變電站直流蓄電池一體化測試標(biāo)準(zhǔn)接口研究與應(yīng)用

敖非，彭鋮，代文良，姜成元，曾鵬

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007；2.國網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長沙410004；3.國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙410004；4.國網(wǎng)湖南省電力公司郴州供電分公司，湖南郴州423000；5.國網(wǎng)湖南省電力公司衡陽供電分公司，湖南衡陽421000)

變電站直流蓄電池一體化測試標(biāo)準(zhǔn)接口研究與應(yīng)用

敖非1，彭鋮2，代文良3，姜成元4，曾鵬5

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007；2.國網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長沙410004；3.國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙410004；4.國網(wǎng)湖南省電力公司郴州供電分公司，湖南郴州423000；5.國網(wǎng)湖南省電力公司衡陽供電分公司，湖南衡陽421000)

論述了當(dāng)前變電站直流蓄電池缺乏整體標(biāo)準(zhǔn)測試接口，無法將各類測試設(shè)備整合利用的問題。提出了一種將蓄電池組主要參數(shù)采集集中，提供給各類測試設(shè)備分享使用的一體化測試標(biāo)準(zhǔn)化接口的設(shè)計方案。該接口可連接所有容量測試、運行參數(shù)測試、單體內(nèi)阻及電池間連接電阻測試設(shè)備，便于現(xiàn)場安裝、維護，有利于對蓄電池試驗數(shù)據(jù)的對比。最后通過實際數(shù)據(jù)對比分析了傳統(tǒng)蓄電池手動和一體化測試標(biāo)準(zhǔn)化接口兩種方式下的工作效率與可靠性。實驗室及現(xiàn)場測試結(jié)果表明該方法對于提高生產(chǎn)效率，降低運行風(fēng)險有良好的促進性。

蓄電池；一體化測試標(biāo)準(zhǔn)化接口；測試精度；可靠性

直流電源系統(tǒng)是電網(wǎng)核心設(shè)備之一，關(guān)系到整個電網(wǎng)控制、保護、測量等設(shè)備的正常運行，尤其是隨著電網(wǎng)自動化運行水平的不斷提高，直流電源系統(tǒng)的重要性也不斷提高。而在直流電源系統(tǒng)中，蓄電池組又扮演著極其重要和不可或缺的角色，日常運行時蓄電池組處于浮充電備用狀態(tài)，在交流失電或直流系統(tǒng)故障等事故狀態(tài)下，蓄電池是控制、保護、測量等設(shè)備的唯一電源供給者，一旦蓄電池?zé)o法正常供電，變電站將面臨癱瘓及發(fā)生重大事故的危險， 造成重大損失〔1－4〕。

文中介紹當(dāng)前變電站蓄電池缺乏整體標(biāo)準(zhǔn)測試接口，無法將各類測試設(shè)備整合利用的問題。對比分析傳統(tǒng)蓄電池手動和在線監(jiān)測測試兩種方式下的工作效率與可靠性，提出一種將蓄電池組主要參數(shù)采集集中，提供給各類測試設(shè)備分享使用的一體化測試標(biāo)準(zhǔn)化接口的設(shè)計方案。該接口可連接所有容量測試、運行參數(shù)測試、單體內(nèi)阻及電池間連接電阻測試設(shè)備，便于現(xiàn)場安裝、維護，有利于對蓄電池試驗數(shù)據(jù)的整理、收集、歸檔，實驗室及現(xiàn)場測試結(jié)果表明該方法對于提高生產(chǎn)效率，降低運行風(fēng)險有良好的促進性。

1 傳統(tǒng)蓄電池測試模式存在的問題

1.1 需要維護的蓄電池組逐年增加

隨著近年來電網(wǎng)建設(shè)的迅速發(fā)展，各供電公司檢修公司需要維護的蓄電池組數(shù)量日益增多，以某供電公司為例 (圖1)，目前已增至73套，按照直流系統(tǒng)狀態(tài)檢修所提出的要求，大約每年需要完成蓄電池組總量80%以上的試驗及維護工作，同時受蓄電池的的工作環(huán)境影響，工作宜在春秋季開展，導(dǎo)致班組的工作益發(fā)緊張，隨之帶來的安全性可靠性下降的問題。因此，迫切需要一種更高效可靠的新方式來滿足日益增長的需求。

