Электротехническая экспертиза аккумуляторных батарей ветрогенератора

Алгоритм работы АКБ предусматривает несколько режимов:

1. заряд от ветроэнергетических установок (ВЭУ);
2. заряд от инверторов при работающих дизель-генераторных установках (ДГУ);
3. разряд при недостаточной мощности ВЭУ.

Пороговое напряжение АКБ, при котором происходит запуск одной из ДГУ, задается при пуско-наладочных работах (ПНР).

До достижения указанного напряжения разряд АКБ должен прекращаться, а режим меняться на режим заряда от инверторов при питании от ДГУ.

Учитывая напряжение на шинах постоянного тока (48 В) можно определить конечное напряжение на выходе АКБ, которое определяет прекращение режима разряда:
10-часовой режим: 1,8×24=43,2 В;
8-часовой режим: 1,75×24=42 В;
3-часовой режим: 1,7×24=40,8 В;
1-часовой режим: 1,6×24=38,4 В.
Напряжение 1,6 В на элемент является минимальным и сохраняется при 0,25-часовом режиме.

При заложенном в проекте 8-часовом режиме работы АКБ фактически установленное конечное напряжение в 37,5 В (1,56 В/элемент) является недостаточным и приводит к глубокому разряду аккумуляторов батареи, который, в свою очередь, приводит к сокращению ресурса работы аккумуляторов.

Необходимо отметить, что изменение расчетного режима работы с 8-часового на 10-часовой режим или 1-часовой режим потребовало бы соответственно более высокого или низкого уровня конечного напряжения на элемент. Но для обоих вариантов реализации режима работы АКБ конечного напряжения для прекращения режима разряда на инверторах оказывается ниже рекомендованного уровня.

При проведении замеров напряжения на аккумуляторах АКБ была выявлена переполюсовка вышедших из строя аккумуляторов

В обоих АКБ выявлено по восемь вышедших из строя элементов.
Основными причинами изменения полярности (переполюсовки) аккумуляторов являются:

– глубокий разряд аккумуляторов;
– неправильное соединение батареи;
– отслоение и осыпание активной массы и др.

В акте выявления дефектов указывается, что все аккумуляторы были расположены на нижнем ярусе АКБ, что указывает на необходимость проверки влияния температурного режима на состояние аккумуляторов.

Анализ версии заводского брака.
Технический паспорт на аккумуляторы серии SMG содержит информацию о проведении приемо-сдаточных испытаний партии аккумуляторов в количестве 96 шт. По результатам испытаний аккумуляторы признаны соответствующими техническим условиям.

В техническом паспорте не содержится ссылка на технические условия. Предоставленные для экспертизы материалы не содержат документов о результатах приемо-сдаточных испытаний.

В связи с этим, установить наличие заводского дефекта по представленным документам на этапе отгрузки не представляется возможным.

Заводской брак может быть выявлен на других этапах – в ходе пуско-наладочных испытаний и в ходе эксплуатации.

В соответствии с исполнительной документацией принятие электрооборудования для комплексного опробования выполнено **.**.****г. В ходе пуско-наладочных испытаний и осмотра оборудования заводских дефектов не выявлено.

Акт недостатков (дефектов) зафиксировал выход из строя аккумуляторов **.**.**** г.

Срок работы оборудования составил 1 год 11 месяцев, что косвенно позволяет установить факт отсутствия заводских дефектов в аккумуляторах, в т.ч. скрытых.

Необходимо отметить, что явление переполюсовки связано с наличием в АКБ, так называемых отстающих элементов, имеющих более низкую емкость и высокое сопротивление относительно других элементов батареи. Появление отстающих элементов в батарее говорит о различии характеристик аккумуляторов, имевших место на этапе подбора, проведения приемо-сдаточных испытаний и отгрузки батареи.

Таким образом, наиболее вероятно отсутствие факта заводского дефекта, не подтверждаемого документально на этапе отгрузки, пуско-наладочных испытаний и начала эксплуатации. Для подтверждения версии отсутствия заводского брака требуется выполнение лабораторных исследований с образцами вышедших из строя аккумуляторов. Одной из причин, способствовавших выходу из строя аккумуляторов, но напрямую не относящихся к заводскому браку, является возможный некачественный подбор аккумуляторов, предназначенных для работы в одной батарее. В данном случае могло иметь место различие характеристик аккумуляторов (емкости и внутреннего сопротивления), предназначенных для работы в одной АКБ.

Анализ версии некачественного монтажа.
Анализ исполнительной документации, содержащей результаты осмотра и пуско-наладочных работ не выявил некачественного монтажа по результатам работ, связанных с присоединением АКБ к шинам постоянного тока напряжением 48 В, качеством соединения аккумуляторов между собой, качеством сборки шин постоянного тока, присоединения ВЭУ и инверторов. Не содержит указания на дефекты, связанные с монтажом АКБ и Акт недостатков (дефектов) от **.**.**** г.

