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        基于IEEE標(biāo)準(zhǔn)的蓄電池容量計(jì)算

        2019-12-20 10:32:23余穎鴻劉侯志郭孝東
        商品與質(zhì)量 2019年6期
        關(guān)鍵詞:鎳鉻酸蓄電池環(huán)境溫度

        余穎鴻 劉侯志 郭孝東

        1.中國石油工程建設(shè)有限公司西南分公司 四川成都 610041

        2.中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦 四川遂寧 629000

        3.四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 四川成都 610000

        在國內(nèi)的工程項(xiàng)目中,蓄電池的容量計(jì)算多采用《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊》中的階梯負(fù)荷法或GB 51194-2016《通信電源安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中的計(jì)算公式,而國外項(xiàng)目中,蓄電池容量的計(jì)算基本上遵循IEEE標(biāo)準(zhǔn)。為了讓工程設(shè)計(jì)人員在評(píng)判國外項(xiàng)目廠家提供的蓄電池容量計(jì)算是否滿足要求,本文對(duì)蓄電池容量計(jì)算的相關(guān)的IEEE標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡要介紹,并提供了簡單的計(jì)算實(shí)例。

        1 蓄電池容量計(jì)算的相關(guān)IEEE標(biāo)準(zhǔn)

        1.1 IEEE 485

        IEEE 485側(cè)重于鉛酸蓄電池(Lead-Acid Battery)在全浮充操作(full float operation)下的容量計(jì)算,包括直流負(fù)荷的定義、影響蓄電池選擇的參數(shù)以及安裝、維護(hù)、測試的程序等。

        1.2 IEEE 1115

        IEEE 1115側(cè)重于鎳鉻蓄電池(Nickel-Cadmium Battery)在全浮充操作下的容量計(jì)算,包括直流負(fù)荷的定義、影響蓄電池選擇的參數(shù)以及安裝、維護(hù)、測試的程序等。

        1.3 IEEE 1184

        IEEE 1184是UPS蓄電池的選擇指南,主要內(nèi)容涵蓋排氣式鉛酸蓄電池(VLA)、閥控鉛酸蓄電池(VRLA)及鎳鉻蓄電池的選擇、安裝、維護(hù)及測試程序,包括了基于UPS容量的蓄電池容量計(jì)算。

        1.4 幾種標(biāo)準(zhǔn)的差異

        鉛酸蓄電池和鎳鉻蓄電池容量計(jì)算的方法是一致的,計(jì)算公式及計(jì)算表格略有差異??紤]到石油天然氣行業(yè)中VRLA蓄電池使用較為普遍,本文主要介紹基于IEEE 485的蓄電池容量計(jì)算方法,鎳鉻蓄電池的容量計(jì)算方法本文不做詳細(xì)介紹。

        IEEE 1184介紹的UPS的蓄電池容量計(jì)算主要是通過UPS容量(kVA)及輸出功率因數(shù)和逆變器效率計(jì)算負(fù)荷,不涉及負(fù)荷分類及統(tǒng)計(jì)。

        2 基本概念

        2.1 負(fù)荷分類

        由蓄電池供電的直流負(fù)荷可分為連續(xù)負(fù)荷、或非連續(xù)負(fù)荷,其中持續(xù)時(shí)間小于等于1分鐘的非連續(xù)負(fù)荷稱為短時(shí)負(fù)荷(Momentary Loads)。隨機(jī)產(chǎn)生的非連續(xù)性負(fù)荷稱為隨機(jī)負(fù)荷(Random Loads)。

        2.1.1 連續(xù)負(fù)荷

        典型的連續(xù)負(fù)荷包括照明、連續(xù)運(yùn)行的電機(jī)、變流器(如逆變器)、指示燈、連續(xù)通電的線圈、信號(hào)負(fù)荷、通信系統(tǒng)等。

        2.1.2 非連續(xù)性負(fù)荷

        典型的非連續(xù)性負(fù)荷包括應(yīng)急機(jī)泵、關(guān)鍵通風(fēng)系統(tǒng)的電機(jī)、消防系統(tǒng)、開關(guān)柜操作電源、電動(dòng)閥操作電源、隔離開關(guān)操作電源、電機(jī)啟動(dòng)電流、勵(lì)磁涌流等。

        2.2 工作周期圖( Duty Cycle Diagram)

