變電站通信電源蓄電池維護若干問題淺析

常 榮，鄧成蘭

（1.云南電網(wǎng)公司玉溪供電局，云南 玉溪653100；2.云南電網(wǎng)公司昆明供電局，云南 昆明650011）

1 電力通信直流電源系統(tǒng)概述

在電力通信系統(tǒng)中，通信設備采用－48 V直流電源。電力通信直流電源系統(tǒng)中蓄電池為閥控式密封鉛酸蓄電池（簡稱VRLA），充電裝置采用高頻開關電源。正常情況下，蓄電池組以浮充電方式運行（連續(xù)浮充），即將充足電的蓄電池與高頻開關電源并聯(lián)運行（圖1）。高頻開關電源除了給通信設備供電，同時，還以小電流向蓄電池組浮充，以補償蓄電池自放電的損耗，使蓄電池處于充滿電的狀態(tài)。但交流失電時，全部直流負荷由蓄電池供電。如果蓄電池的性能不滿足要求，將導致電力通信系統(tǒng)的中斷，從而威脅到電網(wǎng)安全運行。大量的研究和運行經(jīng)驗［1－4］表明：蓄電池長期處于只充電，不放電的工作狀態(tài)，會造成蓄電池陽極極板鈍化，導致蓄電池內(nèi)阻增大，蓄電池可用容量遠低于其標稱容量，從而導致蓄電池提供的實際后備供電時間減少。一旦交流失電，蓄電池組只能向負載提供極短的供電時間。因此，對于長期處于“浮充”狀態(tài)的蓄電池，應定期進行充放電試驗，保持蓄電池長期活性。

此外，充電方式、環(huán)境溫度、老化等因素都會對蓄電池的容量造成影響，使蓄電池組的實際容量比其標稱額定容量?。?］。對蓄電池定期進行充放電試驗，可以準確掌握蓄電池可供使用的容量，發(fā)現(xiàn)蓄電池容量衰減引起的后備供電時間縮短，消除隱患。從這兩個方面來說，定期對蓄電池進行充放電試驗，是電力通信運行維護中一項重要的工作，但在實際的運行維護中也存在著一些誤區(qū)。

圖1 電力通信直流電源系統(tǒng)

2 核對性放電試驗和全核對性放電試驗

為了規(guī)范通信電源的管理，提高通信電源的維護水平，《南方電網(wǎng)通信電源技術規(guī)范》［6］中對蓄電池的定期充放電做了如下的規(guī)定：新安裝或大修后的閥控蓄電池組，應進行全核對性放電試驗，以后每隔2～3年進行一次核對性試驗，運行6年以后的閥控蓄電池，應每年作一次核對性放電試驗?！赌戏诫娋W(wǎng)通信電源技術規(guī)范》中沒有對全核對性放電試驗和核對性試驗的區(qū)別進行詳細的說明。然而，對這兩個概念是否理解，會影響到對蓄電池進行定期充放電的方法。

目前，玉溪供電局對蓄電池的定期充放電一般按每3年／2年／1年一次的規(guī)程周期進行，一般采用3 h率放電，放出額定容量的70%～80%，實際上，這是全核對性放電試驗而不是核對性放電試驗。核對性放電試驗一般放出額定容量的30%～40%（10 h率）［7］。因此，應理解全核對性放電試驗和核對性試驗這兩個概念的區(qū)別，科學地對蓄電池進行定期充放電，避免頻繁地對蓄電池進行全核對性放電試驗，這不僅造成了人力物力等資源的浪費，而且也會縮短了蓄電池使用壽命。

3 蓄電池的放電方法

無論是全核對性放電試驗，還是核對性試驗，其本質(zhì)都是對蓄電池進行定期充放電，目的是為了活化蓄電池和測量蓄電池的容量。因此維護人員有必要了解蓄電池方法的原理及優(yōu)缺點，這將有助于提高蓄電池的運行維護水平。目前，常用的蓄電池的放電方法有離線式、在線評估式、全在線放電三種方法［7］。

