淺談變電站落后電池緊急接續(xù)裝置的應(yīng)用

岳剛 陳輝 邱金和

摘要：變電站落后電池在放電初期較容易出現(xiàn)開路、電壓過低、發(fā)熱等情形，這些情形容易導(dǎo)致電池組無法實(shí)施正常放電檢測(cè)，這一現(xiàn)象直接關(guān)聯(lián)著直流系統(tǒng)蓄電池的常規(guī)維護(hù)質(zhì)量。本文本著節(jié)約和安全的原則，針對(duì)這一情況試研究一種在線運(yùn)行的接續(xù)裝置，以解決當(dāng)前可能存在的安全隱患。

關(guān)鍵詞：變電站;落后電池;緊急接續(xù)裝置;應(yīng)用

一、變電站蓄電池組基本概述

蓄電池組作為操作電源，其不受交流電源的影響，具備可靠獨(dú)立的特點(diǎn)，即使區(qū)域線路出現(xiàn)短路甚至是停電，其一樣可以進(jìn)行穩(wěn)定工作。變電站中的蓄電池組更具有舉足輕重的作用，在變電站交流電出現(xiàn)故障時(shí)，蓄電池組可以實(shí)現(xiàn)向停電負(fù)載的迅速功能。比如其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器跳合閘的供電，給事故照明設(shè)備實(shí)施供電，還要給停電時(shí)電路中的自動(dòng)裝置、控制信號(hào)、保護(hù)裝置和通信裝置供電，這些負(fù)載在停電時(shí)均需要蓄電池組實(shí)施供電。蓄電池組在長期供電的過程，會(huì)進(jìn)行不斷的充電放電，自身會(huì)發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)會(huì)造成自身的老化，同時(shí)單只蓄電池的失效又會(huì)影響整個(gè)蓄電池組的充放電能力。本文所指的落后電池就是指此類單只或幾只電池，此類電池在放電初期與其他大多數(shù)電池相比，其電壓上升緩慢，放電時(shí)又會(huì)造成電壓的提前降低，從而造成整個(gè)蓄電池過熱、電壓過低等應(yīng)急情況。實(shí)踐中往往會(huì)要求落后電池退出運(yùn)行，同時(shí)將性能好、同批號(hào)的電池補(bǔ)充進(jìn)去。

二、變電站蓄電池運(yùn)行的主要特點(diǎn)及維護(hù)

（一）變電站蓄電池運(yùn)行的主要特點(diǎn)

變電站蓄電池是變電站直流系統(tǒng)的主要裝置，其運(yùn)行是否正常直接關(guān)聯(lián)著繼電器、電路保護(hù)器、信號(hào)器的正常運(yùn)行，直接關(guān)聯(lián)著整個(gè)電網(wǎng)的健康穩(wěn)定運(yùn)行。其正常運(yùn)行時(shí)，可以為斷路器提供合閘能量，斷電時(shí)可以為通信、繼電保護(hù)、變電站機(jī)械等提供能量，具體組成如圖1所示。變電站所有直流負(fù)荷一直需要穩(wěn)定的電源，且不能斷電，否則電子原件的損壞和老化會(huì)引起故障而導(dǎo)致裝置不穩(wěn)定，蓄電池組因其具備電壓質(zhì)量佳、輸出穩(wěn)定、受容量限制的特點(diǎn)被較好的運(yùn)用到變電站設(shè)備直流供電系統(tǒng)中。

（二）變電站蓄電池的運(yùn)維管理

從上文不難看出，直流系統(tǒng)是整個(gè)變電站的核心，而蓄電池組又是直流系統(tǒng)中最為重要的能量來源，所以變電站蓄電池是整個(gè)變電站運(yùn)行維護(hù)管理的重點(diǎn)，但從實(shí)際工作實(shí)踐來看，也是運(yùn)行維管的難點(diǎn)，程序復(fù)雜，任務(wù)繁重，蓄電池維護(hù)管理不好直接關(guān)聯(lián)著直流系統(tǒng)電流的可靠性穩(wěn)定性。從當(dāng)前變電站蓄電池組的材質(zhì)來看，大多數(shù)為鉛酸電池，這種電池如果運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，或不能適時(shí)維管，很容易出現(xiàn)硫化情形，對(duì)于蓄電池組充放電會(huì)產(chǎn)生直接影響。按照《電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)規(guī)程》，變電站直流系統(tǒng)每年必須實(shí)施一次維護(hù)檢查，維護(hù)檢查時(shí)必須對(duì)其實(shí)施充放電試驗(yàn)，盡可能消除硫化現(xiàn)象，延長蓄電池使用壽命，提升充放電效率。

