變電站智能并聯(lián)蓄電池系統(tǒng)新技術(shù)研究與應(yīng)用

張大寶，廖 淵

（國網(wǎng)新疆電力有限公司阿克蘇供電公司，新疆 阿克蘇地區(qū) 843000）

1 傳統(tǒng)串聯(lián)蓄電池組存在的問題

通常，變電站蓄電池組都采用串聯(lián)方式，在正常運(yùn)行期間，蓄電池處于浮充電狀態(tài)，實際不帶負(fù)載，僅在發(fā)生事故導(dǎo)致全站交流系統(tǒng)失電的情況下，蓄電池組才作為變電站的應(yīng)急電源為設(shè)備提供直流電源。若串聯(lián)蓄電池組出現(xiàn)故障點(diǎn)，就不能及時提供有效、穩(wěn)定的直流電源。串聯(lián)蓄電池運(yùn)行方式接線圖如圖1所示。

圖1 串聯(lián)蓄電池運(yùn)行方式接線圖

1.1 單節(jié)蓄電池引發(fā)蓄電池組整體質(zhì)量下降

蓄電池組中只要有任何一點(diǎn)出現(xiàn)開路故障，整個蓄電池組將無法向負(fù)載供電；連接點(diǎn)松動還可能引起火災(zāi)事故。

最差的一只蓄電池放電容量等于蓄電池組的實際放電容量。對蓄電池一致性要求高，需要嚴(yán)格配組。蓄電池的個體差異會嚴(yán)重影響蓄電池的充放電精度，會導(dǎo)致部分電池長期過充或過放的情況，進(jìn)而導(dǎo)致蓄電池使用壽命大幅下降，因此整組蓄電池組中，單只蓄電池?fù)p壞時需整組更換，大量完好蓄電池也隨之更換處理。

1.2 蓄電池組維護(hù)不方便

變電站現(xiàn)有直流系統(tǒng)蓄電池不能在線全容量核容，蓄電池不能在線更換。每年由于交流系統(tǒng)失電，改造為蓄電池組提供應(yīng)急電源的變電站僅為很少一部分，在這很少的一部分當(dāng)中，因為蓄電池組故障引起的事故仍時有發(fā)生。目前，變電站直流系統(tǒng)蓄電池采用串聯(lián)形式，存在諸多不利因素。并聯(lián)蓄電池組在通訊協(xié)議及模塊設(shè)計方面的成熟，為解決蓄電池串聯(lián)方式下單節(jié)蓄電池質(zhì)量、連接線影響整組電池的可靠性、不能在線更換維護(hù)、新舊電池難以匹配、冗余配置不經(jīng)濟(jì)、使用維護(hù)成本高等問題提供了有效的手段。國網(wǎng)阿克蘇供電公司與深圳泰昂公司合作，在110 kV朝陽變電站做試點(diǎn)并進(jìn)行推廣應(yīng)用。

2 蓄電池并聯(lián)模式的應(yīng)用

110 kV智能變電站直流電源采用并聯(lián)蓄電池供電，通過將單只12 V蓄電池與匹配的AC/DC模塊、DC/DC模塊電路及蓄電池充放電管理電路集成設(shè)計為間接并聯(lián)智能電池模塊，多個電池模塊通過并聯(lián)，形成并聯(lián)電池系統(tǒng)。蓄電池并聯(lián)模式接線圖如圖2所示。

圖2 蓄電池并聯(lián)模式接線圖

通過應(yīng)用并聯(lián)蓄電池直流系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，其具有以下優(yōu)勢。

2.1 提高了直流系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性

傳統(tǒng)直流系統(tǒng)蓄電池串聯(lián)使用，其蓄電池組的可靠性為：設(shè)傳統(tǒng)串聯(lián)電池組可靠度為99.9%，108只串聯(lián)后的可靠度為（99.9%）108＝89.76%.

故障概率為1－89.76%＝10.24%.