圖1 某供電公司檢修班各年份蓄電池組數(shù)量

1.2 蓄電池測試效率與可靠性有待提高

目前系統(tǒng)內(nèi)的電池品類繁多，各品牌的電池監(jiān)測設(shè)備不能互換，更換不同品牌設(shè)備必須更換所有測試線 (探頭)，更換時間長、工程量大、增加安全隱患，同時不便對較為早期的電池監(jiān)測設(shè)備做現(xiàn)場比較測試，很難全面使用自動電池監(jiān)測，所以目前蓄電池的檢測大部分還是采用傳統(tǒng)的蓄電池內(nèi)阻測試儀〔5－7〕、萬用表、充放電設(shè)備進行。目前進行單體蓄電池組的內(nèi)阻檢測需要約40 min，單體電壓測量需要約30 min，充放電接線需要約50 min，由于儀器及工作環(huán)境等因素的影響，測試結(jié)果存在誤差不可避免。同時由于蓄電池組排布較為緊湊，存在蓄電池組上工作有誤碰及短路造成蓄電池損壞的安全隱患。

1.3 測試精度缺乏保證

不同于一般設(shè)備，蓄電池組對工作電壓的要求十分嚴格，長期過壓或者欠壓運行對蓄電池的穩(wěn)定運行及壽命都會造成嚴重影響。近年來，由于設(shè)備精度問題，導(dǎo)致蓄電池組過放、損壞的事故偶有發(fā)生。同時傳統(tǒng)的儀器設(shè)備需要用測試線夾夾住蓄電池極柱進行測量，由于不同變電站現(xiàn)場環(huán)境和各檢修人員技術(shù)水平存在差異，很難保證數(shù)據(jù)的高精度和一致性。

2 一體化測試標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)計方案

根據(jù)以上調(diào)查和分析，擬研制一套高效可靠的變電站蓄電池測試標(biāo)準(zhǔn)接口方案，以滿足日益增長的蓄電池組日常維護、檢修工作。蓄電池運行維護的參數(shù)包括運行參數(shù)和性能參數(shù)。運行參數(shù)有:單體電壓、電池組電壓、負極溫度 (可選)、環(huán)境溫度、充放電電流、浮充電流；性能參數(shù)有:容量、內(nèi)阻、連接電阻。蓄電池整體標(biāo)準(zhǔn)測試接口必須涵蓋上述參數(shù)。

2.1 功能要求及測量參數(shù)

2.1.1 功能要求

蓄電池整體標(biāo)準(zhǔn)測試接口必須可以連接容量測試設(shè)備、運行參數(shù)測試設(shè)備、單體內(nèi)阻及電池間連接電阻測試設(shè)備。接口必須安全、可靠、便捷。便于安裝、維護。所有連接到電池的電壓巡檢線在電池極端都必須連接10 k或以上高阻。

2.1.2 測量參數(shù)

運行參數(shù):單體電壓、電池組電壓、負極溫度(可選)、環(huán)境溫度、充放電電流、浮充電流；性能參數(shù):容量、內(nèi)阻、連接電阻。

2.2 測試線及測試接口

2.2.1 測試線

電壓測試線:采用AWG＃24或以上鍍錫直流銅芯線，需要防酸、阻燃；大于DC300V絕緣耐壓，探頭為10 k或以上2 W電阻，電壓測試線連接于電阻一端，電阻的另一端連接于鍍錫銅線耳，線耳安裝于電池的極柱，如圖2所示。

圖2 電壓測試線

內(nèi)阻測試負載線:采用AWG＃12或以上多股鍍錫銅芯線，需要防酸、阻燃；大于DC300V絕緣耐壓，探頭為30 A/250 V帶座的保險管，內(nèi)阻測試負載線連接于保險管一端，保險管的另一端連接于鍍錫銅線耳，線耳安裝于電池的極柱，如圖3所示。

圖3 內(nèi)阻測試負載線

環(huán)境溫度、充放電電流、浮充電流測線采用AWG＃24或以上帶屏蔽4線多股鍍錫銅芯線，需要防酸、阻燃；大于DC 300 V絕緣耐壓，探頭為溫度傳感器、互感式電流傳感器。

