1、故障現(xiàn)象

位于河北壩上滿井風(fēng)電場的GE1.5Sle風(fēng)機(jī)采用SSB公司設(shè)計(jì)的電動(dòng)変槳系統(tǒng)，進(jìn)入冬季后，風(fēng)機(jī)組頻繁報(bào)警133，134，133Batterygingrotorbladedrive變槳驅(qū)動(dòng)電池存電、134BatterygingvoltagenotOK，電池充電電壓不正常。系統(tǒng)報(bào)警后，風(fēng)機(jī)停機(jī)進(jìn)行充電檢測，充電檢測正常后，風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

133、134故障報(bào)警隨著季節(jié)的變化，在天氣寒冷的秋季、冬季發(fā)生的頻率明顯增多，頻繁的停機(jī)自檢，已經(jīng)影響到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可利用率等指標(biāo)，并且嚴(yán)重影響風(fēng)場業(yè)主的經(jīng)濟(jì)效益。

133、134故障報(bào)警頻繁發(fā)生，在沒有安裝北京子木智能科技有限公司供應(yīng)的變槳蓄電池在線監(jiān)測均衡系統(tǒng)之前的處理方式：更換全部變槳蓄電池組，故障消失。通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，新電池組在使用3、4個(gè)月以后，故障現(xiàn)象又重新出現(xiàn)。風(fēng)場業(yè)主為確保設(shè)備運(yùn)行安全只能頻繁更換蓄電池組。

以5W風(fēng)場為例，按在沒有技改之前的處理方式，現(xiàn)在90%風(fēng)機(jī)蓄電池一年需更換一次，一臺風(fēng)機(jī)要1.3萬的變槳電池組，5W風(fēng)場30臺風(fēng)機(jī)要費(fèi)用39萬。一臺風(fēng)機(jī)停機(jī)存電自檢要1H時(shí)間，5W風(fēng)場一天因風(fēng)機(jī)停機(jī)存電自檢而出現(xiàn)的發(fā)電量損失大約為13.5萬千瓦時(shí)。

在變槳蓄電池組在線監(jiān)測、均衡系統(tǒng)技術(shù)改造完成后，不僅防止了大量變槳電池組被無故障頻繁更換;而且減少了風(fēng)機(jī)誤報(bào)警停機(jī)自檢時(shí)間，使得風(fēng)電機(jī)組有效利用率大幅提升，以及經(jīng)濟(jì)效益的明顯改善與提高。

2、故障原因分析

在安裝北京子木智能有限公司供應(yīng)的變槳蓄電池在線均衡監(jiān)控系統(tǒng)后，通過仔細(xì)查看與核對變槳蓄電池在線監(jiān)測采樣數(shù)據(jù)及相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)突出問題：

2.1.1、引發(fā)133故障的原因有1、蓄電池老化，處理老化只有更換蓄電池組。

2.1.2、蓄電池欠存或者過存，處理欠存和過存在蓄電池上加入電壓均衡條(注釋：GE1.5Sle風(fēng)機(jī)SSB變槳系統(tǒng)使用為1組電池6支單電池組合而成，風(fēng)機(jī)總用6組蓄電池)以1組蓄電池為例作以說明：蓄電池沒有均衡條存電時(shí)每支電池存電時(shí)電壓大小不等，所以每支蓄電池有不同程度的欠存或者過存，縮短蓄電池的壽命和使用率。

2.2.1、變槳蓄電池組存在過充電、過放電等狀況;

2.2.2、在風(fēng)機(jī)報(bào)134故障前的時(shí)刻，變槳蓄電池組開路電壓等數(shù)據(jù)正常，從監(jiān)控系統(tǒng)供應(yīng)的變槳電池的放電曲線末端數(shù)據(jù)計(jì)算分析，整組蓄電池組中沒有性能落后的蓄電池。

