敖非，彭鋮，代文良，姜成元，曾鵬

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長(zhǎng)沙410004；3.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長(zhǎng)沙410004；4.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司郴州供電分公司，湖南郴州423000；5.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司衡陽(yáng)供電分公司，湖南衡陽(yáng)421000)

變電站直流蓄電池一體化測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)接口研究與應(yīng)用

敖非1，彭鋮2，代文良3，姜成元4，曾鵬5

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長(zhǎng)沙410004；3.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長(zhǎng)沙410004；4.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司郴州供電分公司，湖南郴州423000；5.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司衡陽(yáng)供電分公司，湖南衡陽(yáng)421000)

論述了當(dāng)前變電站直流蓄電池缺乏整體標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試接口，無(wú)法將各類測(cè)試設(shè)備整合利用的問(wèn)題。提出了一種將蓄電池組主要參數(shù)采集集中，提供給各類測(cè)試設(shè)備分享使用的一體化測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化接口的設(shè)計(jì)方案。該接口可連接所有容量測(cè)試、運(yùn)行參數(shù)測(cè)試、單體內(nèi)阻及電池間連接電阻測(cè)試設(shè)備，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝、維護(hù)，有利于對(duì)蓄電池試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比。最后通過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比分析了傳統(tǒng)蓄電池手動(dòng)和一體化測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化接口兩種方式下的工作效率與可靠性。實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明該方法對(duì)于提高生產(chǎn)效率，降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)有良好的促進(jìn)性。

蓄電池；一體化測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化接口；測(cè)試精度；可靠性

直流電源系統(tǒng)是電網(wǎng)核心設(shè)備之一，關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)控制、保護(hù)、測(cè)量等設(shè)備的正常運(yùn)行，尤其是隨著電網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)行水平的不斷提高，直流電源系統(tǒng)的重要性也不斷提高。而在直流電源系統(tǒng)中，蓄電池組又扮演著極其重要和不可或缺的角色，日常運(yùn)行時(shí)蓄電池組處于浮充電備用狀態(tài)，在交流失電或直流系統(tǒng)故障等事故狀態(tài)下，蓄電池是控制、保護(hù)、測(cè)量等設(shè)備的唯一電源供給者，一旦蓄電池?zé)o法正常供電，變電站將面臨癱瘓及發(fā)生重大事故的危險(xiǎn)， 造成重大損失〔1－4〕。

文中介紹當(dāng)前變電站蓄電池缺乏整體標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試接口，無(wú)法將各類測(cè)試設(shè)備整合利用的問(wèn)題。對(duì)比分析傳統(tǒng)蓄電池手動(dòng)和在線監(jiān)測(cè)測(cè)試兩種方式下的工作效率與可靠性，提出一種將蓄電池組主要參數(shù)采集集中，提供給各類測(cè)試設(shè)備分享使用的一體化測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化接口的設(shè)計(jì)方案。該接口可連接所有容量測(cè)試、運(yùn)行參數(shù)測(cè)試、單體內(nèi)阻及電池間連接電阻測(cè)試設(shè)備，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝、維護(hù)，有利于對(duì)蓄電池試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理、收集、歸檔，實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明該方法對(duì)于提高生產(chǎn)效率，降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)有良好的促進(jìn)性。

1 傳統(tǒng)蓄電池測(cè)試模式存在的問(wèn)題

1.1 需要維護(hù)的蓄電池組逐年增加

隨著近年來(lái)電網(wǎng)建設(shè)的迅速發(fā)展，各供電公司檢修公司需要維護(hù)的蓄電池組數(shù)量日益增多，以某供電公司為例 (圖1)，目前已增至73套，按照直流系統(tǒng)狀態(tài)檢修所提出的要求，大約每年需要完成蓄電池組總量80%以上的試驗(yàn)及維護(hù)工作，同時(shí)受蓄電池的的工作環(huán)境影響，工作宜在春秋季開(kāi)展，導(dǎo)致班組的工作益發(fā)緊張，隨之帶來(lái)的安全性可靠性下降的問(wèn)題。因此，迫切需要一種更高效可靠的新方式來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的需求。

