吳　侗，王　磊

（廣東電網(wǎng)茂名信宜供電局，廣東 茂名　525300）

變電站蓄電池組在線核對放電系統(tǒng)設(shè)計

吳侗，王磊

（廣東電網(wǎng)茂名信宜供電局，廣東 茂名525300）

針對當前蓄電池組人工放電工作量大的問題，提出了一種遠程在線對變電站蓄電池組進行核對性放電的方法，闡述了蓄電池組在線核對放電系統(tǒng)的工作原理及其通信模型設(shè)計，分析了蓄電池核對性放電試驗的周期及放電容量的計算方法，并通過實際應用驗證了該系統(tǒng)可提高系統(tǒng)綜合自動化水平及人員工作效率。

蓄電池組；在線控制；核對性放電；通信模型

0　引言

長期以來，對變電站的蓄電池組進行定檢的核對性放電時，一般采用電阻放電監(jiān)測儀作為放電單元，能耗大，發(fā)熱較嚴重。尤其在35 kV變電站，蓄電池組僅有1組，使用后備蓄電池組時，需將被維護的蓄電池組從系統(tǒng)中拆卸下來后，才能進行核對性放電試驗，勞動強度極大，增加了維護人員工作量。

在目前電力行業(yè)智能化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化的通信系統(tǒng)的改進升級發(fā)展中，實現(xiàn)蓄電池組的遠程在線核對性放電是必然發(fā)展趨勢。針對上述實際問題，提出了一種采用單片機作為微處理器，利用電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)為通道，通過集控站與控制單元進行數(shù)據(jù)交換，進而控制有源逆變模塊作為放電單元進行核對性放電，實現(xiàn)了遠程控制對蓄電池組的核對性放電試驗。

1　蓄電池組在線核對放電系統(tǒng)工作原理

蓄電池組在線核對放電系統(tǒng)主要由主監(jiān)控單元、蓄電池組在線監(jiān)測單元、在線核容放電控制器、有源逆變器模塊、計算機通信網(wǎng)絡(luò)等部分組成，具體如圖1所示。

主監(jiān)控單元與蓄電池組在線監(jiān)測單元和在線核容放電控制器進行通信，實現(xiàn)在線監(jiān)測和控制等功能。蓄電池組在線監(jiān)測單元監(jiān)測蓄電池組的電壓、電流及各個單體電池的電壓、溫度等，并將數(shù)據(jù)上報至主監(jiān)控單元；主監(jiān)控單元通過以太網(wǎng)將監(jiān)測的數(shù)據(jù)上傳到計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，使得維護人員可以通過網(wǎng)絡(luò)工作站遠程對蓄電池組進行核對性容量試驗。在線核容放電控制器設(shè)置放電限流值、終止電壓、放電容量、放電時間等參數(shù)指令，控制有源逆變器的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對蓄電池組的充放電轉(zhuǎn)換、有源逆變器的接入和斷開。

圖1　蓄電池組在線核對放電通信系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

1.1在線核容放電控制器工作原理

在線核容放電控制器采用單片機為微處理器，同時用到RS485通信接口和若干I/O端口，以完成該系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。

RS485通信接口與有源逆變器模塊、蓄電池組在線監(jiān)測單元之間進行通信，利用主監(jiān)控單元預設(shè)置的放電時間、放電電流、放電容量，以及單個電池終止電壓等參數(shù)向在線核容放電控制器發(fā)放電指令。在線核容放電控制器收到放電指令后，啟動有源逆變器模塊，進行在線放電。在蓄電池組放電過程中，在線核容放電控制器會根據(jù)主監(jiān)控單元設(shè)置的條件隨時終止放電。在線核容放電控制器工作原理如圖2所示。

一般情況下，變電站直流系統(tǒng)中的K1，K2是閉合的，UPS主要靠站用變的交流電供給變電站所有交流負載；而蓄電池組則為UPS后備電源且其一直處于浮充電狀態(tài)，并供給直流負荷。當維護人員對站內(nèi)蓄電池組進行核對性放電時，通過在線核容放電控制器斷開UPS與蓄電池組的連接線，將蓄電池組與有源逆變器連接，同時通過主監(jiān)控單元發(fā)來的放電指令，啟動有源逆變器，使其進行蓄電池的在線核對性放電。此時直流負荷仍由UPS中的整流器供電。

在放電過程中，如果遇到蓄電池組總電壓最低限值、單個蓄電池終止電壓、終止設(shè)置時間、終止放電容量、交流輸入故障、蓄電池溫度異常等情況時，在線核容放電控制器自動對有源逆變器發(fā)出停止工作指令，并將蓄電池組自動接入UPS系統(tǒng)進行充電。然后再通過在線核容放電控制器，按照恒流充電—恒壓充電—浮充電的方式對蓄電池組進行充電，保證放電后的蓄電池組充電效果理想，恢復蓄電池組的容量，確保變電站安全運行。

1.2在線核對放電系統(tǒng)通信模型設(shè)計

結(jié)合某變電站通信狀況分析，在線核對放電系統(tǒng)中的主監(jiān)控單元與集控站之間較為常見的通信模型主要有以下2個。

（1） 常見的變電站與集控站之間存在計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并且變電站內(nèi)有后臺計算機或者其他設(shè)備正在使用的前置計算機?？梢岳眠@些計算機的串行通信接口連接在線放電系統(tǒng)的控制單元，并結(jié)合在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)來的數(shù)據(jù)分析對控制單元進行操作，進而對蓄電池組進行遠程放電核對。實際應用中，前置計算機若沒有空余的串口資源，只需在前置計算機的PCI插槽中擴展1片PCI RS-232轉(zhuǎn)換卡即可。集控站與變電站間的通信模型1具體如圖3所示。

