電力直流控制電源的缺陷及改進

張建領(lǐng)，馬紅霞，李紹強

1.膠南市供電公司，山東青島 266400

2.青州市供電公司，山東青島 262500

在電力系統(tǒng)中，直流控制電源一般是由直流屏、充電裝置及蓄電池組等設(shè)備組成。在發(fā)電廠和變電站中，直流控制電源已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，在正常和事故情況下，都必須使直流控制電源正常運轉(zhuǎn)，來保證提供可靠穩(wěn)定的供電。在電力事故情況下，直流控制電源是“最后一道保安電源”，可以使保護和自動化裝置正常運作得到保證。

1 當前電力直流控制電源存在的問題和缺陷

當前，直流控制電源中得到廣泛使用的大多是以GZDW型為原型，但是，近幾年來，電力直流控制電源中添加了巡檢裝置--蓄電池端電壓。這種巡檢裝置為我國電網(wǎng)直流控制電源系統(tǒng)的不斷自動化起到了關(guān)鍵的作用，但是在不斷的工作實踐中，直流控制電源的缺陷也越來越引起人們的注意。

1）蓄電池不科學的充電方式，單體蓄電池在蓄電池組內(nèi)充電失衡，從而使蓄電池壽命縮短。整流模塊以浮充串聯(lián)方式對蓄電池進行充電。在進行串聯(lián)充電時，單體蓄電池中流過電流是一致的，但是蓄電池因為不同因素的影響，普遍存在電池離散性，每個蓄電池自身情況以及原始容量都不盡相同，容量偏差較大。所以，在運行中將單體蓄電池整合作為一個整體來進行一致的浮充，必然造成長期對原始容量小的蓄電池過充電以及對原始容量大的蓄電池欠充電。當蓄電池過充時，因為電解氧化和熱失控而使電池外殼鼓包、漏氣，受到破壞，極易造成容量失效。相反當蓄電池欠充時，正極和負極的化學反應(yīng)不充分，縮短了蓄電池的使用壽命。不科學的充電方式使蓄電池提早失去效用；

2）將均衡充電概念運用到閥控式鉛酸蓄電池的充電過程中，加速了蓄電池的老化。在電力直流控制電源使用上，蓄電池從最初使用開口式鉛酸蓄電池發(fā)展到今天閥控式密封鉛酸蓄電池的廣泛應(yīng)用。適用于開口鉛酸蓄電池均衡充電概念為了補償其電壓不穩(wěn)定現(xiàn)象的，來使其穩(wěn)定在允許的范圍之內(nèi)。而這種概念也被運用到了閥控式密封鉛酸蓄電池的充放電過程中。2004年隨著閥控式密封鉛酸蓄電池的廣泛應(yīng)用，有人就發(fā)現(xiàn)問題并明確提出：閥控式密封鉛酸蓄電池水分損失后不能再加液，所以其運行壽命可能短于普通蓄電池。還有人指出了其使用壽命縮短的現(xiàn)象，但是并沒有注意到造成水分損失的原因。本文認為錯誤的電力直流控制電源中統(tǒng)一引用了均衡充電概念以及均充的頻繁使用是造成水分損失的原因。另外隨時通過按鍵操作進行手動均衡充電也是錯誤的，因為閥控式密封鉛酸蓄電池采用單向閥密封，所以其對充電電壓比較敏感，過充就代表著熱失控、容量減小、失水、過早報廢，這對其都會帶來致命的損害。另外，單體蓄電池的均充電壓為2.35 V，這個電壓已經(jīng)會對閥控蓄電池造成破壞，再加上串聯(lián)充電的不均勻性，又對單體蓄電池進行了破壞，這在一定程度上加速了蓄電池的失水老化；

3）因為沒有保護回路的原因，在蓄電池組中最關(guān)鍵的部分最脆弱。蓄電池組是電源系統(tǒng)的心臟，在電力事故狀態(tài)下，它是保證電站設(shè)備正常運作的“最后一道關(guān)卡” ，因為如果蓄電池發(fā)生故障，必然引起停電事故；

4）監(jiān)控不到位，過度監(jiān)控整流模塊，而對蓄電池組缺少監(jiān)控。當前后臺監(jiān)控系統(tǒng)中，電力直流控制電源可以完整獲得整流模塊的運行參數(shù)，實現(xiàn)對整流模塊的控制和操作。但是，對蓄電池的監(jiān)控功能運用少而且意義不大甚至無任何相關(guān)，并且有些監(jiān)控效果相反。有些監(jiān)控僅僅關(guān)注蓄電池端的電壓，這是遠遠不夠的。監(jiān)控系統(tǒng)是否合格標準應(yīng)該是在蓄電池容量下降與內(nèi)阻異常增加時及時發(fā)出警告；

5）蓄電池的維護結(jié)果不理想。對電力直流控制電源，當前大多數(shù)的技術(shù)人員都能夠按照規(guī)定，按時檢測蓄電池組的深度放電容量，一般情況下好的蓄電池占大多數(shù)，容量落后的蓄電池占少數(shù)，雖然使用儀器對落后的蓄電池容量進行恢復，但是，效果不佳。如果更換為新電池，又會造成組內(nèi)其他電池惡化更快的情況，最后只得對尚未使用很長時間的整個蓄電池組進行全部更換；