2.2.3、134報(bào)警頻繁的風(fēng)電機(jī)組，頻繁進(jìn)行充電、放電(變槳測試)，且收槳(放電)間隔時(shí)間成縮小趨勢，蓄電池不能保證滿充狀態(tài)，導(dǎo)致電池開路電壓低，電池狀態(tài)不滿足系統(tǒng)需求。

2.2.4、134頻繁報(bào)警，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)和滿功率發(fā)電。

蓄電池組充電電壓過高;過壓充電不能使蓄電池快速充電，且過壓充電會導(dǎo)致蓄電池內(nèi)部板柵加速腐蝕。

外界環(huán)境溫度低，蓄電池充電慢;每45分鐘一次，每次15分鐘的充電循環(huán)，無法對蓄電池進(jìn)行完全充電。

每次變槳測試，都是一次蓄電池深度放電，外界溫度低蓄電池充電速度下降，蓄電池長期處于未充滿狀態(tài)；蓄電池組整組開路電壓數(shù)據(jù)正常，134報(bào)BatterygingvoltagenotOK即蓄電池充電電壓不正常，要依據(jù)在線監(jiān)測結(jié)果(即完全掌握蓄電池使用狀況)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

3、蓄電池故障機(jī)理

3.1蓄電池工作原理

閥控式密封鉛酸蓄電池的工作原理，基本上沿襲于傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池，它的正極活性物質(zhì)是二氧化鉛(PbO2)，負(fù)極活性物質(zhì)是海綿狀鉛(Pb)，電解液是稀硫酸(H2SO4)，其電極反應(yīng)方程式如下：

正極：PbO2+H2SO4+2H++2e-←→PbSO4+2H2O

負(fù)極：Pb+H2SO4←→PbSO4+2H++2e-

整個(gè)電池反應(yīng)方程式：Pb+PbO2+2H2SO4←→2PbSO4+2H2O

普通的鉛酸蓄電池在充電過程中，正極析出氧氣，負(fù)極析出氫氣：

正極：H2O→1/2O2+2H++2e-

負(fù)極：2H++2e-→H2

3.2從上面反應(yīng)式可看出，充電過程中存在水分解反應(yīng)，當(dāng)正極充電到70%時(shí)，開始析出氧氣，負(fù)極充電到90%時(shí)開始析出氫氣，由于氫、氧氣的析出，假如反應(yīng)出現(xiàn)的氣體不能重新復(fù)合利用，電池就會失水。

電池的工作過程是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)要出現(xiàn)熱量，失水是電池散熱的一種方式。

3.3電池失效機(jī)理

3.3.1電池失水

鉛酸蓄電池失水會導(dǎo)致電解液比重增高、導(dǎo)致電池正極柵板的腐蝕，使電池的活性物質(zhì)減少，從而使電池的容量降低而失效。

鉛酸蓄電池密封的難點(diǎn)就是充電時(shí)水的電解。當(dāng)充電達(dá)到一定電壓時(shí)(一般在2.30V/單體以上)在蓄電池正極上放出氧氣，負(fù)極上放出氫氣。一方面釋放氣體帶出酸霧污染環(huán)境，另一方面電解液中的水分減少，必須隔一段時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)加水維護(hù)。

閥控式密封鉛酸蓄電池均加有濾酸墊，能有效防止酸霧逸出。但密封蓄電池不逸出氣體是有條件的，即：電池在存放期間內(nèi)應(yīng)無氣體逸出；

充電電壓在2.35V/單體(25℃)以下應(yīng)無氣體逸出(25℃時(shí)，12V電池充電電壓14.1V以下無氣體逸出)；

放電期間內(nèi)無氣體逸出。

但當(dāng)充電電壓超過2.35V/單體時(shí)就有可能使氣體逸出。因?yàn)榇藭r(shí)電池體內(nèi)短時(shí)間出現(xiàn)了大量氣體(氫氣、氧氣)來不及被負(fù)極吸收，壓力超過某個(gè)值時(shí)，便開始通過單向排氣閥排氣，排出的氣體雖然經(jīng)過濾酸墊濾掉了酸霧，但必竟使電池?fù)p失了氣體(水)，所以閥控式密封鉛酸蓄電池對充電電壓的要求是非常嚴(yán)格的，不能造成過充電。

