電壓均衡回路在變電站蓄電池在線監(jiān)測(cè)裝置的應(yīng)用研究

周永光 胡曉霞 佘楚云

【摘要】 在變電站中直流系統(tǒng)能為其信號(hào)、保護(hù)、自動(dòng)裝置及事故照明提供可靠的直流電源，是變電站安全可靠運(yùn)行的保證。蓄電池則是直流系統(tǒng)的核心，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障、交流電源失去作用時(shí)蓄電池是唯一的電源保證，如果此時(shí)蓄電池不能正常對(duì)外供電，那么整個(gè)變電站將完全處于停電狀態(tài)，任何的信號(hào)、保護(hù)等裝置都無(wú)法正常工作，甚至可能造成整個(gè)二次系統(tǒng)癱瘓，盡管蓄電池這么重要，但近年來(lái)因蓄電池問(wèn)題導(dǎo)致的變電站事故時(shí)有發(fā)生。究其原因大多是蓄電池組中某一節(jié)或幾節(jié)蓄電池出現(xiàn)問(wèn)題，而出問(wèn)題的蓄電池大多是因?yàn)槠綍r(shí)電壓不均衡，導(dǎo)致過(guò)充過(guò)放。文章主要介紹目前電力變電站直流系統(tǒng)中蓄電池組的維護(hù)現(xiàn)狀，分析常見(jiàn)蓄電池組故障及原因，對(duì)電壓均衡回路在變電站蓄電池在線監(jiān)測(cè)裝置的應(yīng)用研究進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】 直流系統(tǒng) 變電站 蓄電池 均衡回路

一、蓄電池及現(xiàn)行監(jiān)測(cè)方法

1.1蓄電池

閥控式密閉鉛酸蓄電池因其日常維護(hù)的方便以及穩(wěn)定性較強(qiáng)、占地小、不用加水等優(yōu)點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用在各供電企業(yè)，但是閥控式密閉對(duì)工作環(huán)境和充放電要求比較嚴(yán)格，不允許對(duì)蓄電池進(jìn)行過(guò)充和欠充，但還是常常由于過(guò)充和欠充對(duì)蓄電池產(chǎn)生影響，大大縮短了蓄電池的使用壽命，因此研發(fā)一種有效防止蓄電池過(guò)充和欠充的監(jiān)測(cè)技術(shù)將會(huì)大大延長(zhǎng)現(xiàn)有蓄電池的使用壽命。

1.2現(xiàn)有蓄電池監(jiān)測(cè)方法及效果

1、核對(duì)性容量測(cè)試法：該方法主要是將蓄電池組以0.1C的電流進(jìn)行放電，原理上是可以測(cè)量出該組蓄電池的容量（即在交流掉電時(shí)，蓄電池組能持續(xù)對(duì)外供電的能力），但是這種方法在放電時(shí)會(huì)讓原本蓄電池中容量小的蓄電池提前放電完畢產(chǎn)生過(guò)放，充電時(shí)會(huì)讓原本蓄電池中沒(méi)有將容量放完的蓄電池提前充電完成產(chǎn)生過(guò)充，僅僅能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，而不能解決問(wèn)題，且該方法操作復(fù)雜，中間間隔周期一般較長(zhǎng)。

2、內(nèi)阻測(cè)試法：該方法通過(guò)測(cè)試蓄電池組中各節(jié)蓄電池的內(nèi)阻進(jìn)行檢測(cè)蓄電池的好壞，但是由于內(nèi)阻測(cè)試會(huì)受到蓄電池組中各節(jié)蓄電池的差異、電壓、溫度等影響，在早期無(wú)法發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，不能進(jìn)行有效的預(yù)防，當(dāng)發(fā)現(xiàn)時(shí)各節(jié)蓄電池的差異已相差過(guò)大。

3、電壓巡檢法：該方法通過(guò)實(shí)時(shí)電壓巡檢來(lái)判斷電池的狀態(tài)，由于蓄電池組平時(shí)都處在充電機(jī)的浮充狀態(tài)，各節(jié)蓄電池的電壓雖有差異但是不經(jīng)過(guò)斷掉充電機(jī)無(wú)法發(fā)現(xiàn)真實(shí)的差異，只能檢測(cè)出性能已非常劣化的電池。

