林立鵬,鄭曉玲，吳江一

(1.廣東電網(wǎng)責任有限公司 佛山供電局， 廣東 佛山 528000；2.國網(wǎng)重慶電力公司 江北供電分公司，重慶404100)

鉛酸蓄電池充放電的監(jiān)測和控制

林立鵬1,鄭曉玲2，吳江一1

(1.廣東電網(wǎng)責任有限公司 佛山供電局， 廣東 佛山 528000；2.國網(wǎng)重慶電力公司 江北供電分公司，重慶404100)

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，對供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求越來越提高，進而提高了對變電站蓄電池及直流電源的要求。我國電力系統(tǒng)變電站所使用的蓄電池維護技術成本較高，效果也不太理想，最終影響了蓄電池的性能。本文分析了鉛酸蓄電池充放電的監(jiān)測和控制指標、蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)組成及系統(tǒng)應用的實際效果。

鉛酸蓄電池；充放電；監(jiān)測；控制

National Grid Chongqing Electricity Company，Chongqing 404100，China)

在變電站直流供電系統(tǒng)中，蓄電池的作用非常重要，其主要功能是為變電站的二次系統(tǒng)提供電力保障，使其更加穩(wěn)定、安全、可靠，實現(xiàn)變電站的控制和保護，實現(xiàn)通信設備有序運行；所以，加強蓄電池的穩(wěn)定性和充放電檢測、控制，確保其提供給負載的實際容量，對電力設備的安全運行意義重大。在變電站直流系統(tǒng)中應用的鉛酸蓄電池一般為閥控式密封鉛酸蓄電池，由于閥控式密封結構比較特殊，因此對于蓄電池的運行狀況不能準確把握，一旦蓄電池發(fā)生故障，將會給電力系統(tǒng)造成不可估量的損失。

由于蓄電池供電可靠性對電力系統(tǒng)的影響較大，因此很多電力企業(yè)采用先進的蓄電池監(jiān)測方法確保蓄電池的正常運行。廣東電網(wǎng)責任有限公司佛山供電局應用蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)對蓄電池的運行進行監(jiān)測，以提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。應用蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)之后，降低了工作人員的蓄電池運行維護工作量，并實時掌握蓄電池的運行狀態(tài)和相關的性能變化，可以防患于未然，避免問題的發(fā)生，保證變電站直流系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定性[1-2]。

1 鉛酸蓄電池充放電的監(jiān)測和控制指標分析

蓄電池的性能和使用壽命與蓄電池在工作時的電壓、溫度、充放電電流、內(nèi)阻和容量有關。當蓄電池充電電壓過大時，會加劇蓄電池內(nèi)部水的電解反應，最終導致蓄電池干涸繼而壽命終止，同時還會加劇腐蝕蓄電池內(nèi)部正極板柵，損壞蓄電池內(nèi)部結構；而蓄電池過度放電時，會生成大量硫酸鉛，導致蓄電池電極鈍化，失去供電作用；蓄電池內(nèi)部溫度過高，會出現(xiàn)熱失控現(xiàn)象，導致內(nèi)部硫酸流出來污染設備和環(huán)境。而當蓄電池充放電電流過大時，正極板收縮太快且不均，使正極板彎曲膨脹變形，影響蓄電池壽命；充電電流過小時，會導致蓄電池負極硫酸鹽化，使其性能下降。在設計蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)時,可以將這些參數(shù)設置極限值,當檢測到有蓄電池參數(shù)達到這些極限值時，給管理維護人員報警,可有效減少因蓄電池故障帶來的損失。

通過上述分析可知，變電站蓄電池需要監(jiān)測的指標較多，如充放電電流、蓄電池組的組電壓、單體電池的內(nèi)阻、電壓和溫度等數(shù)據(jù)。判斷蓄電池使用壽命的長短往往是依據(jù)電池的剩余容量能否滿足機房的基本工作要求。通過放電檢測判斷電池實際容量的方法風險極大，工作量大，且耗電費時，頻繁地對蓄電池進行深放電還會降低自身容量；因此，深放電無法滿足蓄電池定期維護的要求，所以一般采用其他方式進行，目前蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的應用較為廣泛[3]。

蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)應該具有下述功能：實時獲得鉛酸蓄電池組內(nèi)阻、電壓的相關信息，通過電池內(nèi)阻、電池電壓的測試，判斷蓄電池性能趨勢，及時發(fā)現(xiàn)蓄電池運行過程中潛在的問題，并自動對蓄電池進行在線維護，如在線對單體蓄電池的充電電壓進行均衡調(diào)整。此外，系統(tǒng)還應該具有蓄電池組性能分析軟件，基于蓄電池組電壓離散性的蓄電池分析數(shù)學模塊實現(xiàn)對蓄電池實際容量的計算，為遠程蓄電池監(jiān)測維護及查詢分析提供有效的手段。

