基于浮充電流法判斷蓄電池運行狀態(tài)技術(shù)研究與應(yīng)用

蘇淑敏 何春 吳文健

摘? 要：站用直流電源系統(tǒng)作為二次設(shè)備的工作電源，其安全可靠性要求非常高;蓄電池組作為直流系統(tǒng)的后備電源，電力規(guī)程明確要求站用直流電源系統(tǒng)不能不帶蓄電池組運行。然而因器件故障等原因，蓄電池可能脫離直流母線;傳統(tǒng)的直流系統(tǒng)無蓄電池詳細狀態(tài)監(jiān)測（集中監(jiān)控只監(jiān)測蓄電池均充和放電狀態(tài)），對蓄電池脫離母線故障沒能及時告警，直流系統(tǒng)無蓄電池組運行會可能導致電力系統(tǒng)事故擴大化。該文研究蓄電池狀態(tài)電流監(jiān)測技術(shù)，高精度全量程采樣蓄電池狀態(tài)電流，通過蓄電池組狀態(tài)電流判斷蓄電池組狀態(tài)，針對蓄電池組脫離母線故障發(fā)出告警，給檢修人員提供檢修依據(jù)。

關(guān)鍵詞：均充電流? 浮充電流? 蓄電池組放電電流? 蓄電池脫離母線

中圖分類號：TM910.6 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）01（a）-0026-03

站用直流電源系統(tǒng)是應(yīng)用于水力、火力發(fā)電廠，各類變電站和其他使用直流設(shè)備的用戶，為給信號設(shè)備、保護、自動裝置、事故照明、應(yīng)急電源及斷路器分、合閘操作提供直流電源的電源設(shè)備。直流電源系統(tǒng)的電源由充電機模塊和蓄電池組構(gòu)成，系統(tǒng)正常運行情況下負荷由充電機提供，充電機還提供蓄電池組的充電電流;蓄電池組作為直流電源系統(tǒng)后備電源，長時間運行在浮充狀態(tài)，當直流系統(tǒng)故障或者站用交流失壓或者一次設(shè)備重合閘充電機輸出功率不夠時，蓄電池組輸出電流保證直流負荷正常工作。所以運行的直流電源系統(tǒng)不能缺少蓄電池組。

蓄電池組到直流母線間連接由電纜和保護器件組成，人為因素或者器件故障可能導致蓄電池回路異常，發(fā)生脫離母線故障。直流電源系統(tǒng)成套設(shè)備沒有配備蓄電池脫離母線故障監(jiān)測專用設(shè)備，直流系統(tǒng)集中監(jiān)控器對蓄電池的監(jiān)控技術(shù)有限不能完全監(jiān)控蓄電池狀態(tài)，導致現(xiàn)階段蓄電池脫離母線不能正確告警。

近年來有不少研究單位研究各式各樣蓄電池組脫離母線告警裝置，多是采用調(diào)壓法進行測試，這種方法需要在直流系統(tǒng)動力回路增加器件或者需要跟充電機進行通信控制，增加系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，所以得不到推廣應(yīng)用。雖然發(fā)現(xiàn)脫離母線故障的危害性大，限于技術(shù)原因，沒有合適的設(shè)備進行故障監(jiān)測。

1? 蓄電池狀態(tài)電流分析

蓄電池組狀態(tài)有均充電、浮充電和放電狀態(tài)，均充電過程分為均流充電（0.1C）和均壓充電的過程，電流最大控制在0.1C內(nèi);浮充電依據(jù)電流特性而定，查詢資料知在25℃時閥控式鉛酸蓄電池浮充電流約合0.42mA/Ah;直流系統(tǒng)故障電流極大，設(shè)計回路承載電流不得小于5.5I10。站用蓄電池組容量在200～800Ah之間，則均充電流幾十安培，浮充電流幾十到幾百毫安，重合閘電流最大可能有幾百安培。

站用直流系統(tǒng)成套設(shè)備有設(shè)備監(jiān)測蓄電池狀態(tài)電流，成套設(shè)備蓄電池回路部分原理圖如圖1所示。

站用直流電源系統(tǒng)電池組回路如圖1所示，蓄電池組出線經(jīng)過熔斷器、蓄電池狀態(tài)電流監(jiān)測分流器、隔離開關(guān)然后接入直流系統(tǒng)母排。中間接有蓄電池電壓采樣表和蓄電池核容放電開關(guān)。

