ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА - 2022 - ВОЗМОЖНОСТЬ РЕЗЕРВНОГО ПИТАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ПОДСТАНЦИИ С ПОМОЩЬЮ ЛИТИЙ-ИОННЫХ БАТАРЕЙ

ВОЗМОЖНОСТЬ РЕЗЕРВНОГО ПИТАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ПОДСТАНЦИИ С ПОМОЩЬЮ ЛИТИЙ-ИОННЫХ БАТАРЕЙ

В настоящее время на многих подстанциях, в качестве источников постоянного тока применяются свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Литий-ионные АКБ имеют ряд несомненных преимуществ: относительно долгий срок службы (20 лет и более) и высокая надежность. Однако они также обладают существенными недостатками. Использование данных устройств для резервного питания механизмов и оборудования, которое не терпит отключений, для покрытия собственных нужд электрической станции - определяется условиями необходимости установки данных источников резервного питания. Обычно, в качестве резервного источника питания на электростанциях выступают свинцово-кислотные АКБ. Ниже будут приведены примеры технических и эксплуатационных характеристик литий-ионных и свинцово-кислотных АКБ.

Данная статья показывает, что более длительный срок службы, плотность энергии, отсутствие необходимости постоянного мониторинга за параметрами устройства, способность литий-ионной батареи сохранять свои первоначальные свойства и емкость при высоких токах разряда предоставляют возможность внедрения литий-ионных батарей в качестве резервных и независимых источников энергии для питания особо важного оборудования.

Ключевые слова: литий-ионная батарея, резервный источник питания, свинцово-кислотный АКБ, ёмкость, система обеспечения резервного питания.

Аккумуляторные батареи на подстанциях используются для резервного питания цепей управления, коммутационных аппаратов, релейной зашиты (рисунок 1). Основным требованием к источнику оперативного тока является его готовность приступить к действию в любых условиях и во время коротких замыканий, когда напряжения на шинах подстанции стремится к нулю [1].

Свинцово-кислотный АКБ состоит из электродов и разделительных пористых пластин, изготовленных из материала, невзаимодействующего с кислотой, препятствующих замыканию электродов (сепараторов), которые погружены в электролит. Электродами являются свинцовые пластины, которые покрыты активными массами, взаимодействующие с электролитом в процессе заряда и разряда.

- необходимость периодически контролировать параметры аккумуляторных батарей;

- снижение плотности электролита обычно приводит к сульфатации или нарушению структуры свинца, а повышение плотности вызывает скорую коррозию электродов, следовательно, сильное снижение рабочих характеристик;

- загрязнение окружающей среды кислотами и свинцом;

- необходимость постоянного контроля за утилизацией [2].

Рисунок 1 – Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея на подстанции

В работе литий-ионные аккумуляторы намного безопаснее, чем свинцово-кислотные АКБ, это условия позволяет размещать данные устройства в открытых шкафах и вблизи защищаемых объектов (рисунок 2). Характеристики системы обеспечения резервного питания подстанции на литий-ионных АКБ приведены в таблице 1.

Рисунок 2 – Литий-ионная аккумуляторная батарея на подстанции

Таблица 1 – Средние характеристики системы обеспечения резервного питания на литий-ионных АКБ

Параметр	Значение
Входное напряжение, В	380+ 20%
Частота питающей сети, Гц	47-63
Число фаз	3
Номинальный выходной ток в рабочем режиме, В	60
Номинальное выходное напряжение, В	220
Номинальный выходной ток ЭВУ для заряда дополнительных элементов, А	40
Номинальное выходное напряжение ЭВУ для заряда дополнительных элементов, В	48
Номинальный ток сборных шин, А	250
Номинальный ток временно и постоянно включенной нагрузки (2ч), А	12
Максимальный расчётный толчковый ток в конце аварийного разряда (1 с), А	720
Тип аккумуляторной батареи	Литий-ионная (литий-железо-фосфатная)
Номинальная емкость аккумуляторной батареи, А⋅ч	170
Количество элементов аккумуляторной батареи	70+12
Габаритные размеры В×Ш×Г	2000×3200×600

Литий ионные аккумуляторы имеют сравнительно широкий диапазон рабочих температур: от минус 40 до плюс 60 °C. Рабочая температура на контактах аккумулятора от 0 до плюс 30 °C при заряде и от минус 20 до плюс 30 °C при разряде. Нормальная температура работы аккумулятора – плюс 20 ± 5 °С. Выход из этого диапазона может спровоцировать более быстрый выход аккумулятора из строя [3].

Рисунок 3 – Доля отданной ёмкости при заданной температуре

К преимуществам литий-ионных аккумуляторов можно отнести следующее:

- возможность выдавать более высокое напряжение (по сравнению с устройствами) ;

- маленький саморазряд - 3-5,5 % за месяц, 8-19 % за год;

Каким бы современным решением не являлось внедрение литий-ионных батарей в качестве резервного источника питания, оно имеет и свои недостатки:

- необходимость создания сложной электронной системы для контроля за работой и состоянием отдельных секций батарей;

Внедрение литий-ионных АКБ является современным и целесообразным решением. Использование данных устройств поможет решить проблему быстрого износа и выхода из строя оборудования подстанций.

1. На подстанциях Россетей впервые применили подсистемы резервного питания на литий-ионных накопителях, 2021. – URL: https://sdelanounas.ru (Дата обращения: 20.09.2022). – Текст электронный.

2. Свинцово-кислотные аккумуляторы: как работают, плюсы и минусы, 2019. – URL: https://tze1.ru/ (Дата обращения: 21.09.2022). – Текст электронный

3. Применение литий-железо-фосфатных аккумуляторных батарей в составе систем оперативного постоянного тока, 2018. – URL: http://estorsys.ru (Дата обращения: 22.09.2022). – Текст электронный.

4. Перспективы применения литий-ионных аккумуляторов, 2017. URL: https://cyberleninka.ru (Дата обращения: 22.09.2022). – Текст электронный.

Хомутов С. О. – д.т.н., профессор, Павличенко И. А. – аспирант кафедры ЭПП, Мешков А. В. – студент группы Э-91, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», РФ, Алтайский край, г. Барнаул.