2.2.2 測試接口

1)檢測接口B1。建立檢測接口接線箱，接線入口 (由電池到接線箱)采用37芯扁平插座，使用33芯，4芯備用；接線出口 (由接線箱到檢測設(shè)備)采用37芯鋁殼螺口航空插座，既能重復(fù)插拔使用，又保證連接的可靠，同樣留4芯備用。出入口經(jīng)過2 k/1W電阻連接，如圖4所示。

圖4 檢測接口

2)內(nèi)阻負載測試線接口B2。在B1所述接線箱內(nèi)。采用30 A的可堆疊功率插座，出入同型，如到出經(jīng)過30 A保險座，線數(shù)由具體電池而定，每組分段數(shù)不超過12，也就是線數(shù)不超過13，如圖5所示。

圖5 內(nèi)阻負載測試線接口

3)功率負載接口B3。配置0.2C電流級別可插拔功率接口和直流空氣開關(guān)，充放電負載電纜由電池組正負極經(jīng)空開連接到功率接口，如圖6所示。

圖6 功率負載接口

2.3 通信協(xié)議

通信協(xié)議采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議〔8〕。

2.4 測試功能

設(shè)計、制作完成后的標(biāo)準(zhǔn)接線箱具備了內(nèi)阻測試、電壓電流監(jiān)測、容量測試等基本的功能，如圖7所示。

圖7 一體化接口功能鏈接示意圖

1)電壓電流監(jiān)測。通過線箱的B1輸出口(37針鋁殼螺口航空插頭)接入蓄電池監(jiān)測設(shè)備，實現(xiàn)實時監(jiān)控上報等功能。

2)內(nèi)阻測試。通過線箱的B2輸出口接入蓄電池內(nèi)阻測試儀，每12個蓄電池為一組，測試9次完成整組蓄電池內(nèi)阻測試。

3)容量測試。通過線箱的B3輸出口 (負載功率插座)接入充放電負載，不再需要安裝蓄電池單體測試單元，完成蓄電池充放電試驗。

2.5 現(xiàn)場應(yīng)用說明

該一體化測試標(biāo)準(zhǔn)測試接口采用預(yù)置方式，在蓄電池安裝時一并布置，在已投運蓄電池上也可安裝。每只電池布置一根電壓采集線，每18只電池布置一根內(nèi)阻測試線均，測試線均被牢固壓接在蓄電池極柱上，接觸非常緊密，可大大提高測試精度，解決了手動測試方式下因測試夾接觸不良導(dǎo)致的測量誤差。

3 傳統(tǒng)方式和一體化測試標(biāo)準(zhǔn)接口方式對比

為了對比該方案的實際效果，選取了某供電公司3個110 kV變電站的蓄電池組在同一組工作人員的前提下，用原有方式和一體化方式進行對比，對比試驗結(jié)果見表1。改進情況比對統(tǒng)計見表2。

表1 試驗結(jié)果對比表min

表2 改進情況對比表

通過以上試驗可以明顯看出，本測試標(biāo)準(zhǔn)接口使用后，極大地提高了工作效率，蓄電池內(nèi)阻測試由原來的平均40 min降低至平均20 min，電壓測試由原來平均30 min降低至平均10 min，充放電試驗前接線效果更為顯著，時間由原來的平均50 min降低至平均20 min，并提高了測試的精度。

4 結(jié)語

電力系統(tǒng)變電站蓄電池組容量維護和內(nèi)阻測試的主要參數(shù)包含單體電壓、電池組電壓、單體內(nèi)阻、電池間連接電阻、容量等，但目前的變電站直流蓄電池不論是自動監(jiān)測還是手工測試，都沒有把蓄電池組作為一個整體，沒有整體標(biāo)準(zhǔn)測試接口，無法將各類設(shè)備整合利用。針對此問題，通過設(shè)計一個通用接口的線箱，將蓄電池組主要參數(shù)采集集中，提供給各類測試設(shè)備分享，以達到提高蓄電池測試工作效率、提高蓄電池測試工作的安全性及安全性和提高蓄電池測試精度的目的，克服了現(xiàn)有方法的缺點。通過現(xiàn)場試驗表明，本測試標(biāo)準(zhǔn)接口使用后，極大地提高了工作效率，蓄電池內(nèi)阻測試由原來的平均40 min降低至平均20 min，電壓測試由原來平均30 min降低至平均10 min，充放電試驗前接線效果更為顯著，時間由原來的平均50 min降低至平均20 min，且測試精度得到保障，降低了工作安全風(fēng)險，能廣泛適用于變電站蓄電池運維檢修工作。

