于 軍，王 毅，劉湘霞

（山東濟(jì)寧供電公司，山東 濟(jì)寧 272123）

0 引言

運(yùn)行實(shí)踐表明，保證變電站直流系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的核心是蓄電池，而直流系統(tǒng)運(yùn)行管理的難點(diǎn)也是蓄電池。偏離標(biāo)準(zhǔn)的高溫、一切非正常的浮充、過(guò)充，超過(guò)蓄電池規(guī)定的深度放電而又未及時(shí)進(jìn)行充電等，都將對(duì)蓄電池的性能和使用壽命帶來(lái)不利影響，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成潛在的威脅。

1 變電站直流電源運(yùn)行維護(hù)存在的主要問(wèn)題

由于直流系統(tǒng)的運(yùn)行相對(duì)于其他變電設(shè)備較為穩(wěn)定，且自身的缺陷并不直接對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行構(gòu)成威脅，因此在管理方面的投入略有不足，較為突出的問(wèn)題是專業(yè)人員配置較少，難以按要求完成定期檢修內(nèi)容，對(duì)直流系統(tǒng)的運(yùn)行狀況難以掌握［1］。

個(gè)別充電設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，浮充電壓出現(xiàn)漂移，造成蓄電池處于過(guò)充或欠充狀態(tài)，縮短蓄電池的使用壽命。

蓄電池運(yùn)行環(huán)境惡劣，冬夏溫差較大，不能保證在最佳溫度（25℃左右），運(yùn)行時(shí)間受到很大影響。而在使用過(guò)程中，無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其現(xiàn)有容量，無(wú)法準(zhǔn)確判斷其健康狀況。

無(wú)論是檢修人員還是運(yùn)行人員，所得到的直流電源運(yùn)行信息很少，主要是一些故障及異常信息。如充電機(jī)交流電源故障、充電機(jī)故障、直流絕緣接地、直流電源電壓異常，不能反映直流系統(tǒng)運(yùn)行的詳細(xì)信息，更不知道蓄電池的現(xiàn)有容量。

2 變電站直流電源在線檢測(cè)系統(tǒng)

變電站直流電源在線檢測(cè)系統(tǒng)以較為全面的信息檢測(cè)、遠(yuǎn)程充放電控制以及數(shù)據(jù)專家分析等功能，使運(yùn)維人員及時(shí)掌握各變電站直流系統(tǒng)各組部件的運(yùn)行狀況，尤其是能夠通過(guò)遠(yuǎn)程放電控制，快速準(zhǔn)確核對(duì)蓄電池的現(xiàn)有容量，及早發(fā)現(xiàn)異常情況，把事故消滅在萌芽狀態(tài)。該系統(tǒng)的應(yīng)用，緩解了當(dāng)前變電站直流電源運(yùn)維管理所存在的矛盾，為變電站直流電源實(shí)行狀態(tài)檢修提供了信息支持和在線檢測(cè)手段。

2.1 充電裝置在線檢測(cè)

直流系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，不但要承擔(dān)正常直流負(fù)荷電流，更重要的是向蓄電池組補(bǔ)充電，以補(bǔ)充蓄電池的自放電，使蓄電池以滿容量處于備用狀態(tài)。若充電機(jī)紋波系數(shù)超標(biāo)，恒壓限流特性不好，就會(huì)造成蓄電池過(guò)充、欠充、電壓過(guò)高、充電流過(guò)大、電池溫度過(guò)高等問(wèn)題，縮短電池的使用壽命。

浮充電對(duì)蓄電池使用壽命的影響。浮充電壓設(shè)置過(guò)低，會(huì)因蓄電池充電不足，使蓄電池極板硫化而縮短電池壽命。浮充電壓設(shè)置過(guò)高，蓄電池將長(zhǎng)期處于過(guò)充電狀態(tài)，使電池的隔板、極板等由于電解氧化而遭破壞，造成電池極板柵腐蝕加速，活性物質(zhì)松動(dòng)，而使容量失效。此外單體電池的浮充電壓升高10 mV，浮充電流可增大10倍，浮充電流過(guò)大時(shí)，電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散掉，電池中將出現(xiàn)熱量積累，使電池溫度升高，又促使浮充電流增大，最終造成電池溫度和電流不斷增加的惡性循環(huán)，即熱失控現(xiàn)象。

充電電流倍率的影響。大電流充電時(shí)，電池內(nèi)部產(chǎn)生的氣體的速率將超過(guò)電池吸收氣體的速率，電池內(nèi)部壓力提高，氣體從安全閥排出，造成電解液減少或干枯。通常水分損失15%，電池容量將會(huì)減少15%，水分過(guò)量損耗，將使閥控蓄電池的使用壽命提前終止。

