變電站蓄電池日常監(jiān)測原理缺陷的探討

王會琳，閻顯偉，劉文靜，爨雨萌，朱劉升

（國網(wǎng)河南省電力公司 檢修公司，河南 鄭州 450000）

0 引 言

當(dāng)變電站正常工作時，蓄電池一般會處于浮充電狀態(tài)。如果變電站因為某些原因出現(xiàn)問題造成無法正常供電，蓄電池就會發(fā)揮出它的作用，保證變電站的日常運作。蓄電池使用的時間較久，就會出現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換率低下、蓄電池容量下降等問題，非常容易出現(xiàn)故障，進(jìn)而影響變電站的正常運作。為了防止出現(xiàn)這種情況，對變電站蓄電池定期的進(jìn)行監(jiān)測維護(hù)是非常重要的一項工作。目前對變電站蓄電池的日常監(jiān)測工作存在很大的缺陷問題，由于很難及時發(fā)現(xiàn)并解決蓄電池存在的故障問題，會造成蓄電池報廢，因此必須對變電站蓄電池的日常監(jiān)測進(jìn)行創(chuàng)新完善。

1 變電站蓄電池的日常監(jiān)測工作和監(jiān)測方法闡述

目前，變電站使用的蓄電池一般都是閥控式鉛酸蓄電池，在對這種蓄電池進(jìn)行監(jiān)測時主要有如下5個項目。一是整個電池的電壓及單個電池的電壓，測試工具為萬用表。如果監(jiān)測數(shù)據(jù)不正常，就需要深入分析所檢測到的數(shù)據(jù)，并觀察蓄電池的外部溫度。二是電池的阻值和導(dǎo)電性，監(jiān)測工具為內(nèi)阻檢測儀[1]。如果阻值過高，則要深入檢查電壓、電池的運行狀態(tài)和溫度，查看是否充電和放電過于飽和，電池是否老化。三是溫度，測試工具是溫度計，如果電池的溫度超過95 ℃就要檢查蓄電池的通風(fēng)環(huán)境，查看是否存在短路等故障導(dǎo)致電池變熱。四是外表，需要使用觀察法對其進(jìn)行查看，查看電池的外殼是否干凈完整，螺母是否緊固。五是電池的容量，對電池進(jìn)行監(jiān)測需要做放電試驗。檢查單體的電池容量是否符合標(biāo)準(zhǔn)，電池的內(nèi)部是否出現(xiàn)短路或者斷路的現(xiàn)象，對蓄電池整體進(jìn)行監(jiān)測評估。

在對蓄電池進(jìn)行檢測維護(hù)時，為了保證變電站的安全性，不可以將蓄電池單獨分離出來進(jìn)行監(jiān)測，而且監(jiān)測花費力度也非常大，當(dāng)前使用比較廣泛的是利用在線監(jiān)測系統(tǒng)對蓄電池進(jìn)行監(jiān)測。這種監(jiān)測系統(tǒng)主要是由數(shù)據(jù)搜集裝置、放電裝置以及監(jiān)測裝置組成，可以對蓄電池的實時情況進(jìn)行監(jiān)測。對蓄電池阻值進(jìn)行定期監(jiān)測，也可以模擬靜態(tài)放電對蓄電池的容量進(jìn)行測試，通過以上種種數(shù)據(jù)分析綜合的評估蓄電池的整體性能[2]。但是這種系統(tǒng)目前還存在一定的監(jiān)測偏差，檢測精準(zhǔn)度不高、系統(tǒng)不穩(wěn)定等問題層出不窮。結(jié)合實際的運行情況，對電壓的測量存在的誤差具有隨機(jī)性，會和蓄電池的溫度和儲電量有一定的關(guān)系，還和檢測工具的精準(zhǔn)度有一定的關(guān)系。系統(tǒng)不穩(wěn)定誤報警的主要因素就是測量誤差較大，測量時候出現(xiàn)回路故障?；芈愤B接的保險管破損或者連接處接觸不良都會造成檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，進(jìn)而出現(xiàn)誤報警的情況，這會給蓄電池檢測維修人員帶來很大的麻煩。

