變電站蓄電池遠程維護技術的探討

張曉波 劉偉浩 解學智 黃曉波 周珊

摘? 要：變電站用鉛酸蓄電池需要定期進行維護及核對性放電作業，傳統維護模式需要耗費大量的人力、物理。文章對變電站蓄電池的工作性能進行介紹，分析蓄電池使用過程中的問題和潛在隱患，介紹了當前蓄電池遠程維護的技術的發展，對蓄電池遠程維護技術在變電站中的應用進行了展望。

關鍵詞：變電站;蓄電池;遠程維護;核對性放電

中圖分類號：TM912? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）23-0145-02

Abstract： The lead-acid battery used in substation needs regular maintenance and nuclear discharge operation， and the traditional maintenance mode needs to consume a lot of manpower and physics. This paper introduces the working performance of storage battery in substation， analyzes the problems and potential hidden dangers in the process of battery use， and introduces the development of remote maintenance technology of storage battery. The application of battery remote maintenance technology in substation is prospected.

Keywords： substation; battery; remote maintenance; checkdischarge

隨著電力通信網的擴大，蓄電池組數量急劇增加，同時電網的運行又要求蓄電池組進行精細化運維管理，導致運維人員承擔的通信系統維護工作急劇增大，難以做到對每一組蓄電池的最佳維護。若通信電源系統存在隱患，一旦交流系統故障，維護人員無法迅速到達現場進行維護搶修，通信設備將面臨停運風險，將對電網的安全穩定運行造成惡劣影響。

1 變電站蓄電池的工作現狀

1.1 變電站蓄電池的工作原理

蓄電池的基本工作分為充電和放電。充電為蓄電池的使用儲備能量，放電是為電路工作，變電站中的閥控鉛酸免維修蓄電池長期均處于浮充狀態，在工作中不需要調節電池酸堿度，也不需要增添電解液，使用極為便利。

1.2 特性要求

第一，蓄電池開路壓降為0.03V;第二，2V的單體電池與其他電池之間的連接條壓降必須小于或等于8mV;第三，蓄電池的內阻值誤差必須在±10%以內，如蓄電池為220V的絕緣電阻阻值要大于等于200kΩ;第四，一般VRLA蓄電池正極板的厚度必須高于或等于3mm;第五，新買的蓄電池需進行三次充電和放電循環，根據I10循環標準檢驗合格后才能投入使用。

1.3 蓄電池的維護管理現狀

當前蓄電池的日常檢修情況主要依靠人力完成。這種管理方式難以得到精準測量的標準，檢測結果的可信度不佳。工作人員在操作過程中工作量較大，工作效率較低，易引起工作人員的倦怠心理，導致蓄電池在投入使用后期頻頻出現問題。

2 電池工作中存在的問題及原因分析

2.1 蓄電池失水過多

變電站中的蓄電池采用貧液式結構。當蓄電池中水分降低，會導致蓄電池中電壓極速降低;當蓄電池失水過多，會直接影響蓄電池的正常工作。由此可見，蓄電池中電解液的含量直接影響蓄電池的正常工作狀況。當蓄電池中電壓下降到終止電壓時，蓄電池中的電解質就會發生變化，蓄電池便失去了工作能力。

蓄電池中電解液含量受眾多因素影響。其中主要原因是蓄電池自身溫度過高或者周圍環境溫度提升。例如蓄電池中的電壓過高蓄電池溫度提升導致水分蒸發，電解液減少，蓄電池失水。蓄電池充電時電流過大也會導致蓄電池溫度增長，進而蒸發失水。另外，當控制閥失效，蓄電池沒有進行自我保護，也會造成失水現象。

2.2 蓄電池的外殼發生形變

一旦蓄電池在工作的過程中出現外殼膨脹現象。使用方式不正確、使用或者運輸環境不當、儲存方式不規范等都會造成蓄電池外殼膨脹。使用過程中蓄電池內部壓強變化會造成外殼膨脹，例如，蓄電池內部溫度增加，蓄電池充電電壓較高，蓄電池短路或者斷路，安全控制閥失效等等。

