智能变电站蓄电池状态监测系统的研究

智能变电站蓄电池状态监测系统的研究

 ,王斌   ,王泽琦  

国网哈密供电公司   新疆哈密市  839000

摘要：近些年来，随着智能变电站建设步伐的加快，大量的智能二次设备投入应用，需要直流系统对其进行可靠供电，而蓄电池则是直流系统最后的一道关卡，在交流失去或者直流系统故障时将带着直流负荷运行，其重要性显而易见。现阶段智能变电站直流系统的运行情况还是存在许多问题，出现故障的地方主要是充电设备及蓄电池方面，当前智能变电站内能实现大部分直流系统信息的采集监测，但没能实现对蓄电池全方位的监测。蓄电池作为直流系统的心脏，在正常运行状况下处于浮充状态，采用传统测量电压和内阻的方法很难确认蓄电池的好坏。系统发生事故，而蓄电池又无法正常工作，产生的后果将无法想像，因此全方位实时远程监测蓄电池对运维工作非常重要。本文提出一种智能变电站蓄电池在线监测方案，能够及时地维护蓄电池，从而达到提高直流系统的可靠性和安全性的目的。

关键词：智能变电站;蓄电池;状态监测;失效诊断

引言

围绕智能变电站“设备集成、网络优化、功能整合、组柜布置优化”设计原则，遵循模块化建设理念，通过分析各类蓄电池的环保性、可靠性、经济性，选用磷酸铁锂电池组替代铅酸蓄电池组以适应智能变电站建设的低碳环保要求。为解决传统直流串联蓄电池组存在的单只电池容量影响整组电池容量，单只电池故障造成整组电池故障，蓄电池不能在线维护，新旧电池性能不一致影响整组电池性能等问题，采用新的蓄电池并联模块技术，改蓄电池组的连接方式为并联，提高了直流电源子系统的可靠性、可在线维护性和全寿命周期内的经济性。

1选题背景及其意义

随着科学技术的发展，特别是单片机和计算机在智能化控制方面的应用，以及在变电站综合自动化系统等方面研究的深入，关于蓄电池的自动化监测问题也提到日程上来。近几年以来，很多人开始研究蓄电池的自动化监测。国外蓄电池监测系统的技术比较成熟，并且研究发展了蓄电池管理系统。在蓄电池管理系统中，监测的电池参数有所不同，研究的方法更复杂。国外先进技术及研究成果对我国进一步进行有关蓄电池监测系统方面的研究，可以起到借鉴作用。在大多数的应用条件下，蓄电池都会成组的串联起来使用。此时，蓄电池的可靠性就会成为整个系统的瓶颈，即使仅仅一块蓄电池出现故障，整个系统也会突然全部崩溃，出现无法挽救的重大技术事故，给我们带来不可弥补的巨大损失。多年来，国外几大电源设备公司都对电源检测技术投入了大量的人力和物力进行研发，并取得了可观的技术进展。然而，当前的技术研究只是完成了对在线蓄电池的技术参数进行监测，并根据这些参数的变化进行预警，在蓄电池指标发生异常时，提前更换这些蓄电池组，防止它们突然失效带来重大事故。事实上，这些现有的技术并不能完全预访蓄电池组突发失效带来的重大隐患。

