變電站蓄電池組在線核對放電系統設計

吳　侗，王　磊

（廣東電網茂名信宜供電局，廣東 茂名　525300）

變電站蓄電池組在線核對放電系統設計

吳侗，王磊

（廣東電網茂名信宜供電局，廣東 茂名525300）

針對當前蓄電池組人工放電工作量大的問題，提出了一種遠程在線對變電站蓄電池組進行核對性放電的方法，闡述了蓄電池組在線核對放電系統的工作原理及其通信模型設計，分析了蓄電池核對性放電試驗的周期及放電容量的計算方法，并通過實際應用驗證了該系統可提高系統綜合自動化水平及人員工作效率。

蓄電池組；在線控制；核對性放電；通信模型

0　引言

長期以來，對變電站的蓄電池組進行定檢的核對性放電時，一般采用電阻放電監測儀作為放電單元，能耗大，發熱較嚴重。尤其在35 kV變電站，蓄電池組僅有1組，使用后備蓄電池組時，需將被維護的蓄電池組從系統中拆卸下來后，才能進行核對性放電試驗，勞動強度極大，增加了維護人員工作量。

在目前電力行業智能化、自動化、網絡化、系統化的通信系統的改進升級發展中，實現蓄電池組的遠程在線核對性放電是必然發展趨勢。針對上述實際問題，提出了一種采用單片機作為微處理器，利用電力系統數據通信網為通道，通過集控站與控制單元進行數據交換，進而控制有源逆變模塊作為放電單元進行核對性放電，實現了遠程控制對蓄電池組的核對性放電試驗。

1　蓄電池組在線核對放電系統工作原理

蓄電池組在線核對放電系統主要由主監控單元、蓄電池組在線監測單元、在線核容放電控制器、有源逆變器模塊、計算機通信網絡等部分組成，具體如圖1所示。

主監控單元與蓄電池組在線監測單元和在線核容放電控制器進行通信，實現在線監測和控制等功能。蓄電池組在線監測單元監測蓄電池組的電壓、電流及各個單體電池的電壓、溫度等，并將數據上報至主監控單元；主監控單元通過以太網將監測的數據上傳到計算機網絡系統中，使得維護人員可以通過網絡工作站遠程對蓄電池組進行核對性容量試驗。在線核容放電控制器設置放電限流值、終止電壓、放電容量、放電時間等參數指令，控制有源逆變器的工作狀態，實現對蓄電池組的充放電轉換、有源逆變器的接入和斷開。

圖1　蓄電池組在線核對放電通信系統組成結構

1.1在線核容放電控制器工作原理

在線核容放電控制器采用單片機為微處理器，同時用到RS485通信接口和若干I/O端口，以完成該系統的設計和實現。

RS485通信接口與有源逆變器模塊、蓄電池組在線監測單元之間進行通信，利用主監控單元預設置的放電時間、放電電流、放電容量，以及單個電池終止電壓等參數向在線核容放電控制器發放電指令。在線核容放電控制器收到放電指令后，啟動有源逆變器模塊，進行在線放電。在蓄電池組放電過程中，在線核容放電控制器會根據主監控單元設置的條件隨時終止放電。在線核容放電控制器工作原理如圖2所示。

一般情況下，變電站直流系統中的K1，K2是閉合的，UPS主要靠站用變的交流電供給變電站所有交流負載；而蓄電池組則為UPS后備電源且其一直處于浮充電狀態，并供給直流負荷。當維護人員對站內蓄電池組進行核對性放電時，通過在線核容放電控制器斷開UPS與蓄電池組的連接線，將蓄電池組與有源逆變器連接，同時通過主監控單元發來的放電指令，啟動有源逆變器，使其進行蓄電池的在線核對性放電。此時直流負荷仍由UPS中的整流器供電。

在放電過程中，如果遇到蓄電池組總電壓最低限值、單個蓄電池終止電壓、終止設置時間、終止放電容量、交流輸入故障、蓄電池溫度異常等情況時，在線核容放電控制器自動對有源逆變器發出停止工作指令，并將蓄電池組自動接入UPS系統進行充電。然后再通過在線核容放電控制器，按照恒流充電—恒壓充電—浮充電的方式對蓄電池組進行充電，保證放電后的蓄電池組充電效果理想，恢復蓄電池組的容量，確保變電站安全運行。

1.2在線核對放電系統通信模型設計

結合某變電站通信狀況分析，在線核對放電系統中的主監控單元與集控站之間較為常見的通信模型主要有以下2個。

（1） 常見的變電站與集控站之間存在計算機網絡環境，并且變電站內有后臺計算機或者其他設備正在使用的前置計算機。可以利用這些計算機的串行通信接口連接在線放電系統的控制單元，并結合在線監測系統發來的數據分析對控制單元進行操作，進而對蓄電池組進行遠程放電核對。實際應用中，前置計算機若沒有空余的串口資源，只需在前置計算機的PCI插槽中擴展1片PCI RS-232轉換卡即可。集控站與變電站間的通信模型1具體如圖3所示。