目前，該套一體化測試標(biāo)準(zhǔn)接口還無法與現(xiàn)有各廠家的內(nèi)阻測試儀進行兼容，但由于該接口僅僅是將原有測試儀器的測試線部分進行了預(yù)置，不涉及軟件兼容問題，現(xiàn)有設(shè)備只需對測試接口進行匹配即可。該接口設(shè)計方案已對外公布，所有測試儀生產(chǎn)廠家或在線監(jiān)測生產(chǎn)廠家均可參考。今后還將申請該接口的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對實現(xiàn)直流電源設(shè)備模塊化設(shè)計具有重要意義。

〔1〕李喜桂，雷紅才.變電運維一體化技術(shù) 〔M〕.北京:中國電力出版社，2014.

〔2〕尚晉.變電站直流電源系統(tǒng)的設(shè)計與可靠性研究 〔D〕.廣州:華南理工大學(xué)，2010.

〔3〕彭剛毅.變電站電力操作直流電源系統(tǒng)的研究〔D〕.長沙:湖南大學(xué)，2006.

〔4〕董泉，王銳，孫立存.加強變電站直流系統(tǒng)運行與維護管理〔A〕.2007.

〔5〕歐陽名三，余世杰.VRLA蓄電池容量預(yù)測技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展〔J〕. 蓄電池， 2004， 41(2):59-63， 66.

〔6〕白海霞，朱晨，陳后金.閥控式鉛酸蓄電池內(nèi)阻分析 〔J〕.電源技術(shù)，2011，35(2):183-185，188.

〔7〕郭屹松，李鐵香.蓄電池工作狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng) 〔J〕.電氣應(yīng)用，2006，25(7):126-129.

〔8〕國家電網(wǎng)公司.站用交直流一體化電源系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范:Q/GDW576—2010 〔S〕.2010.

Research and Application on Integrated Standard-Interface of DC Battery in the Substation

AO Fei1， PENG Cheng2， DAI Wenliang3， JIANG Chengyuan4， ZENG Peng5
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute， Changsha 410007， China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation， Changsha 410004， China；3.State Grid Hunan Electric Power Corporation Maintenance Company， Changsha 410004， China；4.State Grid Hunan Electric Power Corporation Chenzhou Power Supply Company， Chenzhou 423000， China；5.State Grid Hunan Electric Power Corporation Hengyang Power Supply Company， Hengyang 421000， China)

This paper introduces the lack of standard-interface of DC battery in the substation and that varies types of test equipment can not be integrated used.It proposes an integrated standard-interface design Scheme of DC battery，which can be used by varies types of test equipment.The interface is easy to install and maintain and can be connected with the equipment of capacity test， operation parameters test， single battery internal resistance and connection resistance test.It is beneficial for the battery test data comparisons.The paper analyzes the battery test efficiency and reliability between traditional manual and online method finally.Laboratory and field test results show that the method can improve productivity and reduce operational risks.Key words:accumulator； integrated standard-interface； test precision； reliability

TM912

B

1008-0198(2017)05-0043-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.05.011

2017-05-08 改回日期:2017-07-03

敖非(1983)，男，碩士，工程師，研究方向為電力系統(tǒng)繼電保護及自動化技術(shù)和直流電源系統(tǒng)技術(shù)。

彭鋮(1979)，男，學(xué)士，工程師，研究方向為電力系統(tǒng)變電運行標(biāo)準(zhǔn)化管理、直流電源系統(tǒng)在線監(jiān)技術(shù)等。

代文良(1987)，男，碩士，工程師，研究方向為直流電源技術(shù)。