三、變電站落后電池緊急接續(xù)裝置應(yīng)用的意義

從目前我國國產(chǎn)蓄電池的使用壽命來看，一般電池在線運(yùn)行不超過5年，且其容量均低于標(biāo)準(zhǔn)容量的70%及以下，這一情形根本不能保證電力設(shè)備的安全運(yùn)行，為了消除這一安全隱患，確保電力設(shè)備的安全運(yùn)行，必須進(jìn)行電池的更換。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，一個(gè)中等規(guī)模省份電網(wǎng)系統(tǒng)每年更換電池達(dá)10萬多個(gè)，耗資近4千萬元。由此帶來的更換安全隱患，更換造成的現(xiàn)場(chǎng)操作的風(fēng)險(xiǎn)等更是不容小視。本文所研究的變電站落后電池緊急接續(xù)裝置就是為了預(yù)防落后電池內(nèi)阻較大、容量太低而導(dǎo)致電池組無法實(shí)施帶載的情況。同時(shí)在拆解落后電池時(shí)，由于程序較為復(fù)雜，再實(shí)施回接時(shí)繼續(xù)放電，存在極大安全隱患，且無有效安全防護(hù)方式，此裝置的研發(fā)可以較好解決這一問題，其可以實(shí)施電池組的任意跨接而不受具體位置的影響，且能自動(dòng)在單節(jié)、多節(jié)以及整組蓄電池間平衡電壓，可以在不拆解電池的情況下長時(shí)間保持運(yùn)行。

四、變電站落后電池緊急接續(xù)裝置應(yīng)用的基本原則及目的

總的基本原則就是節(jié)約和安全，所謂“節(jié)約”，就是研發(fā)的電池緊急接續(xù)裝置能夠適合各電壓值如35kV、110kV、220kV、500kV變電站的單體蓄電池;所謂“安全”，就是可以不進(jìn)行電池的拆卸，且可以較長時(shí)間的工作，接續(xù)便捷，能較為徹底的解決接續(xù)放電可能帶來的安全隱患，且必須大大降低操作人員的操作難度和強(qiáng)度。具體來說，必須解決好以下6個(gè)方面的基本問題：一是不管落后電池的數(shù)量和位置，可以不進(jìn)行拆卸就可以繼續(xù)放電，這是和常規(guī)跨接方式根本區(qū)別所在;二是能有效防止電池放電開路，預(yù)防母線失電而導(dǎo)致安全隱患;三是必須確保維護(hù)效果，以解決好單只或幾只落后電池影響整體蓄電池的情形;四是單只或幾只落后電池本身不造成更進(jìn)一步的損壞;五是現(xiàn)場(chǎng)操作方面，主要包括線路的接入、拆除等，必須滿足安全要求，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，確保功能不受影響。六是落后電池緊急接續(xù)裝置必須成本低廉，操作較為簡單，方便實(shí)施推廣。

五、變電站落后電池緊急接續(xù)裝置的關(guān)鍵點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)

一是較為便捷的連接裝置，尤其是絕緣套和鉗夾安全接入端頭，可以在很大程度上避免火花和短路問題的發(fā)生，這些安全隱患的消除極大的方便了現(xiàn)場(chǎng)操作，確保了操作安全無事故。

二是一般跨接裝置僅僅能實(shí)現(xiàn)一至兩節(jié)的裝置跨接，該緊急接續(xù)裝置可以較好的避免這一缺陷，該系統(tǒng)可以根據(jù)落后電池的內(nèi)阻、電壓和容量等指標(biāo)數(shù)據(jù)自動(dòng)判斷接續(xù)電壓，控制輸出DC/DC模塊，自動(dòng)通過內(nèi)部單片機(jī)計(jì)算出內(nèi)阻電流和平衡電壓，從而達(dá)到自動(dòng)進(jìn)行蓄電池電壓分配和平衡電壓的目的，也較好的避免造成蓄電池的進(jìn)一步損壞。