圖1 某供電公司檢修班各年份蓄電池組數(shù)量

1.2 蓄電池測(cè)試效率與可靠性有待提高

目前系統(tǒng)內(nèi)的電池品類繁多，各品牌的電池監(jiān)測(cè)設(shè)備不能互換，更換不同品牌設(shè)備必須更換所有測(cè)試線 (探頭)，更換時(shí)間長(zhǎng)、工程量大、增加安全隱患，同時(shí)不便對(duì)較為早期的電池監(jiān)測(cè)設(shè)備做現(xiàn)場(chǎng)比較測(cè)試，很難全面使用自動(dòng)電池監(jiān)測(cè)，所以目前蓄電池的檢測(cè)大部分還是采用傳統(tǒng)的蓄電池內(nèi)阻測(cè)試儀〔5－7〕、萬(wàn)用表、充放電設(shè)備進(jìn)行。目前進(jìn)行單體蓄電池組的內(nèi)阻檢測(cè)需要約40 min，單體電壓測(cè)量需要約30 min，充放電接線需要約50 min，由于儀器及工作環(huán)境等因素的影響，測(cè)試結(jié)果存在誤差不可避免。同時(shí)由于蓄電池組排布較為緊湊，存在蓄電池組上工作有誤碰及短路造成蓄電池?fù)p壞的安全隱患。

1.3 測(cè)試精度缺乏保證

不同于一般設(shè)備，蓄電池組對(duì)工作電壓的要求十分嚴(yán)格，長(zhǎng)期過(guò)壓或者欠壓運(yùn)行對(duì)蓄電池的穩(wěn)定運(yùn)行及壽命都會(huì)造成嚴(yán)重影響。近年來(lái)，由于設(shè)備精度問(wèn)題，導(dǎo)致蓄電池組過(guò)放、損壞的事故偶有發(fā)生。同時(shí)傳統(tǒng)的儀器設(shè)備需要用測(cè)試線夾夾住蓄電池極柱進(jìn)行測(cè)量，由于不同變電站現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和各檢修人員技術(shù)水平存在差異，很難保證數(shù)據(jù)的高精度和一致性。

2 一體化測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)計(jì)方案

根據(jù)以上調(diào)查和分析，擬研制一套高效可靠的變電站蓄電池測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)接口方案，以滿足日益增長(zhǎng)的蓄電池組日常維護(hù)、檢修工作。蓄電池運(yùn)行維護(hù)的參數(shù)包括運(yùn)行參數(shù)和性能參數(shù)。運(yùn)行參數(shù)有:單體電壓、電池組電壓、負(fù)極溫度 (可選)、環(huán)境溫度、充放電電流、浮充電流；性能參數(shù)有:容量、內(nèi)阻、連接電阻。蓄電池整體標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試接口必須涵蓋上述參數(shù)。

2.1 功能要求及測(cè)量參數(shù)

2.1.1 功能要求

蓄電池整體標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試接口必須可以連接容量測(cè)試設(shè)備、運(yùn)行參數(shù)測(cè)試設(shè)備、單體內(nèi)阻及電池間連接電阻測(cè)試設(shè)備。接口必須安全、可靠、便捷。便于安裝、維護(hù)。所有連接到電池的電壓巡檢線在電池極端都必須連接10 k或以上高阻。

2.1.2 測(cè)量參數(shù)

運(yùn)行參數(shù):單體電壓、電池組電壓、負(fù)極溫度(可選)、環(huán)境溫度、充放電電流、浮充電流；性能參數(shù):容量、內(nèi)阻、連接電阻。

2.2 測(cè)試線及測(cè)試接口

2.2.1 測(cè)試線

電壓測(cè)試線:采用AWG＃24或以上鍍錫直流銅芯線，需要防酸、阻燃；大于DC300V絕緣耐壓，探頭為10 k或以上2 W電阻，電壓測(cè)試線連接于電阻一端，電阻的另一端連接于鍍錫銅線耳，線耳安裝于電池的極柱，如圖2所示。

圖2 電壓測(cè)試線

內(nèi)阻測(cè)試負(fù)載線:采用AWG＃12或以上多股鍍錫銅芯線，需要防酸、阻燃；大于DC300V絕緣耐壓，探頭為30 A/250 V帶座的保險(xiǎn)管，內(nèi)阻測(cè)試負(fù)載線連接于保險(xiǎn)管一端，保險(xiǎn)管的另一端連接于鍍錫銅線耳，線耳安裝于電池的極柱，如圖3所示。

圖3 內(nèi)阻測(cè)試負(fù)載線

環(huán)境溫度、充放電電流、浮充電流測(cè)線采用AWG＃24或以上帶屏蔽4線多股鍍錫銅芯線，需要防酸、阻燃；大于DC 300 V絕緣耐壓，探頭為溫度傳感器、互感式電流傳感器。