        工作周期圖用于顯示蓄電池工作周期內(nèi)任意時(shí)間段內(nèi)的所有負(fù)荷。工作周期圖也可以稱為負(fù)荷圖(Load Profile),該圖應(yīng)由工程設(shè)計(jì)人員根據(jù)負(fù)荷的實(shí)際情況進(jìn)行負(fù)荷統(tǒng)計(jì)、繪制,并提供給蓄電池廠家進(jìn)行蓄電池容量的計(jì)算。

        2.3 溫度校正系數(shù)(Temperature Correction Factor)

        鉛酸蓄電池的容量受溫度影響較大,蓄電池的額定容量是基于標(biāo)準(zhǔn)溫度25℃,如果電解液的溫度低于該標(biāo)準(zhǔn)溫度,則需要選擇更大容量的蓄電池。

        2.4 壽命系數(shù)(Aging Factor)

        IEEE標(biāo)準(zhǔn)推薦的做法是當(dāng)蓄電池容量降低到額定容量的80%時(shí),應(yīng)更換蓄電池。因此為了確保蓄電池在整個(gè)生命周期內(nèi)能夠滿足設(shè)計(jì)負(fù)荷,蓄電池的額定容量應(yīng)為125%(即壽命系數(shù)1.25)的設(shè)計(jì)容量。

        2.5 設(shè)計(jì)裕量(Design margin)

        由于維護(hù)不當(dāng)、近期放電、環(huán)境溫度低于預(yù)期溫度等因素而導(dǎo)致蓄電池低于理想的運(yùn)行條件時(shí),應(yīng)在設(shè)計(jì)容量的基礎(chǔ)上額外考慮10%-15%的設(shè)計(jì)裕量。如果蓄電池運(yùn)行條件良好,設(shè)計(jì)裕量系數(shù)可取1.0。

        2.6 容量系數(shù)(Capacity rating factor) Ct

        容量系數(shù)體現(xiàn)的是蓄電池在特定放電率、環(huán)境溫度25℃、至蓄電池最低電壓條件下的性能,有以下兩種術(shù)語可用于表示容量系數(shù):

        Rt:蓄電池在特定放電率、環(huán)境溫度25℃、至蓄電池最低電壓條件下每個(gè)正極板的電流。

        Kt:蓄電池的額定安時(shí)容量(在標(biāo)準(zhǔn)放電率、環(huán)境溫度25℃、至標(biāo)準(zhǔn)最低電壓)與蓄電池在特定放電率、環(huán)境溫度25℃、至蓄電池最低電壓條件下電流的比值。

        Rt是基于蓄電池正極板的性能,其曲線不是每個(gè)廠家都能提供,如果缺乏此數(shù)據(jù),可使用b)中的Kt。

        Kt可以通過蓄電池性能參數(shù)查表計(jì)算。如蓄電池額定容量為160Ah,通過其性能參數(shù)表查得8h放電率時(shí)的電流為20A,則8h放電率時(shí)的Kt=160Ah/20A=8。

        3 結(jié)束語

        采用GB 51194標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算蓄電池容量,不依賴于具體的蓄電池性能,并且沒有涉及負(fù)荷的分類及統(tǒng)計(jì),計(jì)算過程簡單明了,所有影響蓄電池容量的因素統(tǒng)一采用1.25的可靠系數(shù)進(jìn)行計(jì)算,該方法適用于蓄電池容量的估算。但是該方法的缺點(diǎn)是沒有提供階梯負(fù)荷的計(jì)算方法。手冊中的階梯負(fù)荷法計(jì)算,與IEEE標(biāo)準(zhǔn)中的計(jì)算方法類似,但是沒有考慮溫度系數(shù),并且容量轉(zhuǎn)換系數(shù)為典型值,與具體的蓄電池性能無關(guān),也只適用于估算。IEEE標(biāo)準(zhǔn)推薦的計(jì)算方法,計(jì)算過程繁瑣,對(duì)負(fù)荷的分類及統(tǒng)計(jì)給出了推薦做法,計(jì)算蓄電池容量時(shí)考慮的因素較多,包括溫度系數(shù)、壽命系數(shù)、設(shè)計(jì)裕量等,并且關(guān)鍵參數(shù)容量系數(shù)依賴于具體的蓄電池性能,計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確,該方法適用于詳細(xì)設(shè)計(jì)階段,尤其是海外項(xiàng)目,根據(jù)具體的蓄電池性能參數(shù),對(duì)蓄電池的容量進(jìn)行計(jì)算、選擇。

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