2智能变电站蓄电池状态监测系统的研究

2.1蓄电池在线均衡维护功能

充电机对蓄电池进行充电过程中，控制的是蓄电池整组电压而非单体电压。例如厂家推荐的单体浮充电压为2.25V时，那么对104节蓄电池构成的电源系统，其整组浮充电压应该设为104×2.25=234V。蓄电池的生产过程无法保证每只蓄电池完全一致，细微的差别导致了每个个体的性能参数存在一定的差别，无法使每个个体按照设定的浮充电压进行充电。通过研究单体电压的浮充电压数据，发现其数据在小范围内浮动，变电站运行规程中列出了相关的条款，规定其限值是±50mV（标称2V电池），研究数据可以发现少数单体电压并未超过设定的标准，但其数值却长时间偏离设定的标准，这给蓄电池安全稳定运行带来了不利影响。从蓄电池的运行数据可以得出以下结论：过高的浮充电压意味着对蓄电池过充，长时间的过充影响很大，会加剧正极板腐蚀，进而缩短蓄电池寿命；反之，过低的浮充电压意味着对蓄电池的欠充，此状态会加剧负极板腐蚀，同样也会缩短蓄电池寿命；蓄电池组中各单体电池电压还会相互产生影响，引发更大的波动，从而加剧过充和欠充现象。蓄电池平时正常运行时处于浮充电状态，也就会存在3种可能的情况，即正常充电、过充、欠充。蓄电池状态监测系统对一段时间内的电压进行分析，如单体电压的变化、单体电压相对整组平均水平的变化等，再对内阻进行干预，之后才能获得较为准确的浮充电状态。内置的蓄电池专家诊断模型对电池参数的变化进行分析，及时了解蓄电池的工作状况，当得出过充或欠充的结论时，在线调节蓄电池电压或进行活化。维护程序也可通过网络远程下达指令执行。确认过充，予以在线活化。蓄电池长期处于过充状态，会带来很不利的影响，伴随着正极腐蚀和容量减少。浮充电压是体现电池是否过充的一个指标，在运行程序得出过充的结论后，对过充电池进行适当的干预，让过充的电池进行放电，以达到相关技术指标，就能够有效改善过充对蓄电池运行的不利条件，最终让蓄电池达到最理想的浮充状态。确认欠充，予以在线补充电。蓄电池长期处于欠充状态，也会产生很不利的影响，伴随着负极会逐渐腐蚀和容量减少，使得负极板的PbSO4不发生原有的反应。运行程序通过分析蓄电池的浮充电压数据，然后给出蓄电池欠充的结论后，第一时间进行在线补充电的工作，能有效改善可能出现的负极板腐蚀现象，最终让蓄电池恢复至正常浮充电状态。

2.2失效蓄电池的无隙跨接技术

整组电池会提供一个工作电流工A，并在每个内阻Rb上产生一个电压降VRb。若Rb2增大，则VRb2随之增大，该节电池的端电压Vb2=E2-VRb2，若工A=20A，内阻Rb增加到200m时，VRb就会达到4V，在电池内阻继续增大时，电池两端产生的反置电压会急剧增大，导致电源供电回路崩溃甚至失效电池发生爆炸。

2.3并联电池系统的优势

（１）可提高直流系统可靠性。并联用智能蓄电池模块组避免了传统蓄电池串联方式下，单只蓄电池质量、连接线影响整组电池可靠性问题。（２）可实现直流系统在线维护。并联用智能蓄电池模块组可以在线进行单蓄电池模块更换维护，并可以分别对其中的蓄电池进行在线充放电管理。（３）实现站用电源资源节约型设计。并联用智能蓄电池模块组取代传统设计中的充电模块、蓄电池组、蓄电池巡检设备配置，一次设备投资大幅降低；组屏数量、基建面积缩小，一次基建投资节约；实现直流系统在线维护，二次维护投资节约；信息完全通过通信网络数字交互，管理投资节约。（４）实现站用电源环境友好型设计。并联用智能蓄电池模块组使用的铅酸蓄电池数量大幅减少。经测算，使用蓄电池模块后，２４只１２Ｖ／２００（Ａ·ｈ）磷酸铁锂电池可代替１０４只２Ｖ／２００（Ａ·ｈ）铅酸蓄电池。试用情况表明，并联用智能蓄电池模块配置磷酸铁锂电池，对环境友好型设计贡献更大。（５）实现站用电源工业化设计。并联用智能蓄电池模块为ＡＣ／ＤＣ技术、ＤＣ／ＤＣ技术、微电子技术、通信技术等的高集成化综合体，为标准模块化设计，进一步推动了站用电源的工业化设计。

结语

本文对蓄电池在线监测系统进行了分析与研究，对系统结构和功能进行描述，蓄电池在线监测系统的实施能够让变电站的蓄电池管理更加高效，可减少巡视次数，提高了蓄电池容量的续航能力，延长了蓄电池组使用寿命，使蓄电池的运行更加安全，降低了发生事故的概率；节省了变电运维工作的人力物力，提升运维工作效率，并且符合智能化和自动化的时代发展需求；可大大提升变电站精益化运维水平，保证了变电站直流系统可靠稳定运行，为电网安全稳定运行打下了坚实的基础。

参考文献

［1］金宇飞.变电站二次侧直流系统蓄电池在线监测系统研究［D］.沈阳：东北大学，2013.

［2］胡科华.变电站智能蓄电池组监测系统设计与实现［D］.成都：电子科技大学，2013.