3.1 離線式放電法

離線式放電法是將其中一組電池脫離系統(tǒng)，加以負載箱放電的方式。目前玉溪供電局對蓄電池放電時，均采用該方法。而且大多數(shù)維護人員認為，這是一種安全可靠的放電方式 ，其原因是假如交流失電，另外一組電池還能繼續(xù)給設備供電。在進行該項作業(yè)風險分析時，認為最大的風險點在于若操作不慎，會造成電池兩極短路，導致電池損壞，燙傷作業(yè)人員。事實上，這種放電方式事故風險是比較高的，主要表現(xiàn)在：一旦市電中斷或整流模塊故障，系統(tǒng)備用電池供電時間明顯縮短，而此時尚不清楚另一組在線電池是否存在質(zhì)量問題，如果該組電池存在質(zhì)量問題，將造成設備失電，導致通信的中斷。在目前玉溪供電局蓄電池放電作業(yè)風險分析書中沒有充分考慮到該風險，缺少相應的控制措施，因此有必要進一步完善玉溪供電局蓄電池充放電作業(yè)風險分析書，對該風險制定控制措施，提供該風險的預控能力。此外，從節(jié)能降耗的角度來說，該方法是通過假負載以熱量的形式消耗電池存儲的電能，造成電能的浪費，同時造成室內(nèi)溫度升高，增加空調(diào)負擔，不利于節(jié)能。

3.2 在線評估式放電法

在線評估式放電法是以實際負荷對蓄電池進行放電的方式。通過調(diào)整流模塊輸出電壓至保護低壓值（如－46 V），使所有后備電池組直接對實際的負荷進行放電至整流模塊輸出電壓保護設置值。但目前玉溪供電局所屬的二級電網(wǎng)通信網(wǎng)負載較小，采用該放電方法，存在這樣的問題：

負載較小，導致放電時間較長，對于實際負載的放電時間掌握比較困難；

放電深度有限，評估電池容量難以準確，對保持電池組活性這一放電測試目的難以達到維護預期工作效果。

采用這種方法放電時，兩蓄電池組之間放電電流不均衡。各組蓄電池將根據(jù)自身情況自然分攤系統(tǒng)的負荷電流來放電，落后電池，內(nèi)阻大，分攤電流小；而健康的電池組，內(nèi)阻低，分攤電流大，造成某些落后電池因放電電流過小而無法查出，達不到測量蓄電池真實容量的目的。

這種放電方法也存在著風險。如果兩組電池都有失容或欠容、落后等質(zhì)量問題，在其放電至整流模塊輸出保護值的時間內(nèi)，不易被維護人員及時發(fā)現(xiàn)，此時可能后備電池容量所剩無幾，存在風險。在線評估式放電方法，只能大概評估電池組的性能，或檢測此電池組可以放電至此保護電壓的時間長短，而無法檢測出蓄電池的最長放電時間。但與離線式放電法相比，該方法蓄電池儲能被負載利用，是一種節(jié)約能源的放電方法。

3.3 全在線放電技術

前面介紹的兩種蓄電池放電方法各有特點，又各有弊端。離線放電方法雖然可以達到蓄電池容量測試的目的，但是工作量大，風險高，浪費能源；而在線評估式放電方法雖然工作量較小，節(jié)約能源，但達不到蓄電池容量測試的目的，存在安全隱患。全在線放電技術是一種全新的、科學的容量測試技術，在確保電池放電容量測試達到預期的維護質(zhì)量檢測效果的同時，操作簡單安全，工作效率高，達到安全節(jié)能維護效果。全在線放電技術通過在被測電池組的正極串聯(lián)電池組全在線放電設備，使被測電池組所在支路的電壓略高出整流模塊輸出或另一組電池的電壓，這樣能使該電池組對實際負荷進行放電。在放電過程中，隨著放電時間的延長，蓄電池組電壓將逐漸下降，此時，全在線放電設備對蓄電池組電壓自動補償調(diào)整，使被測電池組以恒流或恒定功率的方式進行放電。通過設定蓄電池組放電終止電壓、時間、容量、單體電壓閥值，完成放電測試，實現(xiàn)該電池組在線放電測試目的和預期維護效果［10］。

被測蓄電池組完成放電測試后，全在線放電設備將自動進入充電程序，自動調(diào)整整流模塊的輸出，等電位控制保護電路以限流方式對被測蓄電池組進行充電，充電結束后，全在線放電測試設備自動退出服務，實現(xiàn)蓄電池組全在線放電、充電恢復等電位正常連接全過程。另一組電池以同樣的方式進行在線放電容量測試。這里需要特別指出的是，為了確保電池放電測試的安全性，電池組全在線放電設備在串聯(lián)接入電池組正極時需要采用無縫連接方式。表1比較了這三種放電方法的特點。

4 蓄電池的充電方式

在電力通信電源中，對蓄電池的充電方式主要有浮充和均衡充電兩種方式，理解這兩種不同充電方式的特點和要求，對延長蓄電池的使用壽命是很有益處的。

表1 蓄電池放電技術比較

4.1 浮 充

蓄電池和其它直流電源并聯(lián)供電，稱為浮充，浮充可分為半浮充和全浮充兩種方式［11］。當負荷較大時進行浮充供電，而負荷較小時由蓄電池組單獨供電的工作方式，稱為半浮充工作方式，或稱定期浮充工作方式。若無論負荷較大或較小均由電源線路與蓄電池組并聯(lián)浮充供電，則稱為全浮充工作方式，或稱連續(xù)浮充工作方式。電力通信系統(tǒng)中均采用全浮充。