變槳蓄電池組所使用電池(Pansonic、LC-P127R2P1、12V、7.2AH)單只電池充電電壓不應(yīng)該高于14.1V(2.35V*6=14.1V)，高于14.1V充電將導(dǎo)致電池有氣體逸出，電池失水、電解液比重增高，正極柵板腐蝕，電池的活性物質(zhì)減少，電池的容量降低而失效。

在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)已經(jīng)監(jiān)測到的充電電壓值達(dá)到16.26V，超過鉛酸蓄電池充電電壓上線的1.15倍，勢必加速電池容量降低、加速電池失效。

3.3.2正極板腐蝕

由于電池失水，造成電解液比重增高，過強(qiáng)的電解液酸性加劇正極板腐蝕，使正極板孔隙率增高，電解液相對變少，極板活性物質(zhì)變少，電池容量變低。防止極板腐蝕必須注意防止電池失水現(xiàn)象發(fā)生。

變槳蓄電池組也存在正極板腐蝕。過高的充電電壓導(dǎo)致電池失水，一定會引起正極板腐蝕。

電池流液現(xiàn)象正是因?yàn)槌潆婋妷焊叩脑蛞鸬摹?/p>

3.3.3負(fù)極板硫酸化

電池負(fù)極柵板的重要活性物質(zhì)是海棉狀鉛，電池充電時(shí)

負(fù)極柵板發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：PbSO4+2e=Pb+SO4-,

正極上發(fā)生氧化反應(yīng)：PbSO4+2H2O=PbO2+4H++SO4-+2e,

放電過程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是這一反應(yīng)的逆反應(yīng)，當(dāng)閥控式密封鉛酸蓄電池的荷電不足時(shí)，在電池的正負(fù)極柵板上就有Pb存在，PbSO4長期存在會失去活性，不能再參與化學(xué)反應(yīng)，這一現(xiàn)象稱為活性物質(zhì)的硫酸化，硫酸化使電池的活性物質(zhì)減少，降低電池的有效容量，也影響電池的氣體吸收能力，久之就會使電池失效。

為防止硫酸化的形成，電池必須經(jīng)常保持在充足電的狀態(tài)，防止欠充。

蓄電池因充電不足，會導(dǎo)致電池負(fù)極柵板上硫酸化，即負(fù)極板被PbSO4(鹽，活性差)覆蓋，影響負(fù)極柵板化學(xué)反應(yīng)，負(fù)極柵板活性下降，導(dǎo)致電池失效。

3.3.4熱失控

熱失控是指蓄電池在恒壓充電時(shí)，充電電流和電池溫度發(fā)生一種累積性的增強(qiáng)用途，并逐步損壞蓄電池。造成熱失控的根本原因是：

普通富液型鉛酸蓄電池由于在正負(fù)極板間充滿了液體，無間隙，所以在充電過程中正極出現(xiàn)的氧氣不能到達(dá)負(fù)極，從而負(fù)極未去極化，較易出現(xiàn)氫氣，隨同氧氣逸出電池。

閥控鉛酸蓄電池因?yàn)椴荒芡ㄟ^失水的方式散發(fā)熱量，VRLAB電池過充電過程中出現(xiàn)的熱量多于富液型鉛酸蓄電池。較易發(fā)生熱失控。

浮充電壓應(yīng)合理選擇。浮充電壓是蓄電池長期使用的充電電壓，是影響電池壽命至關(guān)重要的因素。一般情況下，浮充電壓定為2.23V/單體(25℃)比較合適。假如不按此浮充范圍工作，而是采用2.35V/單體(25℃)，則持續(xù)充電4個(gè)月就會出現(xiàn)熱失控;或者采用2.30V/單體(25℃)，持續(xù)充電6~8個(gè)月就會出現(xiàn)熱失控;要是采用2.28V/單體(25℃)，則持續(xù)12~18個(gè)月就會出現(xiàn)嚴(yán)重的容量下降，進(jìn)而導(dǎo)致熱失控。熱失控的直接后果是蓄電池的外殼鼓包、漏氣，電池容量下降，最后失效。