2 變電站蓄電池日常監(jiān)測原理存在的缺陷

變電站蓄電池失效的主要原因就是內(nèi)阻增大致使蓄電池的電壓逐漸減小，進(jìn)而出現(xiàn)反向電壓影響電池正常運作，造成電池不能夠滿足負(fù)載電壓的需求，最終導(dǎo)致出現(xiàn)電池失效和報廢的情況。由于在線監(jiān)測系統(tǒng)還存在一定的缺陷，在實際的檢測過程開路電池很難被發(fā)現(xiàn)，盡管離線檢測可以有效地對蓄電池是否開路進(jìn)行檢測，但是需要耗費大量的時間和力量，監(jiān)測時也會對蓄電池造成一定的損傷[3]。所以，蓄電池的監(jiān)測系統(tǒng)迫切需要改進(jìn)。

低壓直流系統(tǒng)的額定電壓在浮動充電條件下為220 V/380 V。電池組（18節(jié)單電池）的電動勢E為230 V，內(nèi)部電阻R為2 Ω，正常單電池E1為12 V，內(nèi)部電阻R1為1 Ω，負(fù)載電流Ih為5 A。然后，實際端子電壓V1應(yīng)為216 V。同時，將電池異常內(nèi)阻和電動勢設(shè)置為Rk和EK。圖1為蓄電池在線監(jiān)測原理示意圖。

圖1 蓄電池在線監(jiān)測原理示意圖

圖1中，在正常條件下，電池充電電流I=0.22 A，電池端子電壓為≈220 V＞V1，單個電池端子電壓為12.22 V＞E1。可以看出，在線監(jiān)測獲得的運行參數(shù)與實際性能參數(shù)之間存在偏差。

在異常情況下，第K個電池的內(nèi)部電阻從1 Ω增加到Rk，而電動勢從12 V改變到EK。類似地，根據(jù)圖1，電池充電電流I遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1 A，并且電池端子電壓大于216 V，這與正常情況相似。當(dāng)EK小于12 V且大于10 V時，單節(jié)電池的性能下降，并且難以判斷結(jié)果。當(dāng)EK小于10 V時，電池開始損壞，但是仍然很難判斷結(jié)果。當(dāng)EK為0且Rk為0時，端子電壓過高，電池開路。

當(dāng)兩個電池的內(nèi)部電阻增加并從1 Ω變?yōu)镽k，并且電動勢也從原來的12 V變?yōu)镋K時，其他條件保持不變。根據(jù)圖1，電池充電電流I小于1 A，電池端電壓大于216 V。單電池電壓與正常值之間無顯著差異，其結(jié)果基本上是類似于電池內(nèi)部電阻的增加。當(dāng)EK低于12 V且高于10 V時，電池的性能下降，并且不容易判斷結(jié)果。當(dāng)EK小于10 V時，電池開始損壞，但是仍然很難判斷結(jié)果。當(dāng)EK為0且Rk為1000時，端子電壓過高，電池完全損壞[4]。

當(dāng)18個電池的內(nèi)部電阻從原來的1 Ω增大到Rk，并且電動勢也從最初的12 V變?yōu)镋K時，其他條件保持不變。類似地，根據(jù)圖1，充電電流I遠(yuǎn)小于1 A，電池端子電壓大于216 V，單個電池端子電壓為12.22 V，這與正常情況一致。

通過上面的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析可以看出，變電站在運行時對蓄電池進(jìn)行監(jiān)測，無論電池是否存在問題故障，或者電池?fù)p壞，單從電壓上都不能夠進(jìn)行合理的判斷。此外，當(dāng)一組蓄電池基本損壞時，監(jiān)測結(jié)果卻和正常情況下的結(jié)果更加接近。因此，這種在線監(jiān)測端電壓不易反映變電站蓄電池是否存在問題故障。

由于變電站一般使用的是閥控式鉛酸蓄電池，因此在正常運作時，電池會處于限壓限流的一種浮充狀態(tài)。該種蓄電池的密封性比較好，電池內(nèi)部的構(gòu)造很難進(jìn)行觀察，只能通過核對性放電的形式對蓄電池的容量和內(nèi)部的基本狀態(tài)進(jìn)行測量，但是使用核對性的放電形式測量方法需要將蓄電池從變電站蓄電池系統(tǒng)中分離出來，這是不提倡采用的，因為會進(jìn)一步的對變電站的風(fēng)險抵抗能力造成一定的影響。同時，檢測的時間也比較長，精準(zhǔn)度也沒有保障。

