防止變電站運(yùn)行中鉛酸蓄電池組開路的跨接技術(shù)

周永光 羅文杰 佘楚云 胡曉霞

【摘要】 閥控式鉛酸蓄電池因其安全穩(wěn)定、占地小、免加液等優(yōu)點(diǎn)被變電站廣泛的作為應(yīng)急備用電源應(yīng)用于直流系統(tǒng)中。為了確保電壓和容量同時(shí)滿足直流系統(tǒng)的要求，閥控式鉛酸蓄電池采用串聯(lián)成蓄電池組的方式進(jìn)行工作。串聯(lián)成蓄電池組后，當(dāng)其中一節(jié)蓄電池性能嚴(yán)重劣化后，在蓄電池組對(duì)外供電時(shí)就有可能因持續(xù)放電導(dǎo)致性能加速劣化，使蓄電池開路，蓄電池組失去供電能力，導(dǎo)致直流失電事故發(fā)生。本文重點(diǎn)研究防止變電站運(yùn)行中鉛酸蓄電池組開路的跨接技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】 跨接 閥控式鉛酸蓄電池 開路

一、蓄電池的運(yùn)行及現(xiàn)行監(jiān)測(cè)手段

1.1浮充狀態(tài)下的蓄電池組

投入到變電站直流系統(tǒng)中的閥控式鉛酸蓄電池組在正常運(yùn)行的情況下會(huì)一直與整流模塊連接在一起，直流系統(tǒng)中的蓄電池組在大部分的時(shí)間下都處于浮充狀態(tài)，在浮充狀態(tài)下，整流模塊對(duì)蓄電池組進(jìn)行極小電流的充電用來彌補(bǔ)蓄電池自身微小的電量流失，此時(shí)蓄電池組兩端的組壓實(shí)際為整流模塊的輸出電壓，理論上浮充時(shí)的蓄電池的容量接近理想飽和狀態(tài)，可隨時(shí)因交流失電而快速對(duì)直流系統(tǒng)供電。

1.2現(xiàn)行蓄電池檢測(cè)手段

現(xiàn)行蓄電池的監(jiān)測(cè)手段主要以監(jiān)測(cè)單節(jié)蓄電池電壓、溫度、組壓等數(shù)據(jù)，少部分會(huì)監(jiān)測(cè)內(nèi)阻等數(shù)據(jù)，其中電壓和溫度一般為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)而內(nèi)阻測(cè)試由于其測(cè)試時(shí)一般需要對(duì)蓄電池進(jìn)行短時(shí)間的放電會(huì)在一定的程度上影響蓄電池正常的狀態(tài)，所以內(nèi)阻測(cè)試一般會(huì)間隔一段時(shí)間測(cè)試一次，間隔時(shí)間一般為1-3月不等。

二、蓄電池組開路原因

2.1連接線路導(dǎo)致的蓄電池組開路

由于蓄電池組是由單節(jié)蓄電池由連接條串聯(lián)組成再連接至母線上，因此每套正常運(yùn)行的蓄電池組中的連接線都會(huì)比較多，因此連接線損壞、固定不牢固等也是導(dǎo)致蓄電池組開路的一個(gè)原因。一般工作人員都會(huì)定期對(duì)蓄電池組進(jìn)行目視檢測(cè)、衛(wèi)生打掃等工作，且連接線斷開后，因沒有完整的充電回路，整理模塊不再對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電，蓄電池因自身容量損耗致使電壓降低產(chǎn)生報(bào)警，因此由連接線路導(dǎo)致的蓄電池開路都會(huì)被工作人員及時(shí)的檢測(cè)出，不是本文重點(diǎn)研究的對(duì)象。

2.2蓄電池問題導(dǎo)致的蓄電池組開路

內(nèi)阻是衡量閥控式鉛酸蓄電池性能的重要指標(biāo)，據(jù)研究蓄電池內(nèi)阻的構(gòu)成及其所占比例如下：1、活性物質(zhì)（42.70%）；2、板珊（36.00%）；3、隔離板（15.9%）；4、連接部分（5.40%）。由此可見活性物質(zhì)和板珊在蓄電池內(nèi)阻中所占比例接近80%，而閥控式鉛酸蓄電池因設(shè)計(jì)生產(chǎn)問題或者運(yùn)行維護(hù)問題會(huì)出現(xiàn)基板腐蝕、失水、熱失控等故障，這些故障都會(huì)導(dǎo)致蓄電池內(nèi)阻值的增大，當(dāng)蓄電池組對(duì)外進(jìn)行放電時(shí)，就會(huì)因該節(jié)蓄電池內(nèi)阻值過大而產(chǎn)生很大的壓降進(jìn)而影響蓄電池組的對(duì)外放電，當(dāng)壓降達(dá)到一定的程度后會(huì)對(duì)蓄電池造成不可逆的損壞，導(dǎo)致蓄電池開路，解決因內(nèi)阻過大或蓄電池開路導(dǎo)致的無法放電是本文重點(diǎn)研究的方向。

三、蓄電池組開路跨接技術(shù)