（2） 對于一些既沒有TCP/IP環境，也沒有遠動裝置的舊變電站，可以選擇為在線放電系統和集控站（中心）配備無線通信模塊，使用成熟的移動通信網絡來傳輸數據，尤其是GPRS數字業務，可以提供較穩定的無線信息通道。這種利用無線信息通道達到在線遠程對其進行放電維護的方式如圖4所示。

圖2　在線核容放電控制器工作原理

圖3　集控站與變電站間的通信模型1

圖4　集控站與變電站間的通信模型2

2　蓄電池核對性放電試驗

對于長期使用限壓限流浮充電運行方式的蓄電池組，無法判斷閥控蓄電池自放電的現有容量以及其內部是否失水或干裂。只有通過核對性放電試驗，才能找出蓄電池存在的問題。

新安裝的閥控蓄電池應全部進行核對性放電試驗，以后每2-3年進行1次。運行6年以后的閥控蓄電池，一般狀態不會太好，容量可能會下降，宜每年進行1次核對性放電試驗。如果蓄電池組綜合評估狀態較好，可適當延長核對性放電試驗周期。

2.1核對性放電容量計算

變電站直流系統的蓄電池組在充滿容量后，以I10恒流進行放電，當蓄電池組（單個蓄電池標準電壓為2 V）電壓下降到1.8 V×N（N為蓄電池組的電池總數）或單個電池電壓下降到1.8 V時，停止放電，并計算其蓄電池組的容量Cn.25 ℃：

Cn.25 ℃=Cn÷［1+Kn（Td-25）］；

其中：Cn為蓄電池組放電n小時后測得的放電容量，其值為放電電流乘以放電時間；Cn.25 ℃為25 ℃時蓄電池放電n小時的率容量（基準溫度的電池容量）；Kn為n小時率下的溫度系數（K10=0.006、K3=0.008、K1=0.010）；Td為蓄電池組放電過程中的蓄電池溫度。

以某110 kV變電站為例，對1組110 V，300 Ah的蓄電池組進行核對性放電試驗。設置蓄電池組放電10 h率放電電流為30 A，當放電9.8 h后，該變電站的蓄電池組（單個蓄電池標準電壓為2 V）總電壓下降到1.8 V×N或單個電池電壓下降到1.8 V，環境溫度為20 ℃，核對該蓄電池組的容量。將實際放電容量換算成25 ℃時的標準容量：Cn.25 ℃=30×9.8÷［1+0.006（25-20）］≈303.093 Ah＞300 Ah。容量合格。

2.2放電容量核對

當試驗測得的Cn.25 ℃略大于或等于蓄電池組的標準額定容量時，蓄電池容量正常。當Cn.25 ℃小于標準額定容量的80 %，說明蓄電池組的情況極其惡劣，無法保障電力生產安全。當Cn.25 ℃為標準額定容量的80 %-100 %，說明蓄電池組虧容，應先對蓄電池組均衡充電，然后再進行核對性放電試驗。若3次放電循環內達不到100 %額定容量，則此組蓄電池為不合格，應安排更換。

3　結論

與傳統的對電力系統中的蓄電池組核對性放電維護方式相比，在線核對放電系統的優勢主要有如下2點：

（1） 使維護人員在值班室內就能對偏遠山區變電站內的蓄電池組進行核對性放電試驗，節約了人力資源，大幅提高了工作效率；

（2） 蓄電池組高達85 %能量回饋電網，且注入電網電流諧波畸變率小于5 %，安全可靠，且能遠程控制核對性放電過程。

該系統已經在部分地區的電力系統中投入使用，極大地減輕了電力部門維護人員的工作量，提高了系統綜合自動化水平及人員工作效率。

1 鄧渝生，趙應春，葉云.蓄電池在線有源逆變核容放電［J］.華東電力，2012，40（4）：693-69.

2 中華人民共和國國家經濟貿易委員會.DL/T 724—2000電力系統用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術規程［S］.北京：中國電力出版社，2000.

3 中華人民共和國國家發展和改革委員會.DL/T 857—2004發電廠、變電所蓄電池用整流逆變設備技術條件［S］.北京：中國電力出版社，2004.

4 鮑慧，齊焱焱，李樹軍.電力通信網中蓄電池組集中監控系統設計與實現［J］.電力自動化設備，2010，30（1）：115-118.

5 黃振強，林品鳳.110 kV變電站直流系統剖析［J］.電力學報，2010，25（6）：490-492.

6 孔慶強.發電廠閥控密封式鉛酸免維護蓄電池的維護管理［J］.電力安全技術，2005，7（3）：15-16.

7 童杭偉，李民，莫雪梅.變電站閥控式鉛酸蓄電池3 h率放電核容方法研究［J］.電力安全技術，2014，16（2）：65-66.

2016-04-03。

吳侗（1988-），男，助理工程師，主要從事電網運行維護工作，email：641734667@qq.com。

王磊（1988-），男，助理工程師，主要從事電網運行維護工作以及電力系統通信研究工作。