李安

摘要：直流系統(tǒng)的穩(wěn)定對于變電站實施可靠供電十分重要，變電站內(nèi)直流系統(tǒng)主要由蓄電池提供，蓄電池內(nèi)阻對于電池性能至關(guān)重要。目前對于蓄電池內(nèi)阻的測量有很多方式，且各自有著不同的特點。本文著重在幾種測量方式基礎(chǔ)上提出優(yōu)化測量方案，降低測量誤差，提升測量的精度和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：站用;蓄電池;內(nèi)阻測量;監(jiān)測技術(shù)

引言

在變電站正常工作狀態(tài)下，蓄電池作為備用電源是不發(fā)揮作用的，但當(dāng)變電站發(fā)生故障時，蓄電池的作用就十分凸顯，其主要為相關(guān)控制、通信等裝置提供直流電源，確保變電站電源故障可以及時得到切斷。因此，蓄電池質(zhì)量的好壞對于變電站非常重要。目前變電站內(nèi)部絕大多數(shù)均使用的是閥控式鉛酸蓄電池，使用該蓄電池有以下幾點優(yōu)點：一是不需要另外進(jìn)行加電池液;二是其維護(hù)十分便捷;三是其容量較大，可以實施較大電流的放電;四是對環(huán)境的污染較小。但蓄電池性能再好，隨著使用時間的增加，蓄電池發(fā)生故障也是在所難免的。隨著使用時間的增加，蓄電池內(nèi)阻在不斷增大，且一旦發(fā)生故障均進(jìn)行整組更換，維護(hù)成本大大增加。在此背景下，發(fā)展蓄電池內(nèi)阻測量監(jiān)測技術(shù)就顯得十分重要和必要。

一、當(dāng)前存在的主流測量監(jiān)測方式

蓄電池在長期使用過程中產(chǎn)生的內(nèi)阻相對較小，其測量檢測較為困難，且在其工作時無法實施在線監(jiān)測。蓄電池的容量和內(nèi)阻成反比，當(dāng)內(nèi)阻值達(dá)到或高于30%至50%時，容量達(dá)到臨界狀態(tài)。當(dāng)前主要有以下幾種測量方式。

（一）實施直流測量

該方法主要在蓄電池整體放電時通過其壓降實施測量，?具體來說就是在放電回路中實施單個二極管的串聯(lián)，實施測量時，進(jìn)行空開切換，此時充電回路斷開，放電回路開放，蓄電池發(fā)揮著備用的作用。該方法主要缺點：一是需要人工實施操作，便捷性較差;二是電流較大時，如果發(fā)生空開跳開，會造成較為嚴(yán)重的安全隱患。

（二）實施交流測量

與直流測量不同的是，交流測量又可以區(qū)分為交流放電測量和交流電流注入測量兩種：交流放電測量法的基本原理是通過附加可控負(fù)載的方式進(jìn)行測量，可控負(fù)載與蓄電池產(chǎn)生回路，從而得出交流電壓，通過對電壓和電流的采集，可以計算出蓄電池的內(nèi)阻。通過研究人員不斷的試驗，當(dāng)交流放電電流是3Hz時，計算得出的蓄電池的電阻最接近真實值，這就需要對附加的負(fù)載進(jìn)行準(zhǔn)確控制。交流電流注入測量主要采取直流和交流信號疊加法實施，其基本原理是將蓄電池作為有源電阻對待，同時在此回路中進(jìn)行交流電流的注入，從而在蓄電池兩端產(chǎn)生交流電壓，通過電壓和電流數(shù)據(jù)的采集，可以計算出蓄電池的內(nèi)阻。此種測量方式的特點：一是其可以不受放電電流的影響;二是對電池的沖擊不大;三是只要注入電流的頻率科學(xué)，可以有效減少電紋波干擾;四是其不受直流回路的影響，交流電流可以直接作用于電池，其內(nèi)阻可以引起交流電壓的變化;五是測量的準(zhǔn)確度較高。此測量方式的主要缺點是有可能會導(dǎo)致變電站保護(hù)裝置發(fā)生誤操作，所以在實踐中用此法測量較少。