二、電壓均衡回路對(duì)蓄電池維護(hù)的研究

2.1導(dǎo)致蓄電池過(guò)充過(guò)放的原因

閥控式密閉鉛酸蓄電池由于其自身的差異即使是同批次的蓄電池也不能做到容量完全的一致，在組成蓄電池組后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行差異會(huì)越來(lái)越大，以2V蓄電池浮充狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)，假如浮充電壓為2.25V，每組電池20節(jié)，那么浮充電壓為2.25V*20=45V，當(dāng)蓄電池組的組壓為45V時(shí)，由于電池的差異會(huì)導(dǎo)致某幾節(jié)高于2.25V，某幾節(jié)低于2.25V，電壓高的電池就會(huì)長(zhǎng)期處于過(guò)充狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致電池板柵腐蝕加速，活性物質(zhì)松動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致電池鼓肚變形。如此下去會(huì)導(dǎo)致這種差異越來(lái)越大。由于蓄電池串聯(lián)在一起進(jìn)行充電放電，而現(xiàn)有的蓄電池在線監(jiān)測(cè)裝置又無(wú)法針對(duì)某幾節(jié)電池單獨(dú)進(jìn)行放電，因此這種差異無(wú)法消失，導(dǎo)致蓄電池組整組性能越來(lái)越差，進(jìn)入惡性循環(huán)狀態(tài)。怎樣讓蓄電池組跳出這種惡性循環(huán)狀態(tài)，這是本文的重點(diǎn)研究方向。

2.2電壓均衡回路在蓄電池在線監(jiān)測(cè)裝置中的應(yīng)用

2.2.1電壓均衡回路設(shè)計(jì)思想

在整組蓄電池中，由于充電機(jī)設(shè)置的組壓是根據(jù)全部蓄電池完全處于浮充狀態(tài)計(jì)算得來(lái)，因此有過(guò)充的蓄電池存在便會(huì)有欠充的蓄電池存在，不將過(guò)充的蓄電池電壓降下來(lái)充電機(jī)就不會(huì)對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電，欠充的蓄電池便會(huì)繼續(xù)存在。所以解決問(wèn)題的關(guān)鍵在于能否將過(guò)充的蓄電池恢復(fù)至正常狀態(tài)，由于蓄電池串聯(lián)的特性，整組放電會(huì)連帶欠充的蓄電池一起放電，只有單節(jié)蓄電池構(gòu)成一個(gè)小型的均衡回路，通過(guò)該回路進(jìn)行小電流的放電，才會(huì)使欠充的蓄電池進(jìn)行充電，如圖1所示：

2.2.2電壓均衡回路工作原理

1、系統(tǒng)構(gòu)成及各部分功能：如圖1所示蓄電池在線監(jiān)測(cè)設(shè)備可分為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和均衡回路兩部分：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)為監(jiān)測(cè)蓄電池的電壓、溫度以及監(jiān)測(cè)流經(jīng)均衡回路的電流也可通過(guò)監(jiān)測(cè)充電機(jī)當(dāng)前的狀態(tài)計(jì)算出蓄電池的狀態(tài)（充電狀態(tài)或放電狀態(tài)、當(dāng)前的電流值等）；均衡回路為一橫跨蓄電池兩端的小型放電回路，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行工作。

2、電壓均衡回路的工作：假設(shè)系統(tǒng)工作的蓄電池組為某一變電站的108節(jié)蓄電池，浮充電壓為2.25V，充電機(jī)的浮充電壓為：108*2.25V=243V，在最理想的狀態(tài)下，蓄電池組中各蓄電池的電壓應(yīng)都為2.25V，顯然這種情況是不可能發(fā)生的，各蓄電池之間一定會(huì)存在一定的電壓差，對(duì)于新投運(yùn)或維護(hù)較好的蓄電池組有時(shí)這種差值會(huì)比較小處于一種可接受的范圍內(nèi)，但隨著投運(yùn)時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)這種差值便不斷擴(kuò)大，而電壓均衡回路則能將這種差異不斷縮小并維持在一定的范圍內(nèi)。