2.2.2 測(cè)試接口

1)檢測(cè)接口B1。建立檢測(cè)接口接線箱，接線入口 (由電池到接線箱)采用37芯扁平插座，使用33芯，4芯備用；接線出口 (由接線箱到檢測(cè)設(shè)備)采用37芯鋁殼螺口航空插座，既能重復(fù)插拔使用，又保證連接的可靠，同樣留4芯備用。出入口經(jīng)過(guò)2 k/1W電阻連接，如圖4所示。

圖4 檢測(cè)接口

2)內(nèi)阻負(fù)載測(cè)試線接口B2。在B1所述接線箱內(nèi)。采用30 A的可堆疊功率插座，出入同型，如到出經(jīng)過(guò)30 A保險(xiǎn)座，線數(shù)由具體電池而定，每組分段數(shù)不超過(guò)12，也就是線數(shù)不超過(guò)13，如圖5所示。

圖5 內(nèi)阻負(fù)載測(cè)試線接口

3)功率負(fù)載接口B3。配置0.2C電流級(jí)別可插拔功率接口和直流空氣開(kāi)關(guān)，充放電負(fù)載電纜由電池組正負(fù)極經(jīng)空開(kāi)連接到功率接口，如圖6所示。

圖6 功率負(fù)載接口

2.3 通信協(xié)議

通信協(xié)議采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議〔8〕。

2.4 測(cè)試功能

設(shè)計(jì)、制作完成后的標(biāo)準(zhǔn)接線箱具備了內(nèi)阻測(cè)試、電壓電流監(jiān)測(cè)、容量測(cè)試等基本的功能，如圖7所示。

圖7 一體化接口功能鏈接示意圖

1)電壓電流監(jiān)測(cè)。通過(guò)線箱的B1輸出口(37針?shù)X殼螺口航空插頭)接入蓄電池監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控上報(bào)等功能。

2)內(nèi)阻測(cè)試。通過(guò)線箱的B2輸出口接入蓄電池內(nèi)阻測(cè)試儀，每12個(gè)蓄電池為一組，測(cè)試9次完成整組蓄電池內(nèi)阻測(cè)試。

3)容量測(cè)試。通過(guò)線箱的B3輸出口 (負(fù)載功率插座)接入充放電負(fù)載，不再需要安裝蓄電池單體測(cè)試單元，完成蓄電池充放電試驗(yàn)。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用說(shuō)明

該一體化測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試接口采用預(yù)置方式，在蓄電池安裝時(shí)一并布置，在已投運(yùn)蓄電池上也可安裝。每只電池布置一根電壓采集線，每18只電池布置一根內(nèi)阻測(cè)試線均，測(cè)試線均被牢固壓接在蓄電池極柱上，接觸非常緊密，可大大提高測(cè)試精度，解決了手動(dòng)測(cè)試方式下因測(cè)試夾接觸不良導(dǎo)致的測(cè)量誤差。

3 傳統(tǒng)方式和一體化測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)接口方式對(duì)比

為了對(duì)比該方案的實(shí)際效果，選取了某供電公司3個(gè)110 kV變電站的蓄電池組在同一組工作人員的前提下，用原有方式和一體化方式進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。改進(jìn)情況比對(duì)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表1 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表min

表2 改進(jìn)情況對(duì)比表

通過(guò)以上試驗(yàn)可以明顯看出，本測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)接口使用后，極大地提高了工作效率，蓄電池內(nèi)阻測(cè)試由原來(lái)的平均40 min降低至平均20 min，電壓測(cè)試由原來(lái)平均30 min降低至平均10 min，充放電試驗(yàn)前接線效果更為顯著，時(shí)間由原來(lái)的平均50 min降低至平均20 min，并提高了測(cè)試的精度。

4 結(jié)語(yǔ)

