李靖 劉東紅 金華電業(yè)局
[摘 要]變電所蓄電池組的狀態(tài)是直流系統(tǒng)是否能夠正常工作的的根本。本文通過分析日常監(jiān)測方式中存在的原理性缺陷，提出簡單的改進(jìn)方案，提高蓄電池監(jiān)測維護(hù)的準(zhǔn)確性和方便性，及時發(fā)現(xiàn)蓄電池組異常情況，提高整組蓄電池的壽命。
[關(guān)鍵詞] 蓄電池 監(jiān)測方式 探討
變電所正常運(yùn)行時直流系統(tǒng)的負(fù)荷基本穩(wěn)定，由充電機(jī)供電，而蓄電池組做為備用
電源，正常情況下長期處在浮充電狀態(tài)，時間長了就會造成電池化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的活性降低，加速老化而縮短使用壽命，無法達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，同時，由于目前監(jiān)測方式中存在的原理性缺陷，使得電池組損害無法及時的發(fā)現(xiàn)，各單位曾發(fā)生過因蓄電池組整組性能大幅下降引起的直流異常消失或開關(guān)拒動的情況。
1、變電所蓄電池的日常監(jiān)測方式
變電所蓄電池的日常監(jiān)測常采用以下幾種方式：
1)測量電池組（包括單只電池）的端電壓；
2)通過核對性放電判別蓄電池的容量（每年一次左右）；
3)蓄電池輸出大電流的特性測試（利用放電模塊進(jìn)行放電試驗(yàn)（每年一次左右）；
目前變電所較多采用了全封閉的“免維護(hù)”蓄電池，正常運(yùn)行情況下，為確保直流系統(tǒng)供電可靠，不允許將蓄電池組從直流系統(tǒng)中斷開，日常主要通過直流系統(tǒng)的在線監(jiān)控系統(tǒng)檢測蓄電池組的電壓，根據(jù)電池電壓進(jìn)行簡單比較來判斷電池的性能。圖1所示為正常浮充狀態(tài)下在線檢測電池電壓原理。
圖1：正常浮充狀態(tài)下檢測電池電壓原理
2、目前監(jiān)測方式中存在的缺陷分析
蓄電池的失效主要表現(xiàn)為端電壓不夠、電池開路或內(nèi)阻明顯增大、容量不足或瞬間放電電流不滿足負(fù)載要求等，最直接的原因?yàn)閮?nèi)阻增大，甚至開路。目前的在線檢測系統(tǒng)由于檢測原理存在一定的缺陷，無法正確的判斷出電池是否已經(jīng)失效。
為便于計(jì)算，設(shè)充電機(jī)浮充時電動勢E=230V不變，內(nèi)阻R=2Ω，正常直流負(fù)荷電流Ih=5A不變，單只電池電動勢E1=12V，內(nèi)阻R1=1Ω，共18只電池，電池組實(shí)際端電壓應(yīng)為12×18=216V。
1) 電池組正常下，在線檢測系統(tǒng)監(jiān)測得到以下數(shù)據(jù)：
a) 電池的充電電流
I≈[(E—R×Ih) —E1×18]÷18R1
＝[(230—5×2) —12×18]÷18＝0.22(A)
b)整組電池的端電壓：
V2＝E—R×（Ih＋I(xiàn)）
＝230—2×5.22≈220(V)＞216(V)。
c)單只電池的端電壓：
V1＝E1＋R1×I
＝12＋1×0.22＝12.22(V)＞12(V)。
可見，此時所測的電壓已經(jīng)不能準(zhǔn)確反映電池組本身的性能參數(shù)。
2)當(dāng)其中第K只電池內(nèi)阻增大至Rk，考慮到電池?fù)p壞時,電動勢也相應(yīng)有所變化,設(shè)Ek，其他外界參數(shù)均保持不變，在這種情況下，在線檢測系統(tǒng)監(jiān)測得到以下數(shù)據(jù)：
a) 電池的充電電流
I≈[(E—R×Ih)—E1×17－Ek]÷(17R1＋Rk)
＝[(230―5×2)—12×17－Ek]÷(17+ Rk)
＝(16－Ek)/(17+ Rk)＜＜1(A)