具體的工作為：（1）、先由監(jiān)測(cè)裝置根據(jù)蓄電池組的相關(guān)參數(shù)計(jì)算出每節(jié)蓄電池的平均電壓Vave，可人工設(shè)置均衡均差值，也可使用默認(rèn)值；（2）、監(jiān)測(cè)裝置對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電路傳輸回的當(dāng)前各節(jié)蓄電池電壓值進(jìn)行計(jì)算后與設(shè)置的均衡均差值進(jìn)行比較，當(dāng)差值大于設(shè)定的均差值后，監(jiān)測(cè)裝置下發(fā)均衡命令和平均電壓值；（3）、均衡回路控制電路受到均衡命令后通過(guò)判斷所監(jiān)測(cè)蓄電池電壓與平均電壓大小后，控制均衡回路的通斷；（4）、當(dāng)電壓高的蓄電池通過(guò)均衡回路放電后，便會(huì)使蓄電池組的組壓降低，誘導(dǎo)充電機(jī)對(duì)蓄電池組充電，此時(shí)蓄電池組中沒(méi)有開(kāi)通均衡回路的電池（即電壓低的電池）進(jìn)入充電狀態(tài)；（5）、根據(jù)設(shè)置的均差值對(duì)電池進(jìn)行充放電，進(jìn)入動(dòng)態(tài)平衡。

2.2.3電壓均衡回路意義

（1）、延長(zhǎng)蓄電池使用壽命：解決了蓄電池組中各節(jié)蓄電池因電壓差值過(guò)大產(chǎn)生的過(guò)充和欠充，動(dòng)態(tài)的并將這種差值維持在一定的范圍內(nèi)，避免了蓄電池因過(guò)充和欠充造成的壽命縮短等問(wèn)題；（2）、提高蓄電池組可靠性：以前的蓄電池組中因存在欠充的蓄電池會(huì)導(dǎo)致在對(duì)外供電或核對(duì)性放電時(shí)，無(wú)法達(dá)到蓄電池組設(shè)計(jì)的容量要求，電池電壓的均衡是滿足蓄電池容量的充分條件，從這個(gè)意義上講，均衡回路保證了蓄電池組的可靠性，也保證了直流系統(tǒng)的可靠性；（3）、減輕人員維護(hù)負(fù)擔(dān)、保護(hù)環(huán)境：由于均衡的自動(dòng)化進(jìn)行，維護(hù)人員可通過(guò)后臺(tái)監(jiān)測(cè)電壓數(shù)據(jù)便可清晰得知當(dāng)前電池的狀態(tài)和均衡效果，減輕人員到現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)的負(fù)擔(dān)，同時(shí)由于延長(zhǎng)了蓄電池組的更換周期，減少了舊電池對(duì)環(huán)境造成的影響。

三、結(jié)論

本文主要就電壓均衡回路在變電站蓄電池在線監(jiān)測(cè)裝置的應(yīng)用的課題，通過(guò)從可靠性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性等方面探討了應(yīng)用的可行性，能夠很好解決現(xiàn)有蓄電池組因電壓不均衡造成的蓄電池過(guò)充和欠充的問(wèn)題，但是由于閥控式密閉鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，在日常的維護(hù)工作中，不論是在維護(hù)理論還是測(cè)試設(shè)備上都需要不斷的改進(jìn)、完善，來(lái)確保蓄電池組的安全穩(wěn)定的工作，不斷提高知識(shí)水平，使電力系統(tǒng)更加安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，提升電力企業(yè)的良好社會(huì)形象。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 術(shù)守喜.亓學(xué)廣.陶鑫.劉惠萍，閥控式密封鉛酸蓄電池的壽命及失效分析.《通信電源技術(shù)》， 2006年06期

[2] 胡信國(guó).閥控式密封鉛酸蓄電池的最新進(jìn)展.《中國(guó)電池工業(yè)協(xié)會(huì)2002年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集》，89l[87l2002年

[3] 徐曼珍.論閥控式密封鉛酸蓄電池的浮充.《通信電源技術(shù)》，1996年04期