變電站蓄電池組改造的資產投資策略研究

桂 丹 陳婉菲 徐向麗

（國網河南省電力公司信息通信分公司財務資產部）

0 引言

傳統的電池組測試方法是被動的、滯后的。通過分析調查預測蓄電池組壽命，可以有效提高蓄電池組維護效率，一旦發現蓄電池組預測容量明顯下降，可以及時干預，找出并消除導致蓄電池組下降的異常原因。評估何時更換蓄電池組，縮短測試周期，加快測試速度，可以減少直流系統單次充電的運行時間，降低變電站直流系統的運行風險［1］。

1 研究意義

在2015～2021年期間，某供電公司更換的蓄電池組的統計圖顯示，每個電池的平均壽命約為7年。在這些蓄電池組中，壽命為8年或更短的蓄電池組占所有更換蓄電池組的94%。電池的使用年限會被各種因素影響，比如說生產原材料、生產工藝、運行流程、工作環境和維護電池的規章制度等［2-4］。

圖 2015～2021年某供電公司更換蓄電池組示意圖

2 研究方法

電力設備的全壽命周期成本，簡稱LCC。是指在設備正常運行的情況下，從它的設計、制造、運行、故障、維護和最后失去生產作用后處理等涉及到的全部費用?；诖?，國內和國際對能源系統生命周期成本的研究主要集中在資產價值高的高壓初級設施上，而對一些資產價值低的設備的生命周期成本研究則有些空白。變電站直流系統蓄電池組等低壓設備也需要科學的管理策略，進行全壽命周期成本研究?；谏鲜鰳藴?，本文分析了蓄電池組全生命周期成本計算的最佳維護和檢修策略。

3 蓄電池組改造處理方案

變電站蓄電池由幾個單體蓄電池串聯起來形成一個組，組內一個蓄電池的故障會導致整個組變質或不發揮作用。當新舊電池混合時，或不同的電池混合時，終端電壓和內部電阻是不同的，因為不同的電池有不同的化學反應物。當依次使用時，不同的蓄電池在其終端會有不同的電壓，這將導致蓄電池過早損壞。當混合使用后，蓄電池的容量可能在短時間內達到要求值，但運行一年以上后，一個或多個蓄電池將不再符合要求值，整個蓄電池將被丟棄。由于這些特點，有問題的蓄電池組不能被修復。

4 蓄電池管理的全壽命周期建模

全壽命周期成本法是一種概念和方法，該方法涵蓋了設備、系統和工程的計劃、研發、生產、安裝、運行、維護、修改和翻新的一套流程，直到其使用壽命結束，并考慮了設備、系統和項目的長期經濟影響，在滿足性能和可靠性要求的同時，最大限度地降低全壽命周期成本。使用的主要計算模型有：

其中，CF為故障成本；CO為運行成本；CM為檢修維護成本；CI為投入成本；CD為廢棄成本；LCC為全命周期成本。

4.1 投入成本

根據蓄電池的采購和裝置的價錢，可以計算出蓄電池組的投入成本，見表1。

表1 蓄電池組投入成本

4.2 運行成本

（1）設備維護成本

蓄電池組的設備維護成本主要費用包括電壓測量、內部電阻測量、外觀清潔和充放電檢查。由于蓄電池組充放電檢測的成本占設備維護成本的很大一部分，而且充放電檢測的策略也各不相同，下面將討論蓄電池組充放電檢測策略。蓄電池組的充放電測試是基于10h的完全放電率，放電時間為10h，充電時間約為15h。充放電時間約為26h。電池容量測試每項工作需要三個人，至少需要兩個工作日，以及另外兩名操作員的行動。每次容量測試的成本大約為8000元。

（2）環境維護成本

蓄電池在惡劣的環境中工作，對溫度非常敏感。蓄電池在20℃～25℃之間可以更好地工作，超高或超低的溫度都會影響其壽命。變電站中使用的所有空調都是傳統的單冷空調，其壽命很短，中斷連續運行，而且不能加溫。如果選擇工業精密室內空調，使用成本會增加。一般來說，這將涉及到目前的維護做法，即按照規格檢查放電，安裝一個民用空調，并對部分空調暫停運行。據統計，在這種操作和維護下，電池組的壽命為6～8年，下面的統計考慮到了8年的最大壽命，我們將其定義為第一種操作模式，為模式一。

假設按照電池組的說明進行了維護，蓄電池組的理論壽命為10～12年。經過統計可以發現，蓄電池組最長使用年限為12年。此外，應廠商的要求，在壽命周期內進行了大約23次驗證性功率測試。在機房內使用精確的工業空調以確保工作環境溫度，定義為第二模式，為模式二，電池組的壽命為12年。

模式一，如表2所示，在模式一下的生命周期內運行成本等于8年生命周期內核對性充放電次數與核對性充放電工作單價的乘積，再加上普通空調年均使用成本與使用年限的成績的總和。

表2 蓄電池組8年生命周期維護成本

模式二，這個方式下的生命周期內運行成本＝12年生命周期內核對性充放電次數×核對性充放電工作單價＋精密工業空調年均使用成本×使用年限 ＝22×7500＋1500×12＝183000元，則各型號電池運行成本相同。

5 討論

5.1 運維策略的選擇

為了總結以上對各類型電池組的運行和維護策略的分析，下面的表3顯示了蓄電池組的運行和維護策略。

表3 運維策略匯總

5.2 運行方式的選擇

綜合以上分析，可以得出結論，不論哪種蓄電池類型，使用第一或第二種運行維護策略的成本都低于第三或第四種策略。使用策略A或B的成本低于策略C或D，也就是說，使用第一種操作模式的蓄電池組的總成本低于第二種操作模式?；谧顝V泛使用的300Ah，110V的蓄電池組，模式一的蓄電池組的壽命約為8年，全生命周期成本約為人民幣115000元，平均年成本約為人民幣13000元。模式二運行的蓄電池組的壽命約為12年，全生命周期成本約為28萬人民幣，平均每年的成本約為23400人民幣。

根據這些計算，模式一與模式二相比，模式一的每個蓄電池每年可節省約1萬元，或按每個電池400個蓄電池計算，每年約400萬元。因此，盡管模式一的電池壽命較短，但與模式二的電池相比，它們的運營成本大大降低。因此，出于經濟原因，我們選擇了模式一而不是模式二來操作和維護所有電池。

6 結束語

首先，所有的蓄電池都是以一對一的方式進行操作和維護。最經濟的方法是根據規范要求進行有控制的放電，安裝家裝空調系統，并容忍家裝空調系統不能使用的部分時間。采用這種操作方法，蓄電池組的壽命約為8年。為了達到蓄電池組12年的設計壽命，每個供電企業每年需要增加約400萬人民幣的維護費用。其次，每個不一樣的蓄電池組都應該有不一樣的管理策略與之對應。由于蓄電池組具有不同的容量、電壓水平和關鍵性，因此可以選擇不同的運行和維護策略，在確保安全的同時實現最佳經濟效益。