以變槳蓄電池組為例：

附表-6Pansonic型號：LC-P127R2ST112v(由6只單體電池串聯(lián))7.2AH

如附表-6所示，出現(xiàn)熱失控的時(shí)間，會隨著充電電壓的增高而縮短。若變槳電池組長期處于過充狀態(tài)，熱失控出現(xiàn)的時(shí)間會更快，這也風(fēng)場業(yè)主在更換變槳蓄電池組之后，2、3個(gè)月后就出現(xiàn)電池鼓脹、漏液等現(xiàn)象。

另外，風(fēng)電機(jī)組安裝在野外，變槳電池組在風(fēng)機(jī)輪轂中，夏季輪轂中溫度高，不利用熱失控電池散熱。現(xiàn)有變槳電池組結(jié)構(gòu)致使電池散熱能力差，這也是加速電池?fù)p壞的另一個(gè)因素。

4、解決方法

4.1變槳電池組蓄電池存在過充的狀況

風(fēng)場變槳蓄電池組所使用的閥控鉛酸蓄電池，在充電過程中，因電池個(gè)體差異性(極化電阻不均衡)，整組電池關(guān)于充電的接受能力不同，導(dǎo)致過充電現(xiàn)象。整組電池中部分電池處于一直吃不飽的狀態(tài);部分電池不得不接受高電壓充電(因充電總電壓不變)，從而出現(xiàn)過充，處于一直撐飽了。長期的過充，是導(dǎo)致電池?fù)p壞加速。

通過對蓄電池技術(shù)改造以后，并且依據(jù)檢測數(shù)據(jù)對電池存電器進(jìn)行調(diào)節(jié)后使電池的存電電壓符合蓄電池的存電要求，提高存電時(shí)應(yīng)電壓過高或者過低對電池造成致命損壞。

4.2蓄電池存在個(gè)體差異、上塔前沒有進(jìn)行整組均衡

變槳電池組在初次使用前，應(yīng)對電池進(jìn)行至少3次核對性充放電及電池組均衡，防止因電池極化電阻不同而引起的接受充電能力不均衡的現(xiàn)象出現(xiàn)，從而防止蓄電池組電池過充、欠充、熱失控的危害出現(xiàn)。

在蓄電池組安裝前，對蓄電池組進(jìn)行整組均衡，也就是同過儀器對蓄池進(jìn)行檢測，確保電池和內(nèi)阻和電壓都處于以個(gè)正常值的范圍，并且每組電池中的每小支性能一致、接近的電池用于同一臺風(fēng)機(jī)。使蓄電池的使用時(shí)間和出力都達(dá)到最大化。

4.3現(xiàn)有變槳電池組結(jié)構(gòu)不利用電池散熱，熱失控電池?fù)p壞加速

進(jìn)口變槳電池組與國產(chǎn)變槳電池組都考慮到電池組固定緊密，防止松動(dòng)，從而在結(jié)構(gòu)上采取粘連的方式固定電池。進(jìn)口電池組在生產(chǎn)工藝上優(yōu)于國產(chǎn)電池組，電池間保留了很小的縫隙，用環(huán)氧樹脂進(jìn)行粘連;國產(chǎn)電池組在生產(chǎn)工藝上明顯不足，電池間基本沒有間隙，且采用普通膠進(jìn)行粘連。進(jìn)口與國產(chǎn)電池組為了降低電池組重量，在固定鐵架底部都采用復(fù)合紙板對電池進(jìn)行承托用途，這完全不利用電池散熱，導(dǎo)致電池組散熱能力下降，電池?zé)崾Э貙?dǎo)致電池?fù)p壞。