限于直流系統(tǒng)成套設(shè)備技術(shù)原因，主回路承載能力設(shè)計滿足5.5I10，蓄電池狀態(tài)電流監(jiān)測分流器容量比較大，集中監(jiān)控器只能測量安培級別的電流，即只能準確測量均充狀態(tài)和放電狀態(tài)，不能準確測量浮充電流。

所以有必要研究蓄電池全狀態(tài)電流檢測技術(shù)，不改變蓄電池現(xiàn)有回路情況下準確測量蓄電池狀態(tài)電流，從而判斷蓄電池運行狀態(tài)。

2? 監(jiān)測蓄電池狀態(tài)電流技術(shù)研究

站用直流系統(tǒng)設(shè)計時安裝分流器參數(shù)為75mV不同容量的分流器，容量選擇滿足5.5I10，分流器容量設(shè)計參數(shù)表參考表1。

根據(jù)表1所示，統(tǒng)計6種站用直流系統(tǒng)常用容量蓄電池和直流系統(tǒng)蓄電池回路配備的分流器容量。依據(jù)“25℃時閥控式鉛酸蓄電池浮充電流約合0.42mA/Ah”的可知不同容量蓄電池對應(yīng)的浮充電流值，If=0.42C;依據(jù)不同分流器可推算浮充電流狀態(tài)下分流器響應(yīng)電壓，設(shè)分流器容量為IB，響應(yīng)電壓Vmin，則有：Vmin=If/IB×75mV。由此可推算需要檢測電壓范圍見表2。

根據(jù)表2所知，需設(shè)計電路能夠準確測量0.03～75mV間電壓，然后換算成電流即可。

電子電路元件工作電源3.3V，選用2.5V的穩(wěn)壓電壓芯片設(shè)計AD基準電源，電路輸入有正向電流和反向電流，需要做一倍抬高，所以AD最大電壓為1.25V。考慮電路零點漂移等影響測量，AD采樣最小值大于80mV。

設(shè)計放電電路一，放大倍數(shù)Au1，Au1=80/0.03≈2666倍;該電路放大電壓最大值Vmax1=1250/2666=0.468mV。則有設(shè)計放大電路一，放大倍數(shù)2666倍，放大信號范圍約為0.03～0.46mV。

設(shè)計放電電路二，電壓最小范圍設(shè)計到0.45mV;放大倍數(shù)Au2，Au2=80/0.45≈177倍;該電路放大電壓最大值Vmax2=1250/177=7.06mV。則有設(shè)計放大電路二，放大倍數(shù)177倍，放大信號范圍約為0.45～7mV。

設(shè)計放電電路三，電壓最小范圍設(shè)計到6.9mV;放大倍數(shù)Au3，Au3=80/6.9≈11.59倍;該電路放大電壓最大值Vmax3=1250/11.6=107.76mV。則有設(shè)計放大電路三，放大倍數(shù)11.6倍，放大信號范圍約為6.9～75mV。

項目需要設(shè)計個放大電路，放大倍數(shù)分別為2666倍、177倍和11.6倍，滿足站用直流電源系統(tǒng)蓄電池全狀態(tài)電流高精度測試。電流檢測檔位自動切換，切換條件是放大倍數(shù)大的電路接近飽和就切換到下一個放大倍數(shù)小的電路就行運算即可。

3? 研制蓄電池脫離母線告警裝置

該方案設(shè)計浮充電流采樣判斷蓄電池脫離母線故障裝置，采用系統(tǒng)現(xiàn)有分流器采樣蓄電池組浮充電流，電流采用做到寬范圍高精度，實現(xiàn)精確采樣浮充電流的目標，從而準確判斷蓄電池脫離母線故障。

如圖2所示，研制設(shè)備接入原系統(tǒng)需要取直流系統(tǒng)電源和并接在現(xiàn)有分流器上進行電流采樣。裝置設(shè)計電源電路、檢測電路和控制電路，實現(xiàn)在線監(jiān)測浮充電流判斷蓄電池脫離母線故障功能;裝置設(shè)計LCD觸摸屏人機交換、LED告警指示和告警信號節(jié)點輸出等外圍電路。

4? 結(jié)語

該文分析浮充電流值大小，總結(jié)蓄電池回路電流范圍，數(shù)據(jù)理論分析實現(xiàn)寬范圍高精度采樣蓄電池全狀態(tài)電流方法，可依據(jù)該方法設(shè)計浮充電流采樣判斷蓄電池脫離母線故障裝置，在不改變直流系統(tǒng)主回路情況下監(jiān)測蓄電池狀態(tài)，保證直流系統(tǒng)安全可靠運行，為電力系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

參考文獻

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