2 蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)組成

蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)主要包括直流互感器、主控模塊和多個節(jié)點。系統(tǒng)主要對蓄電池的參數(shù)進行在線監(jiān)測，如電壓、內(nèi)阻和電流、環(huán)境溫度等。主控模板和電纜之間不直接相連，它們之間存在六芯扁平電纜，形成一個監(jiān)測網(wǎng)。從電氣設計方面來講，主控模塊與節(jié)點之間的交流通信是完全隔離的，測量數(shù)據(jù)通過節(jié)點模塊進行讀取，然后在主控模板的存儲空間中進行緩存，此時，就能通過智能口查詢系統(tǒng)的相關參數(shù)了，參數(shù)的輸出通過液晶顯示的方式實現(xiàn)，這就是在線監(jiān)測系統(tǒng)的一個數(shù)據(jù)采集、輸出過程[4]。

蓄電池參數(shù)信息采集層采集變電站的蓄電池信息，支持接入RS485和RS232兩類串口信號，將采集的數(shù)據(jù)轉化成RS-232信號，被主控制器單元識別、接收。直流電流互感器和蓄電池的充放電主回路相接，采集其充放電電流數(shù)據(jù)，經(jīng)過A/D轉換，直接傳輸?shù)街骺刂破?。將采集的?shù)據(jù)和主控制器中設定的數(shù)據(jù)進行比較，如果采集的數(shù)據(jù)超出設定數(shù)據(jù)的范圍值就會通過相應的軟件進行調(diào)節(jié)，控制硬件操作，從而及時控制蓄電池。

主控模塊負責接收和發(fā)送蓄電池數(shù)據(jù)，控制和顯示現(xiàn)場狀態(tài)。系統(tǒng)接收到蓄電池在線監(jiān)測、直流電源充電裝置信號之后，檢查數(shù)據(jù)可信度，統(tǒng)一建模，存儲并顯示，發(fā)送到上位機。主控模塊的數(shù)目可以根據(jù)實際需要設置多個，采集的信息經(jīng)過處理之后存入數(shù)據(jù)庫，分析直流設備狀態(tài)和蓄電池的性能[5-7]。

主控模塊對各個子程序進行控制時，通過調(diào)用各個模塊的子函數(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的后處理、系統(tǒng)初始化、故障管理、SOC估算、通信調(diào)試及數(shù)據(jù)發(fā)送等。系統(tǒng)主控制板和上位機之間通過通信模塊實現(xiàn)蓄電池的數(shù)據(jù)傳輸。

該系統(tǒng)為用戶提供了標準RS485和RS232兩種不同的接口通信，同時與管理中心的計算機連接形成另一個遠程分布式的檢測系統(tǒng)。管理中心的計算機(也就是監(jiān)測主機)是該系統(tǒng)的信息交互接口，對外展示蓄電池的充放電等信息。工作人員可以通過監(jiān)測主機定時發(fā)布信息，并完成相關的報表，方便蓄電池相關參數(shù)信息的使用。監(jiān)測主機接收電池電壓數(shù)字信號后，采用CPU對其進行分析和處理，并顯示相關的處理結果。在運行狀態(tài)下，蓄電池一旦發(fā)生異常，會發(fā)出警報。在放電狀態(tài)下，計算機監(jiān)測放電程序和電池的放電特性，判別蓄電池的好壞，顯示判別結果，找出失效電池并自動終止放電，可應用蓄電池組性能分析軟件對蓄電池的實際容量進行計算。

3 系統(tǒng)實際應用分析

蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的主站端機房的運行環(huán)境如下：相對濕度為≤20%～70%；機房溫度為10～40 ℃(空調(diào)設備故障)，16～26 ℃(空調(diào)設備運行)；供電電源為交流(220±2%)V，接地電阻為≤0.5 Ω；UPS電源正常時，頻率為(50±0.2%)Hz，UPS電源故障時，交流為(220±5%)V , 頻率為(50±0.5%)Hz ；防干擾，防塵。蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)在廣東電網(wǎng)責任有限公司佛山供電局運行之后，能夠實時在線監(jiān)測鉛蓄電池的充放電過程，顯示蓄電池的運行狀態(tài)。蓄電池實時數(shù)據(jù)界面如圖1所示。

圖1 蓄電池實時數(shù)據(jù)界面

運行期間，系統(tǒng)的性能較好，能夠準確監(jiān)測蓄電池的相關數(shù)據(jù)，表現(xiàn)出一定的穩(wěn)定性和準確性。以其中1組蓄電池的監(jiān)測電壓和內(nèi)阻數(shù)據(jù)為例進行說明，其測量數(shù)據(jù)見表1。