三是該緊急裝置可以針對(duì)無特定定位的落后電池，較好的解決了僅相鄰電池能實(shí)施跨接的尷尬，該裝置可以通過取樣實(shí)施檢測(cè)，后進(jìn)行電壓點(diǎn)的均衡分配，實(shí)施落后電池的各個(gè)位置補(bǔ)償，這一功能尤其適合多節(jié)落后電池同時(shí)出現(xiàn)的情況，從而可以系統(tǒng)的而不是簡單的實(shí)施落后電池的跨接，并與該類電池進(jìn)行并聯(lián)輸出，后根據(jù)內(nèi)阻判斷落后電池的電流大小，從而起到活化均衡落后電池的功能。

四是較好的確保了安全。該系統(tǒng)自身設(shè)計(jì)帶有過熱、過流、開路、短路報(bào)警，提醒功能較好的實(shí)現(xiàn)了裝置的自我保護(hù)，系統(tǒng)由于其自身的電壓均衡完全可以實(shí)現(xiàn)長期在線運(yùn)行，也更加方面維修管理。有單片機(jī)構(gòu)成的主控制邏輯功能，系統(tǒng)造價(jià)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定。

六、變電站落后電池緊急連接裝置基本技術(shù)路線

變電站蓄電池在線監(jiān)測(cè)裝置一般由電流檢測(cè)模塊、主控制單元、電池單體檢測(cè)模塊組成。其中電流檢測(cè)模塊主要用來采集注入電池的溫度、電流、電壓等基本數(shù)據(jù)。主控制單元主要用來對(duì)內(nèi)阻實(shí)施測(cè)量，電池單體檢測(cè)模塊主要用來測(cè)量蓄電池的連接電阻和內(nèi)阻（見圖2）。

圖2 緊急連接裝置圖

在硬件配置上，要配置顯示器、外部通信接口等硬件設(shè)備，其中顯示器主要用來顯示查詢和監(jiān)控內(nèi)容，通信接口主要用來實(shí)施適時(shí)聯(lián)絡(luò)通信。一個(gè)監(jiān)控單元一般對(duì)至少兩組蓄電池實(shí)施監(jiān)控。

該裝置采取直流電源供電，所以其能量應(yīng)取自直流饋線屏，不可取自蓄電池組。在具體連接方式上，宜采用的接線方法是雙線制，于每節(jié)電池的正負(fù)極各引接一根采樣線，達(dá)到有效避免放電時(shí)影響電壓測(cè)量精度的問題，此裝置宜采用智能系統(tǒng)，對(duì)整體電源實(shí)施 有效監(jiān)控，具體來說：一是有效連接電力通信系統(tǒng)，從中獲取蓄電池容量、數(shù)量以及整流器等情況信息。二是將蓄電池組信息、電源整流模塊、到站時(shí)間、告警閾值等信息適時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)，以便調(diào)用。三是根據(jù)存儲(chǔ)信息，記錄通信電源容量，并將該數(shù)據(jù)值與告警閾值進(jìn)行對(duì)比，以判斷是否存在安全隱患，如超過告警閾值則裝置發(fā)出預(yù)警信號(hào)。

七、應(yīng)用前景

電力系統(tǒng)是一個(gè)國家的國民經(jīng)濟(jì)支柱，對(duì)于變電站蓄電池的維護(hù)管理則是變電站日常工作的重要組成部分，隨著信息化技術(shù)的不斷更新，變電站蓄電池的維護(hù)管理的技術(shù)方法手段也更應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，朝著更加科學(xué)化、便捷化、自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展，本文所研究的變電站落后電池緊急接續(xù)裝置就可以較好的實(shí)現(xiàn)線上自動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，這也是變電站蓄電池維護(hù)管理的大勢(shì)所趨，具有較強(qiáng)的推廣意義，也具有十分廣闊的市場(chǎng)空間。

八、結(jié)語

綜上所述，本文從變電站落后蓄電池常規(guī)維護(hù)和可能產(chǎn)生的安全隱患入手，分析了隱患產(chǎn)生的原因，并針對(duì)問題提出了研發(fā)該緊急接續(xù)裝置所應(yīng)遵守的原則及需解決的問題，并針對(duì)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了深入分析，從實(shí)際應(yīng)用情況來看，該裝置可以較好的達(dá)到預(yù)期性能指標(biāo)和要求，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和很大的市場(chǎng)潛力。

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作者簡介：岳剛（1988-），男，漢族，云南玉溪人，工程師，本科，主要從事高壓電氣設(shè)備絕緣與監(jiān)測(cè)研究工作。