浮充電壓的高低會直接影響到蓄電池的使用壽命。持續(xù)過高的浮充電壓會造成浮充電流增大而使蓄電池過充，加速蓄電池水份蒸發(fā)，縮短蓄電池使用壽命，最壞的情況可能導致電解液干涸而損壞蓄電池；持續(xù)過低的浮充電壓會造成浮充電流減小而使蓄電池欠充，導致電解液導電率下降，內(nèi)阻增大，兩極活性物質(zhì)中不能復原的硫酸鹽增加，使蓄電池容量下降。因此，浮充電壓和浮充電流的選擇對蓄電池的使用壽命，對直流系統(tǒng)的安全可靠運行都具有十分重要的作用。文獻［12，13］對閥控式鉛酸蓄電池浮充電運行問題進行了探討。文獻［14］在分析目前鉛酸蓄電池浮充電運行中存在的極板氧化問題，提出在充電周期中，通過加入短暫的逆變放電，且使逆變放電的時間和次數(shù)可控、可調(diào)，來改善浮充電運行中的極板氧化問題。

4.2 均衡充電

為補償蓄電池在使用過程中產(chǎn)生的電壓不均衡現(xiàn)象，使蓄電池組中所有單體電池的電壓達到均衡一致而進行的充電，以及大容量放電后的補充充電，稱為均衡充電，簡稱均充［11］。合適的均充電壓和均充頻率是提高蓄電池使用壽命的基礎。均充時，通常采用恒壓限流的方式。充電電壓的設置也要根據(jù)電池的結構特點和環(huán)境溫度來確定?！赌戏诫娋W(wǎng)通信電源技術規(guī)范》［6］給出了環(huán)境溫度25℃時，蓄電池浮充和均充電壓取值見表2。

表2 浮充電壓和均充電壓

5 重視放電數(shù)據(jù)的分析

目前玉溪供電局對蓄電池放電試驗中，采用設置放電時間及蓄電池單體終止電壓來檢測是否存在落后電池。在放電的過程中，通過放電時間和蓄電池單體終止電壓來判斷是否終止放電。也就是說，蓄電池單體電壓先達到終止電壓，則停止放電，否則繼續(xù)放電，直到放電時間到。這是一種檢測落后蓄電池簡單而有效的方法。如果蓄電池在放電過程中放電時間先達到，蓄電池單體終止電壓未到時，就認為蓄電池全部合格，而不會進一步去分析蓄電池組的實際容量是多少。但對蓄電池進行定期核對性放電試驗其目的之一是測量蓄電池的實際容量，如果不重視蓄電池定檢數(shù)據(jù)分析，就達不到蓄電池放電的目的。

蓄電池在一定放電條件下所能給出的總電量稱為蓄電池的容量，常用C表示［15］。由于蓄電池的端電壓是一個變量，為更準確地表示蓄電池的電源特性，實際工作中一般用安時（Ah）來表征蓄電池的容量，其值為恒定電流與時間的乘積，可用公式（1）定義如下：

文獻［16－20］對VRLA蓄電池容量計算方法進行了研究，但總體可以歸納為兩類。一類是研究VRLA內(nèi)部的電化學反應，分析蓄電池容量的隔板、正負極板等材料屬性及電池內(nèi)部結構，計算蓄電池容量。另一類研究則通過測量蓄電池的工作電壓、電流、溫度等參數(shù)，總結出一定規(guī)律和算法，來計算蓄電池容量。由于外部參數(shù)比較容易測量到，而且這些參數(shù)與電池的剩余電量之間也是有一定規(guī)律性，目前大多數(shù)研究者采用該方法計算蓄電池容量。因此，對蓄電池進行放電試驗，測量蓄電池工作電壓、電流、溫度等參數(shù)來計算蓄電池的容量是目前最可靠的方法之一［17］，其原理如圖2所示。

圖2 蓄電池放電試驗原理圖

目前我們采用的假負載一般為智能電子假負載，可以實現(xiàn)剩余電量檢測的精度。根據(jù)公式（1）可以很容易計算得到蓄電池的容量。

6 結束語

本文對通信電源蓄電池維護過程中的一些概念進行了探討，提出了自己的見解。在實際工作常用的方法不一定是最好、最合理的，這就要求在工作中要不斷地進行思索，做到“知其然，更知其所以然”，才能不斷提高業(yè)務技能和理論水平。

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