采用導(dǎo)熱能力優(yōu)于鐵質(zhì)材料3倍的鋁合金材料制作的電池架，提高電池散熱能力，新型電池架可以方便更換單支蓄電池，且可以重復(fù)使用。提高蓄電池散熱、便于更換、循環(huán)利用，降低電池組備件成本，重復(fù)利用電池架和更換每支蓄電池的便捷，提高工作系效率和降低備品備件費(fèi)用。

4.4變槳電池組的使用狀況未知

風(fēng)電機(jī)組現(xiàn)有系統(tǒng)僅可以檢測到每個(gè)槳葉變槳電源電壓(既2組或3組變槳電池組串聯(lián)的總電壓)，關(guān)于每個(gè)變槳電池組和變槳電池組里面的每只電池沒有相關(guān)檢測數(shù)據(jù)。而檢測串聯(lián)2組或3組的總電壓，從業(yè)主維護(hù)角度看，根本起不到任何幫助。

參考某型號1500KW風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)2組變槳電池組串聯(lián)為一個(gè)槳葉供應(yīng)后備儲能。其中每組電池串聯(lián)為76.8V(6只12V電池串聯(lián)，每只開路電壓12.8V，6只總電壓6*12.8=76.8V),2組153.6V,若2組電池內(nèi)個(gè)別電池低于10.5V(放電終止電壓，電池已損壞，)即檢測的總電壓變化有1%的變化，就存在著單體電池失效的情況了，這個(gè)1%若沒有被捕捉到的話，那么12只電池所做的工作必須有剩下的11只或10只電池來完成，必將導(dǎo)致整組電池失效的速度加快。

所以在線監(jiān)測、均衡系統(tǒng)關(guān)于電池組每一只蓄電池的使用狀態(tài)進(jìn)行全程監(jiān)控、掌握每支蓄電池的開路電壓、充電電壓、放電時(shí)狀態(tài)，通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行判斷弱化電池，并及時(shí)更換弱化蓄電池，以延長整組使用壽命，防止整組更換蓄電池出現(xiàn)的高額費(fèi)用，減少勞動(dòng)強(qiáng)度。從而提高工作效率。

4.5變槳電池組，要準(zhǔn)備大量庫存

變槳電池組是變槳驅(qū)動(dòng)的后備儲能裝置，在整個(gè)風(fēng)機(jī)中的用途至關(guān)重要，并且因電池特性及使用環(huán)境和系統(tǒng)充電方式等等原因電池故障頻繁發(fā)生，現(xiàn)有系統(tǒng)有無法提前準(zhǔn)確預(yù)知變槳電池組的故障，變槳電池組故障若沒有備件及時(shí)更換，直接導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組停機(jī)。同時(shí)，受到廠商采購周期的限制(電池廠閥控鉛酸蓄電池的供貨周期是一個(gè)月，國產(chǎn)變槳電池組的供貨周期至少在一個(gè)月、或一個(gè)半月以上;)，為確保不停機(jī)需提前儲備大量備件，以備不時(shí)之需。而蓄電池的長期存放，也會有電池自放電，若不及時(shí)進(jìn)行充電，電池組還沒用就已經(jīng)報(bào)廢了。據(jù)了解，很多小規(guī)模風(fēng)場在場內(nèi)都不具備相關(guān)充電設(shè)備。

在線監(jiān)測系統(tǒng)有預(yù)警時(shí)間，還有購買電池常規(guī)一般以一組為單位購買，一次購買要數(shù)量多時(shí)間長，時(shí)間長對電池要進(jìn)行一次存放電過程，假如時(shí)間長時(shí)間不對電池進(jìn)行存放電會使電池有不同程度的損傷，更為嚴(yán)重的就是整組電池徹底損壞。而有電池檢測的電池組每支電池是可以方便拆除更換，采購與存儲也方便。