可以看出，上述問(wèn)題主要源于穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)以及對(duì)運(yùn)行參數(shù)的正確設(shè)置。其中穩(wěn)壓精度的提高是避免蓄電池長(zhǎng)期浮充電運(yùn)行時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)欠充電現(xiàn)象的最好方法，保證蓄電池在事故放電時(shí)保持容量。穩(wěn)流精度的提高對(duì)于蓄電池的初充電和均衡充電的長(zhǎng)時(shí)間過(guò)程是有利的，滿足了蓄電池電化學(xué)反應(yīng)的最佳狀態(tài)。紋波系數(shù)較大，降低了直流電源的質(zhì)量，引起浮充電壓波動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)蓄電池的脈動(dòng)充電放電過(guò)程，對(duì)蓄電池不利。直流電源主要電氣參數(shù)允許范圍如表1所示。

在線檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)這些重要的電氣參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、記錄，并設(shè)定告警限值，當(dāng)檢測(cè)數(shù)據(jù)超出允許范圍時(shí)，系統(tǒng)既給出相應(yīng)的告警提示，以便及時(shí)加以修正，確保充電裝置處于良好的狀態(tài)。若充電裝置的電氣量頻繁發(fā)生偏離告警，這就表明充電裝置的某些特性 （穩(wěn)壓、穩(wěn)流、紋波）發(fā)生劣變，由此可對(duì)充電裝置進(jìn)行針對(duì)性的檢查維修或更換，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)充電裝置的狀態(tài)檢修。

表1 直流電源主要電氣參數(shù)允許范圍

2.2 蓄電池的在線檢測(cè)

2.2.1 蓄電池可進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估的依據(jù)

一般來(lái)說(shuō)，隨著電池使用時(shí)間的增加，電池組性能將逐步發(fā)生劣化，劣化程度總是表現(xiàn)為個(gè)別電池性能的落后，主要表現(xiàn)為：落后電池相對(duì)自身的電池電壓離散度逐步變大，相對(duì)整組電池的電池電壓離散度逐步變大，相對(duì)與自身的內(nèi)阻值逐步變大，且對(duì)于整體的離散度變大，整體的充放電曲線電壓值逐步變大；容量不足時(shí)，電池電壓充電上升慢，放電下降快；內(nèi)阻增大時(shí)，電池電壓充電上升快，放電下降快。這些突出的異常信息，被線檢測(cè)系統(tǒng)獲得后，便可自動(dòng)判斷蓄電池組測(cè)試結(jié)果，提示某序號(hào)蓄電池發(fā)生電壓異常，內(nèi)阻異常，容量不足，據(jù)此對(duì)蓄電池健康狀況作出評(píng)估。

2.2.2 蓄電池常用檢測(cè)方法

判斷蓄電池狀態(tài)優(yōu)劣的最重要的指標(biāo)，是按10 h放電率對(duì)蓄電池進(jìn)行全核對(duì)性放電所能放出的電量的多少。一般要求，當(dāng)蓄電池所放出的電量達(dá)到額定容量的95%以上，即認(rèn)為該蓄電池組合格。

核對(duì)性放電法：將蓄電池組脫離供電系統(tǒng)，以I10電流進(jìn)行恒流放電，同時(shí)測(cè)量每一蓄電池電壓，當(dāng)降到規(guī)定值（單體1.8 V）時(shí)，停止放電，計(jì)算出蓄電池組容量。該方法作為蓄電池的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，是規(guī)程規(guī)定必須定期進(jìn)行的檢測(cè)項(xiàng)目，他是保證直流電源安全運(yùn)行最有效的手段。

電壓法：通過(guò)測(cè)量蓄電池電壓檢測(cè)蓄電池的狀態(tài)。一般可測(cè)出開(kāi)路、短路、嚴(yán)重?fù)p壞的電池。在放電狀態(tài)下更為有效。該方法方便雖然可行，但只能判讀已嚴(yán)重失效的蓄電池，不能全面的反映每個(gè)單體的情況，且對(duì)性能的差異不能作出反應(yīng)。

內(nèi)阻測(cè)量法：蓄電池的故障，如板柵腐蝕和增長(zhǎng)、接觸不良、活性物質(zhì)可用量減少等，集中表現(xiàn)于蓄電池內(nèi)阻的增大、電導(dǎo)的減小。因此，電導(dǎo)或電阻的高低可提供反映蓄電池故障和使用程度的有效信息。該方法快速簡(jiǎn)便，易于發(fā)現(xiàn)失效電池，對(duì)了解蓄電池性能具有一定的參考意義。

通過(guò)對(duì)上述3種常用檢測(cè)方法的比較可見(jiàn)，核對(duì)性放電法，仍然是檢測(cè)蓄電池健康狀況無(wú)可替代的最直接的方法，但是由于該方法耗時(shí)費(fèi)力，難以按要求實(shí)施。要求尋求一種即準(zhǔn)確可靠又簡(jiǎn)便易行的檢測(cè)方法，由此提出蓄電池遠(yuǎn)程放電檢測(cè)的概念。即按標(biāo)準(zhǔn)放電電流對(duì)蓄電池組進(jìn)行淺容量（10%～30%額定容量）放電，通過(guò)對(duì)放電曲線的比較分析，判斷蓄電池健康狀況，以便制定針對(duì)性檢修策略。