隨著電氣技術(shù)和自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，變電站監(jiān)測設(shè)備不斷進(jìn)行創(chuàng)新，性能也越來越高，電力系統(tǒng)的構(gòu)造也得到了一定的完善，問題出現(xiàn)的次數(shù)也有所減少。同時，低壓直流系統(tǒng)沖擊的負(fù)載也有所降低，蓄電池一般作為備用的能源很少有發(fā)揮的機(jī)會。由于長期不工作，電池的性能也會有所下降，在加上容量檢測試驗會對蓄電池造成很大的損害，如果不能夠及時地對蓄電池的性能進(jìn)行綜合評估，不能及時更換已經(jīng)損害的蓄電池，那么在變電站出現(xiàn)事故時就很難發(fā)揮出其應(yīng)有的作用，進(jìn)而引起重大的事故。所以，變電站蓄電池日常監(jiān)測技術(shù)的創(chuàng)新完善非常重要。

3 變電站蓄電池日常監(jiān)測的創(chuàng)新改進(jìn)

為了在保證不使蓄電池和變電站系統(tǒng)分離的基礎(chǔ)上，還可以做到對蓄電池的有效監(jiān)測和電池容量檢測，可以使用二極管對蓄電池的原理進(jìn)創(chuàng)新完善，精準(zhǔn)評估蓄電池的異常狀態(tài)。具體的創(chuàng)新原理如圖2所示。

圖2 蓄電池日常監(jiān)測原理創(chuàng)新示意圖

在圖2中，1和2都是表示開關(guān)，3是大功率的二極管，4是蓄電池放電開關(guān)，5是直流電檢測表，6是較大阻值的電阻。

在變電站正常運作時，開關(guān)1是閉合狀態(tài)，2和4是斷開狀態(tài)，這就是蓄電池的浮充狀態(tài)。在對蓄電池進(jìn)行監(jiān)測時，先打開開關(guān)2，再斷開開關(guān)1。同時，二極管是單向?qū)щ姷脑铍姵氐亩穗妷罕雀〕潆妷旱?，所以充電和放點的電壓為0，因此，二極管并不會因為電壓過大出現(xiàn)擊穿的情況，而且蓄電池自身也處于一個分離直流系統(tǒng)的狀態(tài)。這樣，在線監(jiān)測系統(tǒng)所得到的數(shù)據(jù)就可以比較精準(zhǔn)地反映蓄電池的性能，為蓄電池的監(jiān)測和維護(hù)人員提供依據(jù)參考[5]。

如果想要檢測蓄電池的電池容量，就要先打開放電開關(guān)4，這時的電流表上的數(shù)據(jù)就是放電的電流，通過蓄電池放電時的電流大小和正常情況下的進(jìn)行對比，就可以獲得電池容量的信息。這樣就可以在不使蓄電池和變電站分離的情況下對蓄電池的容量進(jìn)行檢測。這不僅可以減少檢測的時間周期，還可以很好地對蓄電池進(jìn)行檢測，提高變電站的安全系數(shù)。

在實際監(jiān)控或放電測試過程中，由于充電機(jī)無法正常工作且無法輸出電壓，那么母線電壓將降低。當(dāng)母線電壓低于電池電壓時，開關(guān)2閉合，電池為母線供電，從而確保了系統(tǒng)供電的連續(xù)性。當(dāng)總線電壓恢復(fù)正常時，關(guān)閉開關(guān)1并斷開開關(guān)2，電池可以正常工作。為了使其發(fā)揮作用，反向擊穿電壓要高于充電輸出電壓和電池之間的電壓差，同時要確保其具有一定的沖擊功率[6]。

4 結(jié) 論

變電站蓄電池出現(xiàn)故障的主要原因是內(nèi)阻增加，進(jìn)而造成蓄電池正向端的電壓減小，最終導(dǎo)致電池放電時出現(xiàn)開路現(xiàn)象，導(dǎo)致蓄電池報廢。電池的阻值、端電壓以及容量等一些特征數(shù)據(jù)都可以反映蓄電池的當(dāng)前性能，但是在實際的監(jiān)測過程中，會因為監(jiān)測原理的缺陷造成檢測數(shù)據(jù)有一定的偏差，不能夠精確地反映蓄電池的真實狀態(tài)，因此需要對蓄電池監(jiān)測原理進(jìn)創(chuàng)新完善，并做好蓄電池出現(xiàn)故障時的應(yīng)急措施。只有做到監(jiān)測和預(yù)防同時進(jìn)行，才可以提高變電站蓄電池的使用周期，在變電站出現(xiàn)故障時很好地發(fā)揮出其作用。