基于浮充電流法判斷蓄電池運行狀態技術研究與應用

蘇淑敏 何春 吳文健

摘? 要：站用直流電源系統作為二次設備的工作電源，其安全可靠性要求非常高;蓄電池組作為直流系統的后備電源，電力規程明確要求站用直流電源系統不能不帶蓄電池組運行。然而因器件故障等原因，蓄電池可能脫離直流母線;傳統的直流系統無蓄電池詳細狀態監測（集中監控只監測蓄電池均充和放電狀態），對蓄電池脫離母線故障沒能及時告警，直流系統無蓄電池組運行會可能導致電力系統事故擴大化。該文研究蓄電池狀態電流監測技術，高精度全量程采樣蓄電池狀態電流，通過蓄電池組狀態電流判斷蓄電池組狀態，針對蓄電池組脫離母線故障發出告警，給檢修人員提供檢修依據。

關鍵詞：均充電流? 浮充電流? 蓄電池組放電電流? 蓄電池脫離母線

中圖分類號：TM910.6 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）01（a）-0026-03

站用直流電源系統是應用于水力、火力發電廠，各類變電站和其他使用直流設備的用戶，為給信號設備、保護、自動裝置、事故照明、應急電源及斷路器分、合閘操作提供直流電源的電源設備。直流電源系統的電源由充電機模塊和蓄電池組構成，系統正常運行情況下負荷由充電機提供，充電機還提供蓄電池組的充電電流;蓄電池組作為直流電源系統后備電源，長時間運行在浮充狀態，當直流系統故障或者站用交流失壓或者一次設備重合閘充電機輸出功率不夠時，蓄電池組輸出電流保證直流負荷正常工作。所以運行的直流電源系統不能缺少蓄電池組。

蓄電池組到直流母線間連接由電纜和保護器件組成，人為因素或者器件故障可能導致蓄電池回路異常，發生脫離母線故障。直流電源系統成套設備沒有配備蓄電池脫離母線故障監測專用設備，直流系統集中監控器對蓄電池的監控技術有限不能完全監控蓄電池狀態，導致現階段蓄電池脫離母線不能正確告警。

近年來有不少研究單位研究各式各樣蓄電池組脫離母線告警裝置，多是采用調壓法進行測試，這種方法需要在直流系統動力回路增加器件或者需要跟充電機進行通信控制，增加系統的不穩定性，所以得不到推廣應用。雖然發現脫離母線故障的危害性大，限于技術原因，沒有合適的設備進行故障監測。

1? 蓄電池狀態電流分析

蓄電池組狀態有均充電、浮充電和放電狀態，均充電過程分為均流充電（0.1C）和均壓充電的過程，電流最大控制在0.1C內;浮充電依據電流特性而定，查詢資料知在25℃時閥控式鉛酸蓄電池浮充電流約合0.42mA/Ah;直流系統故障電流極大，設計回路承載電流不得小于5.5I10。站用蓄電池組容量在200～800Ah之間，則均充電流幾十安培，浮充電流幾十到幾百毫安，重合閘電流最大可能有幾百安培。

站用直流系統成套設備有設備監測蓄電池狀態電流，成套設備蓄電池回路部分原理圖如圖1所示。

站用直流電源系統電池組回路如圖1所示，蓄電池組出線經過熔斷器、蓄電池狀態電流監測分流器、隔離開關然后接入直流系統母排。中間接有蓄電池電壓采樣表和蓄電池核容放電開關。

限于直流系統成套設備技術原因，主回路承載能力設計滿足5.5I10，蓄電池狀態電流監測分流器容量比較大，集中監控器只能測量安培級別的電流，即只能準確測量均充狀態和放電狀態，不能準確測量浮充電流。

所以有必要研究蓄電池全狀態電流檢測技術，不改變蓄電池現有回路情況下準確測量蓄電池狀態電流，從而判斷蓄電池運行狀態。

2? 監測蓄電池狀態電流技術研究

站用直流系統設計時安裝分流器參數為75mV不同容量的分流器，容量選擇滿足5.5I10，分流器容量設計參數表參考表1。

根據表1所示，統計6種站用直流系統常用容量蓄電池和直流系統蓄電池回路配備的分流器容量。依據“25℃時閥控式鉛酸蓄電池浮充電流約合0.42mA/Ah”的可知不同容量蓄電池對應的浮充電流值，If=0.42C;依據不同分流器可推算浮充電流狀態下分流器響應電壓，設分流器容量為IB，響應電壓Vmin，則有：Vmin=If/IB×75mV。由此可推算需要檢測電壓范圍見表2。

根據表2所知，需設計電路能夠準確測量0.03～75mV間電壓，然后換算成電流即可。

電子電路元件工作電源3.3V，選用2.5V的穩壓電壓芯片設計AD基準電源，電路輸入有正向電流和反向電流，需要做一倍抬高，所以AD最大電壓為1.25V?？紤]電路零點漂移等影響測量，AD采樣最小值大于80mV。

設計放電電路一，放大倍數Au1，Au1=80/0.03≈2666倍;該電路放大電壓最大值Vmax1=1250/2666=0.468mV。則有設計放大電路一，放大倍數2666倍，放大信號范圍約為0.03～0.46mV。

設計放電電路二，電壓最小范圍設計到0.45mV;放大倍數Au2，Au2=80/0.45≈177倍;該電路放大電壓最大值Vmax2=1250/177=7.06mV。則有設計放大電路二，放大倍數177倍，放大信號范圍約為0.45～7mV。

設計放電電路三，電壓最小范圍設計到6.9mV;放大倍數Au3，Au3=80/6.9≈11.59倍;該電路放大電壓最大值Vmax3=1250/11.6=107.76mV。則有設計放大電路三，放大倍數11.6倍，放大信號范圍約為6.9～75mV。

項目需要設計個放大電路，放大倍數分別為2666倍、177倍和11.6倍，滿足站用直流電源系統蓄電池全狀態電流高精度測試。電流檢測檔位自動切換，切換條件是放大倍數大的電路接近飽和就切換到下一個放大倍數小的電路就行運算即可。

3? 研制蓄電池脫離母線告警裝置

該方案設計浮充電流采樣判斷蓄電池脫離母線故障裝置，采用系統現有分流器采樣蓄電池組浮充電流，電流采用做到寬范圍高精度，實現精確采樣浮充電流的目標，從而準確判斷蓄電池脫離母線故障。

如圖2所示，研制設備接入原系統需要取直流系統電源和并接在現有分流器上進行電流采樣。裝置設計電源電路、檢測電路和控制電路，實現在線監測浮充電流判斷蓄電池脫離母線故障功能;裝置設計LCD觸摸屏人機交換、LED告警指示和告警信號節點輸出等外圍電路。

4? 結語

該文分析浮充電流值大小，總結蓄電池回路電流范圍，數據理論分析實現寬范圍高精度采樣蓄電池全狀態電流方法，可依據該方法設計浮充電流采樣判斷蓄電池脫離母線故障裝置，在不改變直流系統主回路情況下監測蓄電池狀態，保證直流系統安全可靠運行，為電力系統提供優質服務。

參考文獻

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