2.3 蓄電池容量降低

判斷蓄電池容量是否降低的標準是觀察十個小時內蓄電池的放電率，蓄電池的容量應當低于定容量的80%。蓄電池容量降低是受電解質變質影響的，電解質是否變質取決于蓄電池是否有失水現象。由此可見蓄電池電容量降低與蓄電池失水現象之間具有本質聯系。

2.4 蓄電池內部開路

蓄電池內部開路表現為蓄電池內部不通導，內部不存在電流，并且電路中某一端點的電壓異常升高。蓄電池內部開路的原因是蓄電池內部導體故障，內部斷流不通暢。表現在蓄電池外部則是蓄電池受外力影響導致的電池板彎曲，甚至電池板斷裂。

2.5 蓄電池滲漏液

蓄電池內部具有部分滲透液，當內部滲透液流出時稱為蓄電池滲漏液現象。內部滲透液流出會阻塞槽蓋封合出處、正負接線柱上、安全閥口處等部位，工作人員檢查是能夠明顯看出蓄電池外在變化。蓄電池內部溫度增加，蓄電池充電電壓較高，蓄電池短路或者斷路，安全控制閥失效等都會引起蓄電池滲透液。

3 蓄電池在線核容技術的發展

3.1 純電阻式負載在線放電

最早期的蓄電池在線容量核對設備采用放電切換控制電路將蓄電池組脫離電源系統后，通過PTC負載或調阻式負載進行放電。純電阻式負載放電方式結構簡單，技術含量低，價格便宜，工作可靠，但是其缺點也非常明顯：（1）蓄電池在放電過程中，端電壓不斷降低，簡單的純電阻通斷調控難以做到恒流放電，從而不能準確測量蓄電池的容量。部分放電機采用PWM控制來進行電流控制，會出現較大的反峰電壓，對蓄電池產生較大的影響。（2）放電環境惡劣，電阻絲在發熱過程中溫度較高，存在較大的火災隱患，且電阻以發熱形式釋放，會造成放電室溫度升高。以48V/500AH蓄電池組計算，核對行放電時的功率達2.5kW，如此大的熱能耗散也是一個非常大的問題。（3）發熱負載放電機的體積通常非常龐大。（4）電能被消耗，造成了能量的浪費。此類設備在實際應用時，仍然需要人工現場操作及值守，不具備無人值守的條件。

3.2 在線負荷評估式放電

將通信直流電壓調低至設定閾值（如-48V），讓蓄電池組直接對本地負荷進行供電損耗電能直至蓄電池組電壓低至設定閾值。在線負荷評估式放電雖然工作量少，由于采用實際負荷進行，往往放電電流隨著電壓逐漸降低而增大，無法對蓄電池組的健康程度進行定量評估。

3.3 DC/AC逆變并網式在線放電

應用逆變并網模塊作為電源系統蓄電池的放電單元，將蓄電池電能回饋至電網，效率可達90%以上。逆變并網模塊與在線控制模塊構成的遠程逆變并網放電系統使蓄電池始終與直流屏的直流母線保持連接。在對蓄電池進行核容放電試驗時，直流母線由整流屏供電，蓄電池向電網回饋電能;當整流屏輸出故障或交流停電時，能夠自動停止核容試驗，將蓄電池立即接入直流母線，保證母線供電不中斷。逆變并網核容技術節能環保，同時解決了發熱負載放電存在的過熱安全隱患，但是由于需要接入交流，與其他方式相比系統接線相對復雜，增加了施工過程中的安全風險。

3.4 DC/DC升壓式核容放電

在蓄電池組與直流母線之間增加Boost升壓電路，將蓄電池組的電壓上升至略高于整流屏的輸出電壓，使蓄電池組對本地負荷進行供電損耗電能。通過實時監測及反饋放電電流大小對Boost升壓電路進行閉環控制實現恒定電流放電。升壓式核容放電在負載電流大于0.1C電流的前提下，實現0.1C恒流放電。

3.5 各種在線遠程維護技術對比

各個蓄電池在線遠程維護技術方案對比如表1所示。

4 結束語

蓄電池遠程維護技術能夠實現規范化的全自動遠程核容放電，解決蓄電池無有效維護手段的問題，及時預警電池故障隱患并給出合理的維護建議。同時實現定期的放電、充電活化可以提升電池容量，具有廣闊的應用前景。

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