對于并聯(lián)蓄電池系統(tǒng)，蓄電池作為并聯(lián)使用，直流系統(tǒng)的可靠性為：

設(shè)單套蓄電池組件的可靠度為98.9%，每個組件的不可靠度為1.1%，如果有m套組件并聯(lián)，則直流系統(tǒng)的可靠度為1－1.1%m.110 kV朝陽變使用8組蓄電池組并聯(lián)，則可靠度為1－1.1%8＝99.999 999 999 999 9%≈1.

蓄電池的并聯(lián)使用，大大提高了直流供電的可靠性。

2.2 提高電池利用率，節(jié)約電池成本

以阿克蘇市為例，全市110 kV及以上變電站近50座，蓄電池組數(shù)量58組，保守估計全市每年有3%的蓄電池組因單只蓄電池?fù)p壞而需要更換維護(hù)。被淘汰的完好的電池數(shù)量為58×3%×（104－1）＝179只，使用并聯(lián)電池可使蓄電池重新發(fā)揮它的余熱。通過蓄電池的并聯(lián)使用，可以大幅度地減少蓄電池組中蓄電池的“浪費(fèi)”。

2.3 實現(xiàn)在線維護(hù)模塊，減少工作量

系統(tǒng)可實現(xiàn)本地/遠(yuǎn)程控制實時在線全自動核容，降低系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)成本。根據(jù)每次蓄電池核容的剩余容量調(diào)整模塊蓄電池自動核容頻率，保障直流系統(tǒng)的“心臟”——蓄電池一直處于安全狀態(tài)。

2.4 實現(xiàn)電池混用

應(yīng)用蓄電池并聯(lián)模式可實現(xiàn)不同批次、不同廠家新舊電池的混用。

2.5 簡化系統(tǒng)，減少系統(tǒng)故障點(diǎn)

免除硅鏈調(diào)壓裝置和蓄電池巡檢設(shè)備，減少系統(tǒng)故障點(diǎn)。

2.6 實現(xiàn)直流電源分布式布置

阿克蘇110 kV朝陽變電站于2015-12建成投運(yùn)，是新一代智能化變電站擴(kuò)大示范工程，充分體現(xiàn)了“兩型一化”的設(shè)計理念。變電一次110 kV電氣設(shè)備采用戶外六氟化硫柱式集成式隔離斷路器，集成接地開關(guān)、有源式電子電流互感器、電子式電壓互感器，母線采用GIB母線；變電二次采用一體化業(yè)務(wù)平臺及層次化保護(hù)控制系統(tǒng)方案，站內(nèi)不劃分I，II區(qū)，配置一個預(yù)制艙式二次組合設(shè)備，就地分散布置配電裝置場地。變電站采用交直流一體化電源系統(tǒng)，將站用交流電、通信電源、直流電UPS電源進(jìn)行一體化設(shè)計、一體化配置、一體化監(jiān)控，直流部分采用并聯(lián)智能電池組技術(shù)，實現(xiàn)蓄電池組在線維護(hù)，提高了變電站運(yùn)行的可靠性。

3 結(jié)論

110 kV變電站直流系統(tǒng)采用220 V電壓，運(yùn)用并聯(lián)智能電池組技術(shù)，二次設(shè)備預(yù)制艙及二次設(shè)備公用室分別布置一并聯(lián)智能電池組，充電裝置采用智能組件模塊技術(shù)，每臺蓄電池配置一套智能組件模塊，減少了蓄電池容量，避免了設(shè)備重復(fù)配置，優(yōu)化了接線，精減了屏位，降低了成本，同時提高了直流電源的供電穩(wěn)定性、可靠性。

參考文獻(xiàn)：

［1］殷建剛，彭豐，楊兵.并聯(lián)智能直流電源系統(tǒng)在某110 kV變電站中的應(yīng)用［J］.湖北電力，2014，38（4）：36-39.

［2］羅秋宇.智能變電站交直流一體化電源系統(tǒng)的分析及其應(yīng)用［J］.電壓技術(shù)應(yīng)用，2012（10）：72-73.