На основании представленных документов версия о некачественном монтаже электрооборудования, связанного с выходом из строя аккумуляторов не подтверждается.

В тоже время необходимо отметить, что в соответствии с проектной документацией напряжение включения инверторной системы для заряда АКБ устанавливается на этапе пуско-наладочных работ. В данном случае настройки инверторов после проведения работ должны были быть выполнены с учетом проектного минимального напряжения включения на заряд. Однако, установить данный факт по представленным документам не представляется возможным.

В тоже время факт того, что напряжение включения инверторов соответствовало значению 37,5 В вместо 42 В, соответствовавших 8-часовому режиму, имел место.

Таким образом, версия некачественного монтажа и испытаний подтверждается в той части, что организация, проводившая монтаж и настройку инверторов не выполнила надлежащим образом настройку минимального уровня напряжения, соответствующего 8-ми часовому режиму (42 В) в соответствии с проектной документацией.

Анализ версии ненадлежащей эксплуатации (и/или обслуживания).
В соответствии с ПТЭЭП работы по настройке инверторов входят в обязанности эксплуатирующей организации. Настройка инверторов в рассматриваемом случае проверяется в ходе комплексного опробования в соответствии с п. 1.3.7 ПТЭЭП (работоспособность оборудования и технологических схем, настройка всех систем управления и контроля, устройств сигнализации и др.). Обязанностью эксплуатирующей организации является также проверка качества электромонтажных работ по их завершению.

В этом случае уровень напряжения на инверторах для заряда АКБ должен был быть выявлен и откорректирован эксплуатирующей организацией на этапе комплексного опробования оборудования.

Таким образом, версия о ненадлежащей эксплуатации в части некачественного выполнения работ при комплексном опробовании оборудования подтверждается.

Анализ версии некачественной электрической энергии.
Показателем качества электроэнергии, который мог оказать наибольшее влияние на процесс заряда АКБ, является отклонение уровня напряжения на шинах постоянного тока при заряде. В случае снижения напряжения ниже порогового значения и невозможности инверторов обеспечить уровень напряжения на шинах постоянного тока заряда АКБ не будет осуществляться.

Установить данный факт отклонения уровня напряжения на шинах постоянного тока или шинах ДГУ не представляется возможным ввиду отсутствия данных измерений показателей качества электроэнергии в представленной документации.

Таким образом, версия некачественной электроэнергии не может быть проверена.

Анализ версии действия непреодолимых сил / или иных обстоятельств.
Анализ представленных документов показывает, что фактов действия непреодолимых сил, способных привести к выходу из строя аккумуляторов на АРТП-2 и АРТП-3 не установлено. В связи с этим версия о действии непреодолимых сил не подтверждается.

Существуют иные обстоятельства, которые могли привести к выходу из строя аккумуляторов АРТП-2 и АРТП-3, связанные с исчерпанием ресурса работы аккумуляторов серии SMG.

А. Инструкция по эксплуатации содержит данные об изменении срока службы батарей в зависимости от температуры и срока хранения батарей в зависимости от температуры. Таким образом, повышение рабочей температуры эксплуатации аккумуляторов приводит к сокращению срока службы. Аналогичный характер оказывает температура и на емкость аккумуляторов при их хранении.

Б. Отличие расчетного 8-ми часового режима заряда от фактического и отсутствие проектной оценки влияния частоты циклов заряда-разряда на ресурс работы свинцово-кислотных аккумуляторов

В случае, если фактически по условиям нагрузочного режима не создавались условия для зарядки батареи, за которым следовал глубокий разряд, могла иметь место ситуация преобладания разряда в графике степени заряженности. Данная ситуация может наблюдаться, когда времени заряда недостаточно по условиям работы АКБ. В соответствии с зарядной характеристикой продолжительность заряда аккумуляторов превышает 5 часов до достижения ими емкости 80 %.

Поскольку глубина разряда для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей определяет ресурс работы (данная характеристика не указана изготовителем в инструкции и паспорте на аккумулятор), увеличение глубины разряда могло привести к преждевременному исчерпанию ресурса аккумуляторов.

По различным оценкам ресурс работы для свинцово-кислотных батарей составляет около 1000 циклов заряд-разряд. В случае, если график нагрузки АКБ имел частоту циклов около 5/сутки, аккумуляторы могли исчерпать ресурс работы за время эксплуатации менее одного года. Тогда в рассматриваемом случае свинцово-кислотные аккумуляторы закономерно будут выходить из строя до исчерпания заявленного производителем срока службы – в разное время зависимости от заводских характеристик аккумуляторов.

Установить подобные факты в данном исследовании не представляется возможным, поскольку в представленных материалах отсутствуют данные о нагрузочных режимах АРТП-2 и АРТП-3, в т.ч. соответствующих АКБ, а также данные о зависимости срока службы аккумуляторов от глубины разряда.

В. Работа инверторов.