電力系統(tǒng)變電站蓄電池組容量維護(hù)和內(nèi)阻測(cè)試的主要參數(shù)包含單體電壓、電池組電壓、單體內(nèi)阻、電池間連接電阻、容量等，但目前的變電站直流蓄電池不論是自動(dòng)監(jiān)測(cè)還是手工測(cè)試，都沒(méi)有把蓄電池組作為一個(gè)整體，沒(méi)有整體標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試接口，無(wú)法將各類設(shè)備整合利用。針對(duì)此問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)通用接口的線箱，將蓄電池組主要參數(shù)采集集中，提供給各類測(cè)試設(shè)備分享，以達(dá)到提高蓄電池測(cè)試工作效率、提高蓄電池測(cè)試工作的安全性及安全性和提高蓄電池測(cè)試精度的目的，克服了現(xiàn)有方法的缺點(diǎn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，本測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)接口使用后，極大地提高了工作效率，蓄電池內(nèi)阻測(cè)試由原來(lái)的平均40 min降低至平均20 min，電壓測(cè)試由原來(lái)平均30 min降低至平均10 min，充放電試驗(yàn)前接線效果更為顯著，時(shí)間由原來(lái)的平均50 min降低至平均20 min，且測(cè)試精度得到保障，降低了工作安全風(fēng)險(xiǎn)，能廣泛適用于變電站蓄電池運(yùn)維檢修工作。

目前，該套一體化測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)接口還無(wú)法與現(xiàn)有各廠家的內(nèi)阻測(cè)試儀進(jìn)行兼容，但由于該接口僅僅是將原有測(cè)試儀器的測(cè)試線部分進(jìn)行了預(yù)置，不涉及軟件兼容問(wèn)題，現(xiàn)有設(shè)備只需對(duì)測(cè)試接口進(jìn)行匹配即可。該接口設(shè)計(jì)方案已對(duì)外公布，所有測(cè)試儀生產(chǎn)廠家或在線監(jiān)測(cè)生產(chǎn)廠家均可參考。今后還將申請(qǐng)?jiān)摻涌诘钠髽I(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)實(shí)現(xiàn)直流電源設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)具有重要意義。

〔1〕李喜桂，雷紅才.變電運(yùn)維一體化技術(shù) 〔M〕.北京:中國(guó)電力出版社，2014.

〔2〕尚晉.變電站直流電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與可靠性研究 〔D〕.廣州:華南理工大學(xué)，2010.

〔3〕彭剛毅.變電站電力操作直流電源系統(tǒng)的研究〔D〕.長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)，2006.

〔4〕董泉，王銳，孫立存.加強(qiáng)變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)管理〔A〕.2007.

〔5〕歐陽(yáng)名三，余世杰.VRLA蓄電池容量預(yù)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展〔J〕. 蓄電池， 2004， 41(2):59-63， 66.

〔6〕白海霞，朱晨，陳后金.閥控式鉛酸蓄電池內(nèi)阻分析 〔J〕.電源技術(shù)，2011，35(2):183-185，188.

〔7〕郭屹松，李鐵香.蓄電池工作狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 〔J〕.電氣應(yīng)用，2006，25(7):126-129.

〔8〕國(guó)家電網(wǎng)公司.站用交直流一體化電源系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范:Q/GDW576—2010 〔S〕.2010.

Research and Application on Integrated Standard-Interface of DC Battery in the Substation

AO Fei1， PENG Cheng2， DAI Wenliang3， JIANG Chengyuan4， ZENG Peng5
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute， Changsha 410007， China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation， Changsha 410004， China；3.State Grid Hunan Electric Power Corporation Maintenance Company， Changsha 410004， China；4.State Grid Hunan Electric Power Corporation Chenzhou Power Supply Company， Chenzhou 423000， China；5.State Grid Hunan Electric Power Corporation Hengyang Power Supply Company， Hengyang 421000， China)

This paper introduces the lack of standard-interface of DC battery in the substation and that varies types of test equipment can not be integrated used.It proposes an integrated standard-interface design Scheme of DC battery，which can be used by varies types of test equipment.The interface is easy to install and maintain and can be connected with the equipment of capacity test， operation parameters test， single battery internal resistance and connection resistance test.It is beneficial for the battery test data comparisons.The paper analyzes the battery test efficiency and reliability between traditional manual and online method finally.Laboratory and field test results show that the method can improve productivity and reduce operational risks.Key words:accumulator； integrated standard-interface； test precision； reliability

TM912

B

1008-0198(2017)05-0043-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.05.011

2017-05-08 改回日期:2017-07-03

敖非(1983)，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)及自動(dòng)化技術(shù)和直流電源系統(tǒng)技術(shù)。

彭鋮(1979)，男，學(xué)士，工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)變電運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理、直流電源系統(tǒng)在線監(jiān)技術(shù)等。

代文良(1987)，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)橹绷麟娫醇夹g(shù)。