6）蓄電池發(fā)生緊急惡性事故時，缺少預防應(yīng)對能力，系統(tǒng)可靠性低。國家電網(wǎng)公司調(diào)查抽樣統(tǒng)計說明蓄電池故障頻發(fā)且后果嚴重。不僅要考慮其自身質(zhì)量問題，充電裝置的安全可靠性也不可忽視，如果不是運用充電裝置對蓄電池過充電，就不會造成其內(nèi)部壓力升高甚至爆炸，如果在充電裝置中增加自放電電流和溫度監(jiān)測功能，就可以對蓄電池的熱進行控制使其不致演變?yōu)槠鸹鸬膰乐睾蠊?/p>

2 電力直流控制電源的改進

在對電力直流控制電源進行改造的時候可以按下述方案進行。

1）將充電方式改為每只蓄電池獨立進行充電。閥控鉛酸蓄電池對浮充電壓要求嚴格，在不按標準進行操作將造成嚴重后果，出納通的充電方式由于自身局限性，無法滿足這一標準，采用獨立充電的方式能夠有效避免蓄電池的過充以及欠充，保障了蓄電池的壽命。

2）允許電池的單獨更換，從而方便維護工作的進行。傳統(tǒng)的電源受充電電方式?jīng)Q定，不允許進行新舊蓄電池的混用，因此進行電池更換時只能整組全部更換，造成維修成本比較高。而獨立充電的方式能夠使每只單體蓄電池均具有獨立的數(shù)字化充電管理模塊，進行充電時也都是單獨進行，可以做到新舊蓄電池混用而不會影響具體效果，能夠方便地進行某一點吃的更換，使維護程序更加簡便，同時還有效控制了維護成本。

3）設(shè)置備用通路。傳統(tǒng)的電力直流控制電源只有在任何一只電池都不沒有一定問題的時候才能順利工作，否則只要一直出現(xiàn)問題就會導致嚴重事故，這是電路串聯(lián)系統(tǒng)的一種通病。進行備用通路的設(shè)置，可以使故障蓄電池被自動旁路，從而不影響整個蓄電池組的正常工作。根據(jù)某變電站的試驗結(jié)果顯示：在切斷交流電源之后，蓄電池組進行連續(xù)幾小時的放電后，有部分蓄電池因自身容量較小，內(nèi)阻增大，端電壓下降較為明顯，被系統(tǒng)自動旁路，當有8 只電池被旁路之后，變電站的所有操作仍未受到影響。由此可見電力直流控制電源能夠有效提高蓄電池組的工作性能，可靠性。

4）加強對蓄電池的監(jiān)控，保證問題能夠及時發(fā)現(xiàn)。傳統(tǒng)的巡檢裝置后受充電方式的限制，對蓄電池進行全面監(jiān)測十分困難。本文提出的方案，不僅能夠?qū)π铍姵氐亩穗妷哼M行監(jiān)測，還能夠監(jiān)測蓄電池的其他方面的參數(shù)，有利于及時發(fā)現(xiàn)先各種問題，有利于系統(tǒng)維護的進行。

5）增加蓄電池活化功能，使蓄電池保持在最佳狀態(tài)。過充所造成的損害對閥控鉛酸蓄電池來講是非常嚴重的，而輕微的欠充則較為容易處理，通常只需要進行定期活化即可，因此在現(xiàn)實中寧愿輕微欠充也不要過充。本文中所說的管理模塊活化功能，初人工活化方式之外，還可以進行定期自動活化，從而保持蓄電池的良好性能。

6）減少接線數(shù)量，減少潛在故障點。安裝傳統(tǒng)的巡檢裝置時，每只蓄電池上都要加裝2 根導線供檢測使用，這樣不僅帶來施工上得麻煩，還增加了出現(xiàn)故障的可能性。本文中提出的電力直流控制電源加設(shè)了備用通路，一方面有利于實現(xiàn)較為全面的監(jiān)測，另一方面還減少了界限的數(shù)量，有利于降低故障出現(xiàn)的可能性。

7）及時維護，設(shè)置GPRS手機報警功能。當前大多數(shù)的變電站均無人值守，采用GPRS 報警模塊可以及時將監(jiān)測到的問題向維護人員發(fā)送提醒報告，及時維護電力系統(tǒng)安全。

8）在直流操作電源管理中建立數(shù)字化充電管理通信接口，實現(xiàn)其集散化。獨立充電方式可以實現(xiàn)單體蓄電池擁有帶有通信功能獨立的數(shù)字化充電管理模塊，這種方式符合將來直流控制電源的發(fā)展方向，使其不斷向集散化管理以及數(shù)字化變電站的方向發(fā)展。

[1]白忠敏，劉百震，於崇干，等.電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計手冊[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]《電力工程直流電源系統(tǒng)GZD、GZDW直流電源柜設(shè)計選型手冊》編寫組.電力工程直流電源系統(tǒng)GZD、GZDW 直流電源柜設(shè)計選型手冊[M].北京：中國電力出版社，1998：1-2，9-11.

[3]國家電力公司電力規(guī)劃設(shè)計總院.DL/T 5120-2000 小型電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2000.

[4]中國電力企業(yè)聯(lián)合會.DL/T 5044-2004 電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2004.

[5]李宏偉，張松林.閥控式密封鉛酸蓄電池實用技術(shù)問答[M].北京：中國電力出版社，2004：8，21-27.