В акте выявления дефектов [8] отмечается нестабильная работа инверторов, предназначенных для питания потребителей и заряда АКБ. В случае перерывов или нестабильной работы инверторов сокращается время заряда аккумуляторов, что может привести к снижению степени заряженности аккумуляторов до начала цикла разряда. Указанные обстоятельства способствуют увеличению глубины разряда аккумуляторов. В связи с отсутствием данных о работе инверторов установить факт на основании представленных документов не представляется возможным.

Таким образом, причиной выхода из строя аккумуляторов явился их систематический глубокий разряд, приведший к исчерпанию ресурса работы.

Основным фактором, оказавшим влияние на выход из строя аккумуляторов, явился низкий уровень напряжения включения инверторов, обеспечивающих заряд аккумуляторной батареи от шин постоянного тока.

Кроме основного, возможными факторами, приведшими к глубокому разряду аккумуляторов, являлись:

– повышение температуры в помещении АКБ;

– различие характеристик аккумуляторов, предназначенных для работы в АКБ, вследствие некачественного подбора;

– высокая частота циклов заряд-разряд, отличная от проектной, недостаточное время заряда аккумуляторов.

При исследовании по первому вопросу было указано на возможные причины выхода из строя аккумуляторов.

Поскольку основной причиной является несоответствие конечного напряжения на инверторе рекомендуемым изготовителем аккумуляторов, то следует рассмотреть влияние ответственных лиц на указанное обстоятельство.

Ранее было отмечено, что в соответствии с проектной документацией напряжение включения инверторной системы для заряда АКБ устанавливается на этапе пуско-наладочных работ.

На этапе пуско-наладочных работ монтажной компанией были выполнены электромонтажные работы и проведены индивидуальные испытания электрооборудования, электромонтажные недоделки не зафиксированы, что подтверждается актом технической готовности электромонтажных работы. В перечень смонтированного и испытанного электрооборудования входили инвертор-зарядные устройства Quattro 48/10000/140-100/100 в количестве 3 шт. и монитор заряда АКБ Battery Controller в комплекте в количестве 1 шт.

Указанные инвертор-зарядные устройства и монитор заряда предназначены для реализации 4-х ступенчатого заряда и определения степени заряженности аккумуляторной батареи.

Диапазон напряжения для инвертор-зарядные устройства Quattro 48/10000/140-100/100 составляет 36 – 66 В. При исследовании вопроса №1 было установлено, что конечное напряжение на аккумуляторной батареи составляло 37,5 В, что было недостаточно. В рассматриваемом случае конечное напряжение было близко к нижней границе диапазона напряжения для инвертор-зарядного устройства.

Напряжение включения инверторов должно было быть равным 42 В, что соответствует 8-часовому режиму.

Вероятно, что указанное конечное напряжение соответствовало заводским настройкам. Из этого можно сделать вывод, что при наличии технической возможности регулирования конечного напряжения (аппаратным или программным способом) было необходимо выполнить регулировку напряжения до ввода в эксплуатацию на этапе индивидуальных испытаний электрооборудования.

В этом случае ответственность за соответствие настроек инверторов, в части установки значения конечного напряжения несет организация, выполнявшая пуско-наладочные работы.

Организациями, выполнявшими пуско-наладочные работы на рассматриваемых объектах являлись: ООО «*******» и ООО «******».

Необходимо отметить, что проверка настроек оборудования, в т.ч. инверторов, выполняется в ходе комплексного опробования эксплуатирующей организацией (п. 1.3.7 ПТЭЭП). Однако, эксплуатирующая организация выполнила проверку ненадлежащим образом, в результате чего напряжение включения инверторов откорректировано не было и АКБ была введена в эксплуатацию с конечным напряжением 37,5 В вместо 42 В, соответствующих 8-часовому режиму.

В данном случае ответственность за проверку настроек оборудования несет эксплуатирующая организация.

Основными сторонами, действия которых привели к выходу из строя аккумуляторов АКБ являются организация, выполнявшая пуско-наладочные работы и эксплуатирующая организация.

В ходе исследования по первому вопросу было указано на дополнительные причины, которые могли повлиять на выход из строя аккумуляторов.

При рассмотрении указанных дополнительных причин, подтверждение которых требует отдельного исследования, следует указать на следующих возможных ответственных лиц:

1) превышение температуры аккумуляторов в помещении АКБ над рекомендуемой – эксплуатирующая организация;

2) различие характеристик аккумуляторов, предназначенных для работы в АКБ, вследствие некачественного подбора – поставщик-изготовитель аккумуляторов SMG;

высокая фактическая частота циклов заряд-разряд, отличная от проектной, недостаточное время заряда аккумуляторов – проектная организация, выполнившая проектирование, поставщик-изготовитель инверторов (зарядных устройств).

Натурное исследование выполнено для двух аккумуляторов марки SMG2250 (16OpzV 2000) 2 В 2250 А·ч.

В ходе осмотра двух аккумуляторных батарей серии SMG (OPzV) выявлено следующее:

С пластин электродов и сепараторов обоих аккумуляторов, представленных на исследование, взят гель на химический анализ.