（三）實施優(yōu)化測量法

通過以上闡述不難看出，交流放電測量方式對系統(tǒng)工作沒有明顯影響，也不受直流回路的影響，對于蓄電池的影響也較小。所以交流放電更適合蓄電池內(nèi)阻的測量。但由于內(nèi)阻的數(shù)值較小，一般閥控式鉛酸蓄電池其內(nèi)阻值均在3.8mΩ左右，且在采樣時需要接觸電阻，對精度會產(chǎn)生較大影響，因此提出此優(yōu)化方式。

對單個電阻實施采樣時，采用的計算方式為Ir+IΔr=U，該計算式中，r為內(nèi)阻，Δr為接觸電阻和線路電阻，I為注入電流，U為電壓。一般情況下，計算出的內(nèi)阻有較大的誤差，及時采用數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)，也會產(chǎn)生不準(zhǔn)確性。但通過交叉測量采點方式，就可以在各個點位之間測量出電壓。具體為1點和3點間，2點和4點間以及3點和5點間。具體方程為：

Ir1+Ir2+IΔr=U13

Ir2+Ir3+IΔr=U24

Ir3+Ir4+IΔr=U35

通過三個等式就可以較為精確的得出蓄電池的內(nèi)阻值，從而達(dá)到消除誤差影響的目的。

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圖1?電池組采樣圖

二、系統(tǒng)主要構(gòu)成

具體如圖2所示，主要由主控制器，多路選擇開關(guān)和濾波器構(gòu)成，其中主控制器型號為DSP28335，有著較為豐富的接口，計算能力較快，可以滿足系統(tǒng)需要。其主要原理為：一是通過主控制器生成驅(qū)動信號;二是該信號通過選擇開關(guān)的選擇形成交流的放電回路;三是形成回路的同時，控制器驅(qū)動多路開關(guān)實現(xiàn)對信號的采集，通過對電流信號和電壓的采集，信號放大后，經(jīng)濾波器調(diào)理，再有總控制器實施分析處理。

圖2?蓄電池監(jiān)測結(jié)構(gòu)圖

（一）溫度測試模塊

溫度對于蓄電池性能的影響是顯而易見的，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的蓄電池溫度應(yīng)控制在25℃，高于此溫度時，蓄電池的內(nèi)阻會出現(xiàn)降低情形。隨著內(nèi)阻的降低，電流會不同程度的出現(xiàn)加大趨勢，在這一過程中蓄電池的溫度會進(jìn)一步增加，蓄電池中的電解液會進(jìn)一步揮發(fā)增發(fā)，導(dǎo)致電池使用壽命縮短。平時工作實踐中，蓄電池的存放必須具備一定的條件，對于極個別單個存放的蓄電池要及時搞好檢查，一旦發(fā)現(xiàn)溫度增高情形，必須要及時采取電池補(bǔ)償舉措或是降溫舉措，以此來及時止損，提升電池使用壽命。蓄電池溫度檢測一般采用的是DS18B20傳感器，該傳感器的優(yōu)點是線路較為簡單，且體積較小，一條通信線上可以懸掛多個，每個傳感器均會賦予單獨的序列號，傳感器的數(shù)據(jù)可以較為便捷的讀取出來。該傳感器測量溫度的范圍較廣，完全可以滿足溫度采集的需要。

（二）電壓監(jiān)測模塊

電壓監(jiān)測模塊主要由控制端和多路開關(guān)構(gòu)成，控制端主要負(fù)責(zé)發(fā)出控制信號，信號由采集端流入串聯(lián)的電阻，此種方式不僅可以有效限制電流，還可以在回路中發(fā)生短路時，將電流降到最低，降低對蓄電池造成的影響。由于電壓中的紋波信號存在，交流放電采取的也是交流信號，所以必須采用帶通濾波電路，在工作實踐中，也可根據(jù)輸出波形的不同選擇不同的元器件，由于采集到的信號較為微弱，一般均在0至3V之間，所以設(shè)計電壓時可以有效抬高電路，然后在控制器中利用一定的算法進(jìn)行信號的還原，一般采取傅里葉變換法實施對交流信號的有效變換。