表1 變電站蓄電池的電壓和電阻測量數(shù)據(jù)對比

從表1可以看出，蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)采集的蓄電池電壓和內(nèi)阻的測量數(shù)據(jù)與人工用蓄電池內(nèi)阻(容量)測試儀等采集的數(shù)據(jù)相比，系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性較高，并且運行十分穩(wěn)定，可以降低由人工測量帶來的數(shù)據(jù)的偏差；因此，該系統(tǒng)可作為蓄電池監(jiān)測的主要系統(tǒng)，降低了工作人員的工作量。該系統(tǒng)在變電站運行期間十分穩(wěn)定，很少出現(xiàn)故障，但是應注意系統(tǒng)的日常維護，只有系統(tǒng)維護好，才能實現(xiàn)對蓄電池的在線監(jiān)測、診斷和報警。蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)通過豐富的圖表實現(xiàn)了對蓄電池的遠程監(jiān)控，并能直觀地反映蓄電池的運行狀況。系統(tǒng)具有報警功能，可以減少排查故障所花費的時間，使蓄電池一直處于良好的工作狀態(tài)。在線生成的蓄電池內(nèi)阻測試和性能分析報告節(jié)省了測試蓄電池電壓及內(nèi)阻的時間，減少了用工成本，而且，變電站交直流在線監(jiān)測系統(tǒng)所具有的數(shù)據(jù)查詢、用戶管理、報表管理、實時通信、參數(shù)管理、錄波瀏覽和系統(tǒng)設置等人性化功能，緩解了巡視和維護人員的工作強度，提高了維護工作效率。

4 結語

變電站蓄電池充放電的在線監(jiān)測和管理對于直流設備和變電站蓄電池的統(tǒng)一管理與監(jiān)控非常有利，能夠實現(xiàn)信息化、智能化和網(wǎng)絡化的維護與管理，為變電站蓄電池的管理工作提供了便利，是一種良好的監(jiān)測管理手段。通過分析系統(tǒng)采集的蓄電池的參數(shù)，可以詳細掌握其運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)其存在的故障隱患，早期診斷，并采取相應的預防控制措施，提高對直流系統(tǒng)的維護水平，有效保障了電力設備的穩(wěn)定運行，提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性，降低了電力系統(tǒng)的損失。為了完善系統(tǒng)的功能，使監(jiān)測更加精確，在線蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)還需要對其進行進一步的研究和改進，并擴充系統(tǒng)的相應輔助功能。今后的研究主要包含下述2個方面：1)擴充系統(tǒng)蓄電池的監(jiān)測組數(shù)，實現(xiàn)對多個變電站的蓄電池組同時進行監(jiān)測，對這些蓄電池進行統(tǒng)一管理；2)采集大量蓄電池的參數(shù)數(shù)據(jù)之后，能夠建立相應的數(shù)學模型來表明蓄電池的充放電變化曲線和剩余電量與蓄電池內(nèi)阻之間的關系，并研究新的算法，使其更加精準地算出蓄電池的預期使用壽命和剩余電量，從而對蓄電池的健康狀態(tài)進行準確判斷。

[1] 杜愛賓,劉延泉.關于蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究[J].電子測量技術,2009(10):95-99.

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責任編輯李思文

液力變矩器工作輪鑄造工藝研究項目取得成功

為了提高綜合傳動裝置中的關鍵零件渦輪、泵輪的制造水平和鑄件質量，中國兵器工業(yè)集團江麓公司技術中心在2014年開展了“液力變矩器工作輪覆膜砂組合砂芯鑄造工藝研究”。經(jīng)過近一年的努力工作，該項目現(xiàn)已取得一定成效，并通過公司專家組的驗收。

“液力變矩器工作輪覆膜砂組合砂芯鑄造工藝研究”，首先，進行了鑄造工裝CAD/CAM設計制造工作，建立了零件三維數(shù)字模型、鑄件三維數(shù)字模型和鑄造工裝三維數(shù)字模型，確保了模具的精度；其次采用覆膜砂芯組合工藝解決了葉片不能拔模的問題，并淘汰了對員工有毒害作用的重金屬鉍的使用，提高了葉形的一致性。同時優(yōu)化了鑄件的澆注工藝，解決了鑄件的缺陷問題。鑄造室技術人員還研發(fā)了一種專用涂料，提高了鑄件的表面質量。通過縮短工藝流程，采取制芯、澆注機械化，生產(chǎn)效率提高50%以上。

——摘自中國兵器工業(yè)集團公司網(wǎng)

BatteryChargeandDischargeMonitoringandControl

LIN Lipeng1，ZHENG XiaoLing2，WU Jiangyi1

(1.Foshan Power Supply Bureau, Guangdong Grid Co., Ltd., Foshan 528000, China；2.Jiangbei Power Supply Bureau，

As China's economic development, stability requirements of the power supply system has been increased, thereby increasing the substation batteries and DC power requirements. However, the battery power system substation application of high technology maintenance costs, the effect is not ideal, and ultimately affects the performance of the battery. Therefore, the paper analyzed the monitoring and control of lead-acid battery charge and discharge indicator, battery-line monitoring system components and the actual effect of system applications.

lead-acid battery, charge and discharge, monitoring, control

TM 912

：A

林立鵬(1973-)，男，高級工程師，高級技師，主要從事繼電保護安裝、調(diào)試、運行和維護等方面的研究。

2015-01-15