變電站蓄電池日常監(jiān)測(cè)原理缺陷的探討

2021-01-23 08:00:06王會(huì)琳閻顯偉劉文靜爨雨萌朱劉升

通信電源技術(shù) 2020年19期

王會(huì)琳，閻顯偉，劉文靜，爨雨萌，朱劉升

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司檢修公司，河南鄭州 450000）

0 引言

當(dāng)變電站正常工作時(shí)，蓄電池一般會(huì)處于浮充電狀態(tài)。如果變電站因?yàn)槟承┰虺霈F(xiàn)問(wèn)題造成無(wú)法正常供電，蓄電池就會(huì)發(fā)揮出它的作用，保證變電站的日常運(yùn)作。蓄電池使用的時(shí)間較久，就會(huì)出現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換率低下、蓄電池容量下降等問(wèn)題，非常容易出現(xiàn)故障，進(jìn)而影響變電站的正常運(yùn)作。為了防止出現(xiàn)這種情況，對(duì)變電站蓄電池定期的進(jìn)行監(jiān)測(cè)維護(hù)是非常重要的一項(xiàng)工作。目前對(duì)變電站蓄電池的日常監(jiān)測(cè)工作存在很大的缺陷問(wèn)題，由于很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決蓄電池存在的故障問(wèn)題，會(huì)造成蓄電池報(bào)廢，因此必須對(duì)變電站蓄電池的日常監(jiān)測(cè)進(jìn)行創(chuàng)新完善。

1 變電站蓄電池的日常監(jiān)測(cè)工作和監(jiān)測(cè)方法闡述

目前，變電站使用的蓄電池一般都是閥控式鉛酸蓄電池，在對(duì)這種蓄電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)主要有如下5個(gè)項(xiàng)目。一是整個(gè)電池的電壓及單個(gè)電池的電壓，測(cè)試工具為萬(wàn)用表。如果監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不正常，就需要深入分析所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，并觀察蓄電池的外部溫度。二是電池的阻值和導(dǎo)電性，監(jiān)測(cè)工具為內(nèi)阻檢測(cè)儀[1]。如果阻值過(guò)高，則要深入檢查電壓、電池的運(yùn)行狀態(tài)和溫度，查看是否充電和放電過(guò)于飽和，電池是否老化。三是溫度，測(cè)試工具是溫度計(jì)，如果電池的溫度超過(guò)95 ℃就要檢查蓄電池的通風(fēng)環(huán)境，查看是否存在短路等故障導(dǎo)致電池變熱。四是外表，需要使用觀察法對(duì)其進(jìn)行查看，查看電池的外殼是否干凈完整，螺母是否緊固。五是電池的容量，對(duì)電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)需要做放電試驗(yàn)。檢查單體的電池容量是否符合標(biāo)準(zhǔn)，電池的內(nèi)部是否出現(xiàn)短路或者斷路的現(xiàn)象，對(duì)蓄電池整體進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)估。

在對(duì)蓄電池進(jìn)行檢測(cè)維護(hù)時(shí)，為了保證變電站的安全性，不可以將蓄電池單獨(dú)分離出來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而且監(jiān)測(cè)花費(fèi)力度也非常大，當(dāng)前使用比較廣泛的是利用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)蓄電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是由數(shù)據(jù)搜集裝置、放電裝置以及監(jiān)測(cè)裝置組成，可以對(duì)蓄電池的實(shí)時(shí)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)蓄電池阻值進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，也可以模擬靜態(tài)放電對(duì)蓄電池的容量進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)以上種種數(shù)據(jù)分析綜合的評(píng)估蓄電池的整體性能[2]。但是這種系統(tǒng)目前還存在一定的監(jiān)測(cè)偏差，檢測(cè)精準(zhǔn)度不高、系統(tǒng)不穩(wěn)定等問(wèn)題層出不窮。結(jié)合實(shí)際的運(yùn)行情況，對(duì)電壓的測(cè)量存在的誤差具有隨機(jī)性，會(huì)和蓄電池的溫度和儲(chǔ)電量有一定的關(guān)系，還和檢測(cè)工具的精準(zhǔn)度有一定的關(guān)系。系統(tǒng)不穩(wěn)定誤報(bào)警的主要因素就是測(cè)量誤差較大，測(cè)量時(shí)候出現(xiàn)回路故障。回路連接的保險(xiǎn)管破損或者連接處接觸不良都會(huì)造成檢測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，進(jìn)而出現(xiàn)誤報(bào)警的情況，這會(huì)給蓄電池檢測(cè)維修人員帶來(lái)很大的麻煩。