3.1跨接技術(shù)的必要性

蓄電池內(nèi)阻值的增大對(duì)于浮充中的蓄電池表現(xiàn)出的狀態(tài)往往為電壓值略高，但蓄電池電壓高也可能是因?yàn)檫^充造成，且因過充造成的電壓高的概率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于內(nèi)阻值過大造成的電壓高的概率。

因此有時(shí)單單從電壓入手難以發(fā)現(xiàn)問題，而現(xiàn)行檢測(cè)設(shè)備中的內(nèi)阻測(cè)試又無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每節(jié)蓄電池當(dāng)前內(nèi)阻值的狀態(tài)，只能對(duì)性能逐漸降低的蓄電池有預(yù)警作用，對(duì)于性能突然下降的蓄電池?zé)o法及時(shí)有效的預(yù)警，且最為嚴(yán)重的是此時(shí)一旦發(fā)生交流失電，蓄電池將無法長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)行正常的供電，產(chǎn)生直流事故。

由此可見現(xiàn)有的一般的監(jiān)測(cè)設(shè)備都無法有效的預(yù)警性能突然下降蓄電池的故障問題，因此開發(fā)一種能在蓄電池需要緊急放電時(shí)，應(yīng)對(duì)蓄電池內(nèi)阻過大甚至開路的設(shè)備便很有必要。

3.2跨接技術(shù)設(shè)計(jì)思想

蓄電池組因單節(jié)蓄電池問題而出現(xiàn)開路，都是因?yàn)閱喂?jié)蓄電池內(nèi)阻過大或者直接開路（此時(shí)可認(rèn)為內(nèi)阻值無限大），以下將統(tǒng)一按照蓄電池內(nèi)阻值過大引發(fā)蓄電池組開路進(jìn)行討論。

1、蓄電池內(nèi)阻對(duì)放電能力的影響：當(dāng)交流失電，整流模塊失去對(duì)直流系統(tǒng)的供電能力后，蓄電池組便開始為直流系統(tǒng)供電，如圖1所示，但因?yàn)槊抗?jié)蓄電池都有內(nèi)阻，便會(huì)在蓄電池兩端產(chǎn)生一個(gè)與蓄電池電壓反向的電壓，電壓大小為：I放*R內(nèi)阻（放電電流與內(nèi)阻的乘積）。正常情況下蓄電池的內(nèi)阻值極小，一般為毫歐級(jí)，因此壓降也極小，蓄電池兩端的電壓下降有限。

當(dāng)某節(jié)蓄電池的內(nèi)阻值突變?cè)龃蠛?，壓降便?huì)急劇增加，該節(jié)蓄電池兩端的電壓會(huì)迅速降低至放電電壓以下，此時(shí)又由于壓降過大也會(huì)加劇該節(jié)蓄電池的惡化，進(jìn)入惡性循環(huán)，最終因壓降過大導(dǎo)致組壓不足或直接導(dǎo)致蓄電池?fù)p壞開路，徹底失去對(duì)外供電能力。

2、對(duì)于蓄電池組開路的跨接技術(shù)主要便是應(yīng)對(duì)內(nèi)阻值過大導(dǎo)致壓降增大時(shí)，該技術(shù)能保證蓄電池組繼續(xù)對(duì)外供電。因由上文得知運(yùn)用常規(guī)的監(jiān)測(cè)手段無法監(jiān)測(cè)突變蓄電池，因此該跨接模塊采用了在放電過程中對(duì)蓄電池的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦檢測(cè)出放電中的蓄電池出現(xiàn)異常，便將跨接電路激活，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的無隙跨接技術(shù)，跨接后的放電電流流向如圖二所示，當(dāng)出現(xiàn)異常蓄電池后，跨接模塊自動(dòng)將蓄電池跨接，此時(shí)對(duì)于整個(gè)蓄電池組來講整組電壓僅僅損失一節(jié)蓄電池的電壓，但保證了蓄電池組對(duì)直流系統(tǒng)的持續(xù)供電?？缃有盘?hào)報(bào)警會(huì)及時(shí)上傳，以便工作人員在交流供電回復(fù)后進(jìn)有問題的蓄電池組進(jìn)行徹底的檢修。

四、總結(jié)

本文主要研究了跨接技術(shù)在閥控式鉛酸蓄電池上的應(yīng)用，該技術(shù)能在關(guān)鍵時(shí)刻解決蓄電池異常導(dǎo)致蓄電池組無法對(duì)直流系統(tǒng)供電的問題，大大的提高了直流系統(tǒng)的安全性，雖然跨接技術(shù)的應(yīng)用能保證即使在蓄電池?fù)p壞的情況下對(duì)直流系統(tǒng)的供電，但日常的蓄電池的維護(hù)檢修依然非常重要，將問題及時(shí)發(fā)現(xiàn)，確保蓄電池組的安全穩(wěn)定。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 桂 長(zhǎng)清.《閥控式密封鉛酸蓄電池中的反應(yīng)》.機(jī)械工業(yè)出版社，ISBN：9787111261117

[2] 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年第06期

[3] 朱雄世.《新型電源系統(tǒng)與設(shè)備》， 2002年3月第1版