b) 整組電池的端電壓：
V2＝E—R×（Ih＋I(xiàn)）
＞230—2×(5＋1)=218(V) ＞216(V)。
基本與正常情況一致。
c) 單只電池的端電壓：
V1＝Ek＋Rk×I
=Ek+ Rk×(16－Ek)/(17+ Rk)
=(17Ek+16Rk)/(17+ Rk)
3) 當(dāng)其中2只電池內(nèi)阻增大至Rk，其他外界參數(shù)均保持不變，在這種情況下，在線檢測系統(tǒng)監(jiān)測得到以下數(shù)據(jù)：
a) 電池的充電電流
I≈[(E—R×Ih)—E1×16－2Ek]÷(16R1＋2Rk)
＝[(230―5×2)—12×16－2Ek]÷(16+ 2Rk)
＝(14－Ek)/(8+ Rk)＜1(A)
b) 整組電池的端電壓：
V2＝E—R×（Ih＋I(xiàn)）
＞230—2×(5＋1)=218(V) ＞216(V)。
基本與正常情況一致。
c) 單只電池的端電壓：
V1＝Ek＋Rk×I
=Ek+ Rk×(14－Ek)/(8+ Rk)
=（8Ek+14Rk)/(8+ Rk)
4) 當(dāng)所有電池內(nèi)阻增大至Rk，考慮到電池?fù)p壞時,電動勢也相應(yīng)有所變化,設(shè)Ek，其他外界參數(shù)均保持不變，在這種情況下，通過在線檢測系統(tǒng)監(jiān)測得到以下數(shù)據(jù)：
a) 電池的充電電流：
I≈[(E—R×Ih)—Ek×18]÷18Rk)
＝[(230―5×2)—18Ek]÷18Rk
＝(220－18Ek)/18 Rk＜＜1(A)
b) 整組電池的端電壓：
V2＝E—R×（Ih＋I(xiàn)）
≈230—2×5=220(V) ＞216(V)。
基本與正常情況一致。
c) 單只電池的端電壓：
V1＝Ek＋Rk×I
=Ek+ Rk×(220－18Ek)/18 Rk
=12.22
與正常情況一致。
綜上所述，正常浮充情況下在線測量電池端電壓的方式，無論電池是否損壞，簡單的根據(jù)電壓降低來判斷電池是否損壞，其結(jié)果無法保證準(zhǔn)確；而且，隨著損壞電池?cái)?shù)量的增加，其測出的數(shù)值越接近正常值，越不容易判斷，當(dāng)整組電池?fù)p壞，其數(shù)值與正常值完全一致，無法判斷。
核對性充放電能較準(zhǔn)確的反映蓄電池的容量保持值，但需將電池組脫離直流系統(tǒng)，增大變電所安全風(fēng)險(xiǎn)。規(guī)程規(guī)定“若發(fā)電廠、變電站直流
電源系統(tǒng)只有一組蓄電池時，為了安全起見，運(yùn)行單位應(yīng)配置便攜式充放電裝置，以便于日常維護(hù)工作需要；若無備用充放電裝置，則不能將運(yùn)行中的蓄電池組退出運(yùn)行進(jìn)行全核對性放電，只允許用I5電流放出其額定容量的50%.......”；同時，由于核對性充放電的周期基本上在一年左右，因此無法及時發(fā)現(xiàn)蓄電池組性能下降。
鑒于變電所蓄電池退出直流系統(tǒng)有較大的難度，在部分220kV等重要變電所配備了2組蓄電池組，但由于目前開關(guān)等操作機(jī)構(gòu)的改善，彈簧操作機(jī)構(gòu)、液壓結(jié)構(gòu)的廣泛使用，使直流系統(tǒng)的沖擊負(fù)荷大大減少，使蓄電池的功效未能充分得以發(fā)揮。
3、解決方法之一
根據(jù)前面的分析，現(xiàn)將蓄電池組接線增加以下簡單回路，利用二極管的單向?qū)ㄌ匦裕赃_(dá)到蓄電池短時“準(zhǔn)退出”狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)不影響直流系統(tǒng)正常運(yùn)行的同時，進(jìn)行蓄電池在線測量及放電試驗(yàn)時，準(zhǔn)確查找出異常蓄電池。（圖2所示為接線改變后的檢測原理示意圖）
接線改接后，蓄電池組的運(yùn)行及測量情況：