2 變電站蓄電池日常監(jiān)測(cè)原理存在的缺陷

變電站蓄電池失效的主要原因就是內(nèi)阻增大致使蓄電池的電壓逐漸減小，進(jìn)而出現(xiàn)反向電壓影響電池正常運(yùn)作，造成電池不能夠滿足負(fù)載電壓的需求，最終導(dǎo)致出現(xiàn)電池失效和報(bào)廢的情況。由于在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還存在一定的缺陷，在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程開(kāi)路電池很難被發(fā)現(xiàn)，盡管離線檢測(cè)可以有效地對(duì)蓄電池是否開(kāi)路進(jìn)行檢測(cè)，但是需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和力量，監(jiān)測(cè)時(shí)也會(huì)對(duì)蓄電池造成一定的損傷[3]。所以，蓄電池的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)迫切需要改進(jìn)。

低壓直流系統(tǒng)的額定電壓在浮動(dòng)充電條件下為220 V/380 V。電池組（18節(jié)單電池）的電動(dòng)勢(shì)E為230 V，內(nèi)部電阻R為2 Ω，正常單電池E1為12 V，內(nèi)部電阻R1為1 Ω，負(fù)載電流Ih為5 A。然后，實(shí)際端子電壓V1應(yīng)為216 V。同時(shí)，將電池異常內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì)設(shè)置為Rk和EK。圖1為蓄電池在線監(jiān)測(cè)原理示意圖。

圖1 蓄電池在線監(jiān)測(cè)原理示意圖

圖1中，在正常條件下，電池充電電流I=0.22 A，電池端子電壓為≈220 V＞V1，單個(gè)電池端子電壓為12.22 V＞E1。可以看出，在線監(jiān)測(cè)獲得的運(yùn)行參數(shù)與實(shí)際性能參數(shù)之間存在偏差。

在異常情況下，第K個(gè)電池的內(nèi)部電阻從1 Ω增加到Rk，而電動(dòng)勢(shì)從12 V改變到EK。類似地，根據(jù)圖1，電池充電電流I遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1 A，并且電池端子電壓大于216 V，這與正常情況相似。當(dāng)EK小于12 V且大于10 V時(shí)，單節(jié)電池的性能下降，并且難以判斷結(jié)果。當(dāng)EK小于10 V時(shí)，電池開(kāi)始損壞，但是仍然很難判斷結(jié)果。當(dāng)EK為0且Rk為0時(shí)，端子電壓過(guò)高，電池開(kāi)路。

當(dāng)兩個(gè)電池的內(nèi)部電阻增加并從1 Ω變?yōu)镽k，并且電動(dòng)勢(shì)也從原來(lái)的12 V變?yōu)镋K時(shí)，其他條件保持不變。根據(jù)圖1，電池充電電流I小于1 A，電池端電壓大于216 V。單電池電壓與正常值之間無(wú)顯著差異，其結(jié)果基本上是類似于電池內(nèi)部電阻的增加。當(dāng)EK低于12 V且高于10 V時(shí)，電池的性能下降，并且不容易判斷結(jié)果。當(dāng)EK小于10 V時(shí)，電池開(kāi)始損壞，但是仍然很難判斷結(jié)果。當(dāng)EK為0且Rk為1000時(shí)，端子電壓過(guò)高，電池完全損壞[4]。

當(dāng)18個(gè)電池的內(nèi)部電阻從原來(lái)的1 Ω增大到Rk，并且電動(dòng)勢(shì)也從最初的12 V變?yōu)镋K時(shí)，其他條件保持不變。類似地，根據(jù)圖1，充電電流I遠(yuǎn)小于1 A，電池端子電壓大于216 V，單個(gè)電池端子電壓為12.22 V，這與正常情況一致。

通過(guò)上面的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析可以看出，變電站在運(yùn)行時(shí)對(duì)蓄電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無(wú)論電池是否存在問(wèn)題故障，或者電池?fù)p壞，單從電壓上都不能夠進(jìn)行合理的判斷。此外，當(dāng)一組蓄電池基本損壞時(shí)，監(jiān)測(cè)結(jié)果卻和正常情況下的結(jié)果更加接近。因此，這種在線監(jiān)測(cè)端電壓不易反映變電站蓄電池是否存在問(wèn)題故障。