（2） 對于一些既沒有TCP/IP環(huán)境，也沒有遠動裝置的舊變電站，可以選擇為在線放電系統(tǒng)和集控站（中心）配備無線通信模塊，使用成熟的移動通信網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)，尤其是GPRS數(shù)字業(yè)務，可以提供較穩(wěn)定的無線信息通道。這種利用無線信息通道達到在線遠程對其進行放電維護的方式如圖4所示。

圖2　在線核容放電控制器工作原理

圖3　集控站與變電站間的通信模型1

圖4　集控站與變電站間的通信模型2

2　蓄電池核對性放電試驗

對于長期使用限壓限流浮充電運行方式的蓄電池組，無法判斷閥控蓄電池自放電的現(xiàn)有容量以及其內(nèi)部是否失水或干裂。只有通過核對性放電試驗，才能找出蓄電池存在的問題。

新安裝的閥控蓄電池應全部進行核對性放電試驗，以后每2-3年進行1次。運行6年以后的閥控蓄電池，一般狀態(tài)不會太好，容量可能會下降，宜每年進行1次核對性放電試驗。如果蓄電池組綜合評估狀態(tài)較好，可適當延長核對性放電試驗周期。

2.1核對性放電容量計算

變電站直流系統(tǒng)的蓄電池組在充滿容量后，以I10恒流進行放電，當蓄電池組（單個蓄電池標準電壓為2 V）電壓下降到1.8 V×N（N為蓄電池組的電池總數(shù)）或單個電池電壓下降到1.8 V時，停止放電，并計算其蓄電池組的容量Cn.25 ℃：

Cn.25 ℃=Cn÷［1+Kn（Td-25）］；

其中：Cn為蓄電池組放電n小時后測得的放電容量，其值為放電電流乘以放電時間；Cn.25 ℃為25 ℃時蓄電池放電n小時的率容量（基準溫度的電池容量）；Kn為n小時率下的溫度系數(shù)（K10=0.006、K3=0.008、K1=0.010）；Td為蓄電池組放電過程中的蓄電池溫度。

以某110 kV變電站為例，對1組110 V，300 Ah的蓄電池組進行核對性放電試驗。設(shè)置蓄電池組放電10 h率放電電流為30 A，當放電9.8 h后，該變電站的蓄電池組（單個蓄電池標準電壓為2 V）總電壓下降到1.8 V×N或單個電池電壓下降到1.8 V，環(huán)境溫度為20 ℃，核對該蓄電池組的容量。將實際放電容量換算成25 ℃時的標準容量：Cn.25 ℃=30×9.8÷［1+0.006（25-20）］≈303.093 Ah＞300 Ah。容量合格。

2.2放電容量核對

當試驗測得的Cn.25 ℃略大于或等于蓄電池組的標準額定容量時，蓄電池容量正常。當Cn.25 ℃小于標準額定容量的80 %，說明蓄電池組的情況極其惡劣，無法保障電力生產(chǎn)安全。當Cn.25 ℃為標準額定容量的80 %-100 %，說明蓄電池組虧容，應先對蓄電池組均衡充電，然后再進行核對性放電試驗。若3次放電循環(huán)內(nèi)達不到100 %額定容量，則此組蓄電池為不合格，應安排更換。

3　結(jié)論

與傳統(tǒng)的對電力系統(tǒng)中的蓄電池組核對性放電維護方式相比，在線核對放電系統(tǒng)的優(yōu)勢主要有如下2點：

（1） 使維護人員在值班室內(nèi)就能對偏遠山區(qū)變電站內(nèi)的蓄電池組進行核對性放電試驗，節(jié)約了人力資源，大幅提高了工作效率；

（2） 蓄電池組高達85 %能量回饋電網(wǎng)，且注入電網(wǎng)電流諧波畸變率小于5 %，安全可靠，且能遠程控制核對性放電過程。

該系統(tǒng)已經(jīng)在部分地區(qū)的電力系統(tǒng)中投入使用，極大地減輕了電力部門維護人員的工作量，提高了系統(tǒng)綜合自動化水平及人員工作效率。

1 鄧渝生，趙應春，葉云.蓄電池在線有源逆變核容放電［J］.華東電力，2012，40（4）：693-69.

2 中華人民共和國國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會.DL/T 724—2000電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國電力出版社，2000.

3 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.DL/T 857—2004發(fā)電廠、變電所蓄電池用整流逆變設(shè)備技術(shù)條件［S］.北京：中國電力出版社，2004.

4 鮑慧，齊焱焱，李樹軍.電力通信網(wǎng)中蓄電池組集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［J］.電力自動化設(shè)備，2010，30（1）：115-118.

5 黃振強，林品鳳.110 kV變電站直流系統(tǒng)剖析［J］.電力學報，2010，25（6）：490-492.

6 孔慶強.發(fā)電廠閥控密封式鉛酸免維護蓄電池的維護管理［J］.電力安全技術(shù)，2005，7（3）：15-16.

7 童杭偉，李民，莫雪梅.變電站閥控式鉛酸蓄電池3 h率放電核容方法研究［J］.電力安全技術(shù)，2014，16（2）：65-66.

2016-04-03。

吳侗（1988-），男，助理工程師，主要從事電網(wǎng)運行維護工作，email：641734667@qq.com。

王磊（1988-），男，助理工程師，主要從事電網(wǎng)運行維護工作以及電力系統(tǒng)通信研究工作。