2.2.3 實(shí)施遠(yuǎn)方放電操作應(yīng)具備的條件

充電裝置應(yīng)具備四階段充電方式，即恒流限壓主充—定壓均充—定時(shí)均充—定壓浮充，這樣電池極板的有效物質(zhì)還原充分，對(duì)延長(zhǎng)電池壽命有一定好處。且均充轉(zhuǎn)換到浮充是根據(jù)充電電流的設(shè)定值來(lái)轉(zhuǎn)換，可靠性更高，可有效防止電池過(guò)充。

充電裝置應(yīng)具有良好的穩(wěn)壓、穩(wěn)流特性。實(shí)施遠(yuǎn)程放電前，應(yīng)對(duì)充電裝置進(jìn)行全面檢測(cè)，紋波系數(shù)、穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度均在合格范圍。

放電過(guò)程中，如發(fā)生通信中斷，系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定的終止放電條件，自動(dòng)終止放電，并轉(zhuǎn)入充電狀態(tài)。

放電終止條件可靈活設(shè)置，一般應(yīng)設(shè)置以下終止條件：蓄電池終止電壓（電池電壓、電池組電壓）；放電時(shí)間；電池溫度；通信中斷。

放電控制回路應(yīng)簡(jiǎn)單可靠，盡量減少對(duì)蓄電池原有充放電回路的改動(dòng)。實(shí)施遠(yuǎn)程放電時(shí)，蓄電池不得與直流負(fù)荷脫離。

圖1 一種簡(jiǎn)單易行的遠(yuǎn)方放電控制電路

圖1為一種簡(jiǎn)單易行的遠(yuǎn)方放電控制電路。在蓄電池端口，串入一組并有二極管的接觸器的接點(diǎn)，利用二極管單向?qū)ㄌ匦?，?shí)現(xiàn)蓄電池與充電機(jī)的隔離，通過(guò)控制接觸器的分合，即可實(shí)現(xiàn)蓄電池的充放電。如放電時(shí)，出現(xiàn)充電機(jī)故障或市電消失，蓄電池可通過(guò)二極管無(wú)間隙的向直流負(fù)荷供電。

實(shí)施遠(yuǎn)程放電時(shí)，應(yīng)制定突發(fā)事件處置預(yù)案，備足常用備件，做好事故搶修準(zhǔn)備。

2.2.4 遠(yuǎn)方放電時(shí)間及周期

電力系統(tǒng)故障的高發(fā)期是雷雨季節(jié)，這期間電網(wǎng)處于全保護(hù)、全接線的運(yùn)行狀態(tài)，也是對(duì)直流電源可靠性要求最高的時(shí)期。因此計(jì)劃性的核對(duì)性放電工作應(yīng)安排在雷雨季節(jié)前后進(jìn)行。如此可在電網(wǎng)故障高發(fā)期前對(duì)蓄電池運(yùn)行狀態(tài)做全面的評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除隱患，這對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是必要的。經(jīng)驗(yàn)表明，核對(duì)性放電時(shí)間安排在4－5月較為適宜。

實(shí)施了遠(yuǎn)程放電控制，使蓄電池的核對(duì)性放電更加方便快捷，且可以多個(gè)變電站同時(shí)進(jìn)行。以1組300 AH蓄電池組按0.1C10電流進(jìn)行50%核對(duì)性放電，正常情況下5 h即可完成。1天有效工作時(shí)間按6 h計(jì)算，每組蓄電池放電間隔10 min，那么1天至少可完成5～6組蓄電池的核對(duì)性放電。這樣可以通過(guò)多次淺容量放電檢測(cè)蓄電池狀態(tài)，因此除每年4－5月進(jìn)行一次50%容量的核對(duì)性放電外，還可在10－11月對(duì)蓄電池進(jìn)行一次淺容量放電檢測(cè)，放電容量控制在30%以內(nèi)，終止電壓的設(shè)定不小于2V。對(duì)于運(yùn)行接近規(guī)定年限的蓄電池還可根據(jù)健康狀況適當(dāng)增加放電檢測(cè)的次數(shù)，以便了解蓄電池狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題嚴(yán)重的蓄電池。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)直流電源監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)直流電源進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，尤其是實(shí)施蓄電池遠(yuǎn)程放電，確實(shí)存在一定風(fēng)險(xiǎn)，如電池爆裂、容量耗盡、開(kāi)路等。為了避免這些突發(fā)事件的發(fā)生，應(yīng)嚴(yán)格控制蓄電池放電電流及放電的深度，防止通過(guò)遠(yuǎn)程放電方式進(jìn)行全容量核對(duì)性放電，放電深度應(yīng)嚴(yán)格控制在額定容量的50%以內(nèi)。經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)一些性能明顯劣化的電池，當(dāng)放出其額定容量的30%乃至10%，就可以被檢測(cè)出來(lái)。通過(guò)這種靈活的檢測(cè)方法，獲得蓄電池的狀態(tài)信息，并與原始數(shù)據(jù)（滿容量時(shí)）進(jìn)行比對(duì)，預(yù)測(cè)蓄電池可能的保有容量、運(yùn)行壽命，可以達(dá)到與全容量核對(duì)性放電同樣的效果。