1) 正常運(yùn)行時，1合上，2、4斷開，與目前的的蓄電池運(yùn)行狀態(tài)完全一致，可以滿足正常的浮充運(yùn)行要求。
2) 進(jìn)行電壓測量時，先合上2，再拉開1，由于二極管的單向?qū)ㄐ阅�，充電機(jī)浮充電壓略高于蓄電池組電壓，無法使二極管反向擊穿，使得蓄電池充、放電電流為零，等同于將蓄電池短時退出狀態(tài)。此時，可以通過測試單只電池及整組電池的端電壓，判斷電池的電動勢是否正常，并判斷電壓已明顯下降的電池已損壞。
3)進(jìn)行放電試驗(yàn)檢測蓄電池大電流放電的能力時，可以將4短時合上，從電流表A中方便的測出放電電流的大小，甚至進(jìn)行大電流放電試驗(yàn)。由于此方式下的放電試驗(yàn)操作方便，可以適當(dāng)縮短放電周期，進(jìn)一步活化電池的性能，達(dá)到提高電池組的使用壽命。
4)進(jìn)行測量或放電過程中，若因充電機(jī)故障無法輸出直流電壓，則直流母線電壓將下降，當(dāng)直流母線電壓下降到略低于蓄電池電壓時，蓄電池將通過2和二極管3向直流母線供電，保證了直流系統(tǒng)的連續(xù)供電。此時，應(yīng)立即合上1，并斷開2恢復(fù)蓄電池的正常接線方式運(yùn)行。
為確保二極管能可靠的阻斷測試期間的正常浮充電流，二極管的反向擊穿電壓應(yīng)高于充電機(jī)均衡充電輸出電壓與蓄電池組的電壓差，并保留一定的裕度；同時，為確保二極管能滿足大電流放電的要求，應(yīng)達(dá)到一定的沖擊功率要求。
4、結(jié)論
經(jīng)過上述回路改進(jìn)，可以在不影響直流系統(tǒng)正常狀態(tài)的同時，方便、準(zhǔn)確測得蓄電池組的幾個重要參數(shù)，包括單只蓄電池和整組蓄電池的端電壓、蓄電池組的大電流放電能力，更真實(shí)反映蓄電池性能，及時發(fā)現(xiàn)蓄電池組中個別電池存在的異常狀況；同時，由于操作方便，可以實(shí)現(xiàn)對蓄電池進(jìn)行大電流在線放電，活化電池組性能，有效的延長蓄電池組的使用壽命。若配合目前的“四遙”功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方檢測放電試驗(yàn)。由于解決了蓄電池必須退出測量的困難，可以考慮減少變電所蓄電池組的配置組數(shù)，提高了蓄電池組的使用效率。
此外，根據(jù)電池內(nèi)阻、電動勢、端電壓的關(guān)系，若能通過計(jì)算出其發(fā)展趨勢，代替簡單的根據(jù)電池端電壓來判斷電池是否損壞，也將是提高檢測準(zhǔn)確性的重要方法。
參考文獻(xiàn)：
1 DL/ T 724- 2000《電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)規(guī)程》
2 GB/T 13337.1-1991 固定型防酸式鉛酸蓄電池技術(shù)條件
3 JB/T 5777.4-2000電力系統(tǒng)直流電源設(shè)備通用技術(shù)條件及安全要求
作者簡介：
1、李靖 90年畢業(yè)于東南大學(xué)，在檢修單位從事12現(xiàn)場檢修試驗(yàn)，有豐富的現(xiàn)場試驗(yàn)分析和管理經(jīng)驗(yàn)。調(diào)任生產(chǎn)處任副處長，分管變電設(shè)備運(yùn)行、檢修、改造等各項(xiàng)生產(chǎn)工作。
2、劉東紅 93年畢業(yè)于武漢水利電力大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，在變電所運(yùn)行值班10年，有豐富的現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)為生產(chǎn)處變電運(yùn)行專職。