4.6因電池?zé)崾Э靥匦裕募靖邷貢r(shí)節(jié)是電池開始出現(xiàn)損壞，因現(xiàn)有檢測條件限制，導(dǎo)致電池組損壞大部分在冬季才被發(fā)現(xiàn)。冬季野外運(yùn)維，因風(fēng)雪、道路、等因素，運(yùn)維團(tuán)隊(duì)勞動(dòng)強(qiáng)度大、風(fēng)險(xiǎn)高。另外，冬季時(shí)多風(fēng)季節(jié)，設(shè)備損壞導(dǎo)致的停機(jī)個(gè)風(fēng)場帶來的損失巨大；以25ºC為基準(zhǔn)，高溫升高10ºC，電池壽命就縮短一半，風(fēng)場野外壞境，夏季的風(fēng)機(jī)溫度應(yīng)該在35ºC以上，大部分電池因溫度及熱失控等原因，是從夏季開始壞的，但因?yàn)楝F(xiàn)有風(fēng)機(jī)檢測方式(只檢測總電壓)無法準(zhǔn)確到單只電池的損壞。到冬季時(shí)，電池組已經(jīng)是徹底損壞了，冬季的風(fēng)場野外作業(yè)，關(guān)于運(yùn)維團(tuán)隊(duì)來講勞動(dòng)強(qiáng)度太大。且冬季是風(fēng)電的黃金季節(jié)，設(shè)備故障停機(jī)給風(fēng)場效益一定帶來影響。

利用蓄電池組在線監(jiān)測系統(tǒng)，隨時(shí)掌握蓄電池使用狀況和蓄電池性能下降曲線，可以根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)性能下降的單支蓄電池，把損壞的電池及時(shí)更換以免影響其他電池?fù)p壞，這樣既節(jié)省成本，又節(jié)省檢修時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度，提高風(fēng)機(jī)可靠運(yùn)行。

4.7現(xiàn)有變槳電池組結(jié)構(gòu)不能更換單只失效電池，造成了大量的浪費(fèi)與污染。

電池組失效是從單只電池失效開始，且整組故障后，整組中6只電池存在著完全可以正常使用的電池，但由于現(xiàn)有變槳電池組的結(jié)構(gòu)，無法簡單更換單只電池，只能整組更換，這即新增了業(yè)主的維護(hù)費(fèi)用投入、造成了大量的浪費(fèi)，且電池回收會帶來大量的污染。

4.8電池組充電均衡

系統(tǒng)內(nèi)置數(shù)字電池充電均衡系統(tǒng)，對充電狀態(tài)下的蓄電池進(jìn)行充電均衡處理，使電池充電電壓達(dá)到一致，從而延長電池的使用壽命。

電池均衡系統(tǒng)采用數(shù)字化的方式，當(dāng)系統(tǒng)檢測到的電池組內(nèi)各個(gè)電池充電電壓出現(xiàn)差異，程序會對高電壓電池進(jìn)行單獨(dú)的充電抑制，從而達(dá)到對欠壓電池進(jìn)行補(bǔ)充電的效果，反復(fù)進(jìn)行，達(dá)到電池電壓均衡的目的，有效的延長蓄電池的使用壽命。

新變槳蓄電池組安裝風(fēng)機(jī)前，對變槳電池組進(jìn)行充放電、進(jìn)行電池充電均衡，防止因電池極化內(nèi)阻差異電池充電不均勻，出現(xiàn)過充、欠充狀況，電池異常損壞。

5、系統(tǒng)技術(shù)改造后133，134報(bào)警狀況：133Batterygingrotorbladedrive變槳驅(qū)動(dòng)電池存電、134BatterygingvoltagenotOK電池充電電壓不正常，故障重要檢測蓄電池的電壓是否達(dá)到規(guī)定范圍內(nèi)，蓄電池電壓和電流是否正常。假如蓄電池組有任何一支蓄電池存在電壓低或者存電不正常問題時(shí)都會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)自檢存電。經(jīng)過技改以后能提前預(yù)知蓄電池性能下降并且及時(shí)更換，使蓄電池處于良好狀態(tài)。具體目的降低風(fēng)機(jī)組因蓄電池平凡存電導(dǎo)致風(fēng)機(jī)長時(shí)間故障停機(jī)，影響發(fā)電量和可利用率雙重指標(biāo)。