于变电站供电领域，主要作为直流备用电源[11-13]，确保紧急情况下变电站可正常运行，因此使用过程中的寿命、稳定性、电源质量对系统整体运行安全起到至关重要的影响[14-15]。
变电站使用的阀控式铅酸蓄电池长期处于浮充状态，在补充蓄电池自放电损失的同时提供日常性负载电压，并维持电池内氧循环[16]。在浮充状态下，电池长期处于不稳定性状态可能导致电池极板内部发生不可逆的硫酸盐化，活性物质和板栅之间形成高电阻阻挡层，电池失水，以及板栅腐蚀加速等问题，将严重影响到使用寿命，从而引发电力事故[17]。目前，大部分电网系统内的蓄电池寿命仅为 5～6 a，远低于 10～12 a 的设计使用寿命，并且约占 10 % 的蓄电池组甚至使用不到 3 a 就出现失效问题[18]。因此，充分了解变电站用阀控式铅酸蓄电池存在的问题、使用过程中的失效模式及故障原因，具有极其重要的意义。
铅酸蓄电池失效一般分为化学性失效和物理性失效[19-22]。化学失效主要包括电池失水、正极板腐蚀、负极板硫化、热失控、负极板腐蚀等。物理失效则是由于电池使用不当造成外壳损伤、变形、极板断裂等。这类损伤是不可逆的。根据失效位置不同，失效模式可分为隔板失效、负极失效、正极失效、排气阀老化失效和电解液干涸失效等。研究失效位置所引起的失效模式将更有利于对 VRLA 的失效故障及失效模式进行全面分析。本文中，笔者以来源于温州白鹿变电站共 11 只故障铅酸蓄电池为试验样品进行拆解，对正负极板、正负极耳、正负汇流排进行腐蚀程度表征，从物理化学角度更深层次地剖析变电站用 VRLA 故障原因及失效模式。
在解剖电池前，检查故障电池样品的外观形貌，并...
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