由于變電站一般使用的是閥控式鉛酸蓄電池，因此在正常運(yùn)作時(shí)，電池會(huì)處于限壓限流的一種浮充狀態(tài)。該種蓄電池的密封性比較好，電池內(nèi)部的構(gòu)造很難進(jìn)行觀察，只能通過(guò)核對(duì)性放電的形式對(duì)蓄電池的容量和內(nèi)部的基本狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，但是使用核對(duì)性的放電形式測(cè)量方法需要將蓄電池從變電站蓄電池系統(tǒng)中分離出來(lái)，這是不提倡采用的，因?yàn)闀?huì)進(jìn)一步的對(duì)變電站的風(fēng)險(xiǎn)抵抗能力造成一定的影響。同時(shí)，檢測(cè)的時(shí)間也比較長(zhǎng)，精準(zhǔn)度也沒(méi)有保障。

隨著電氣技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，變電站監(jiān)測(cè)設(shè)備不斷進(jìn)行創(chuàng)新，性能也越來(lái)越高，電力系統(tǒng)的構(gòu)造也得到了一定的完善，問(wèn)題出現(xiàn)的次數(shù)也有所減少。同時(shí)，低壓直流系統(tǒng)沖擊的負(fù)載也有所降低，蓄電池一般作為備用的能源很少有發(fā)揮的機(jī)會(huì)。由于長(zhǎng)期不工作，電池的性能也會(huì)有所下降，在加上容量檢測(cè)試驗(yàn)會(huì)對(duì)蓄電池造成很大的損害，如果不能夠及時(shí)地對(duì)蓄電池的性能進(jìn)行綜合評(píng)估，不能及時(shí)更換已經(jīng)損害的蓄電池，那么在變電站出現(xiàn)事故時(shí)就很難發(fā)揮出其應(yīng)有的作用，進(jìn)而引起重大的事故。所以，變電站蓄電池日常監(jiān)測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新完善非常重要。

3 變電站蓄電池日常監(jiān)測(cè)的創(chuàng)新改進(jìn)

為了在保證不使蓄電池和變電站系統(tǒng)分離的基礎(chǔ)上，還可以做到對(duì)蓄電池的有效監(jiān)測(cè)和電池容量檢測(cè)，可以使用二極管對(duì)蓄電池的原理進(jìn)創(chuàng)新完善，精準(zhǔn)評(píng)估蓄電池的異常狀態(tài)。具體的創(chuàng)新原理如圖2所示。

圖2 蓄電池日常監(jiān)測(cè)原理創(chuàng)新示意圖

在圖2中，1和2都是表示開(kāi)關(guān)，3是大功率的二極管，4是蓄電池放電開(kāi)關(guān)，5是直流電檢測(cè)表，6是較大阻值的電阻。

在變電站正常運(yùn)作時(shí)，開(kāi)關(guān)1是閉合狀態(tài)，2和4是斷開(kāi)狀態(tài)，這就是蓄電池的浮充狀態(tài)。在對(duì)蓄電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，先打開(kāi)開(kāi)關(guān)2，再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)1。同時(shí)，二極管是單向?qū)щ姷脑铍姵氐亩穗妷罕雀〕潆妷旱停猿潆姾头劈c(diǎn)的電壓為0，因此，二極管并不會(huì)因?yàn)殡妷哼^(guò)大出現(xiàn)擊穿的情況，而且蓄電池自身也處于一個(gè)分離直流系統(tǒng)的狀態(tài)。這樣，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所得到的數(shù)據(jù)就可以比較精準(zhǔn)地反映蓄電池的性能，為蓄電池的監(jiān)測(cè)和維護(hù)人員提供依據(jù)參考[5]。

如果想要檢測(cè)蓄電池的電池容量，就要先打開(kāi)放電開(kāi)關(guān)4，這時(shí)的電流表上的數(shù)據(jù)就是放電的電流，通過(guò)蓄電池放電時(shí)的電流大小和正常情況下的進(jìn)行對(duì)比，就可以獲得電池容量的信息。這樣就可以在不使蓄電池和變電站分離的情況下對(duì)蓄電池的容量進(jìn)行檢測(cè)。這不僅可以減少檢測(cè)的時(shí)間周期，還可以很好地對(duì)蓄電池進(jìn)行檢測(cè)，提高變電站的安全系數(shù)。

在實(shí)際監(jiān)控或放電測(cè)試過(guò)程中，由于充電機(jī)無(wú)法正常工作且無(wú)法輸出電壓，那么母線電壓將降低。當(dāng)母線電壓低于電池電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)2閉合，電池為母線供電，從而確保了系統(tǒng)供電的連續(xù)性。當(dāng)總線電壓恢復(fù)正常時(shí)，關(guān)閉開(kāi)關(guān)1并斷開(kāi)開(kāi)關(guān)2，電池可以正常工作。為了使其發(fā)揮作用，反向擊穿電壓要高于充電輸出電壓和電池之間的電壓差，同時(shí)要確保其具有一定的沖擊功率[6]。

4 結(jié) 論