（三）交流放電回路

控制信號由控制器發(fā)出，經(jīng)光耦隔離后，發(fā)送至驅(qū)動輸入端導(dǎo)致驅(qū)動能明顯顯著增加，開關(guān)管的驅(qū)動能又可以使交流放電回路控制得更為精準(zhǔn)，開關(guān)管的開斷又可以使電池形成交流放電回路，通過R1兩端電壓可以計算得出電流值，其中放電電流也可以通過互感器測得。電流信號處理方式同電壓信號處理。

（四）上位機(jī)模塊

主要采取的開發(fā)工具為PHP服務(wù)器，前端開發(fā)工具主要采用Java和HTML5語言等，通過無線通信的方式可以將數(shù)據(jù)情況發(fā)送到上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)情況自行判斷內(nèi)阻是否處于安全運(yùn)行狀態(tài)，如果數(shù)據(jù)異常，上位機(jī)則顯示報警狀態(tài)，監(jiān)控人員根據(jù)報警狀態(tài)可自行判斷性能情況。對于不同序號的電池，上位機(jī)可顯示各自的電壓、內(nèi)阻、溫度數(shù)據(jù)，只要超過一定的限定值，上位機(jī)就會發(fā)出警報。

三、優(yōu)化測試方式發(fā)展趨勢

采用此優(yōu)化測試的原理和方式，對于站內(nèi)蓄電池內(nèi)阻和電壓的測試還可以實施進(jìn)一步的智能化升級改造，就是研制直流電源綜合測試智能手套，智能手套外觀與普通絕緣手套大致相同，測試插針可固定于手套的指套位置，方便測量蓄電池的兩極;手套背部裝有液晶顯示屏，可顯示測量數(shù)據(jù);內(nèi)部具有數(shù)據(jù)儲存功能，自動儲存測試記錄;測試數(shù)據(jù)無需連接數(shù)據(jù)線，可以通過無線傳輸數(shù)據(jù)。智能手套內(nèi)的設(shè)備均采用嵌入式，真正做到智能化、實用化，從而滿足實際生產(chǎn)安全和高效的需要。使用此方式：一是非常安全，蓄電池作為電源設(shè)備，具有一定的風(fēng)險，手套的絕緣材質(zhì)保證了作業(yè)人員的安全，這是現(xiàn)場作業(yè)最重要的環(huán)節(jié);二是輕便且易操作，作為一種測試儀便于攜帶，強(qiáng)大的功能簡化了現(xiàn)場工作的繁瑣步驟，完成工作省力省時，減少工作人員的負(fù)擔(dān)效果顯著;三是智能化程度較高，靈活的設(shè)計讓它能輕松適配不同的作業(yè)現(xiàn)場;四是可拓展性強(qiáng)。智能手套的設(shè)計是面對蓄電池適用，即使不同行業(yè)、不同廠家、不同型號的蓄電池同樣適用。

四、結(jié)語

本文列舉了蓄電池內(nèi)阻測量的兩種主要方式，并深入客觀分析了兩種方式存在的優(yōu)缺點，在此基礎(chǔ)上，提出了優(yōu)化方案和措施，即通過控制多路選擇繼電器，實施蓄電池內(nèi)阻的交叉測量。此方式可以較好的消除蓄電池測試帶來的影響，提升測量的質(zhì)效和精確度，針對電池處于浮充狀態(tài)，電阻增大導(dǎo)致壽命縮短的實際，本文由介紹了三種模塊的設(shè)計方式。從整體來看，此優(yōu)化設(shè)計比較科學(xué)合理，具備較好的應(yīng)用價值。

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