宋 濤

（廣東電網(wǎng)有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

1 研究目標

隨著站用直流電源系統(tǒng)的發(fā)展，站用直流電源蓄電池逐年增長，當前已經(jīng)具備了一定的規(guī)模，110kV 以上站點均配置了至少2 組蓄電池，而配電網(wǎng)的系統(tǒng)中，也至少具備1 組蓄電池，在這些蓄電池中，閥控式鉛酸蓄電池屬于主流產(chǎn)品，如圖1所示，但是其品牌工藝以及新舊程度存在差異。因此，針對大量蓄電池，要想進行維護、保養(yǎng)、修復(fù)、更換等日常工作，均需要對單只蓄電池進行檢測或充電。由于蓄電池之間的差異，無法將不同用途、品牌、新舊程度等蓄電池進行串聯(lián)充電，因此，本方案將研制一套針對單只蓄電池進行充電的蓄電池充電系統(tǒng)，其基本依據(jù)是根據(jù)當前閥控式鉛酸式蓄電池的充電電壓、充電曲線、充電電流等具有共性的參數(shù)進行設(shè)計，其作用是用于不同品牌、新舊程度、蓄電池組中個別不一致的蓄電池的維修、保養(yǎng)、更換、檢測。

圖1 變電站蓄電池串聯(lián)運行

當前，站用直流電源系統(tǒng)中的蓄電池都是串聯(lián)使用，其充電裝置是48V 通信電源、110V、220V 直流操作電源3 種常用的電壓等級，因此其充電電壓的等級比較局限，必須是對應(yīng)范圍數(shù)量的蓄電池串聯(lián)后才能進行充電，而當前閥控制鉛酸蓄電池額定電壓是2V，均浮充電壓分別是2.35V 及2.25V，而充電電流上限為0.1C10，這些基本的共性就成了本方案設(shè)計通用性充電平臺的基本要件。

2 現(xiàn)狀分析

我國的直流電源系統(tǒng)從起初學習歐洲的先進經(jīng)驗到目前已經(jīng)自主發(fā)展多年，具備與發(fā)達國家同等水平，且相關(guān)直流電源系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于其他發(fā)展中國家，因此，針對國內(nèi)當前的直流電源系統(tǒng)進行分析，可以得出比較領(lǐng)先的直流電源技術(shù)。在直流電源系統(tǒng)的充電模塊方面，由相控式、電子管式到當前的PWM 脈寬控制方式，已經(jīng)形成了一套非常成熟的方案。在控制部分，對于系統(tǒng)的冗余設(shè)計、軟啟動技術(shù)、恒壓恒流、紋波系數(shù)、交流串入、接地檢測等一系列關(guān)鍵參數(shù)，我國現(xiàn)有的直流電源系統(tǒng)也均有關(guān)注與體現(xiàn)。在經(jīng)歷不斷的事故、故障中摸索與改進，形成了當前系統(tǒng)組件較完善、功能較齊全、質(zhì)量較可靠的一套完善系統(tǒng)。在蓄電池方面，由鎳鉻、富液、閥控貧液、膠體、鋰電池不斷發(fā)展與試驗，最終閥控式貧液鉛酸電池因其結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、安全性高、性能穩(wěn)定的特點成為了主流。

但閥控制鉛酸蓄電池的應(yīng)用也不是完全不存在問題，當前最大的難題就是，由于站用直流電源系統(tǒng)的容量要求比較高，因此，蓄電池均為串聯(lián)使用，串聯(lián)上的蓄電池一旦發(fā)生不平均，個別的電池不滿足要求，就會因為水桶效應(yīng)而影響整組蓄電池的功能，這是蓄電池應(yīng)用過程中一個重要的特點。從源頭上進行分析，造成這種原因非常多，例如：生產(chǎn)工藝問題、材料原因、運輸過程中發(fā)生了漏液、碰撞、安裝過程中損壞、蓄電池組別生產(chǎn)日期不一致等諸多情況，要想從源頭上杜絕不一致性是非常困難的，因此，只能從發(fā)現(xiàn)問題后的解決來著手。

當前，蓄電池修復(fù)、活化均還在局部及試驗階段，沒有形成規(guī)范或模式，這樣就造成了大量的浪費，而行業(yè)規(guī)范也只規(guī)定了不同品牌蓄電池、不同新舊程度蓄電池不可混用的要求，按照此規(guī)范，一旦發(fā)生個別蓄電池不滿足要求，基本就要整組更換了。在修復(fù)過程中，不同的蓄電池如何進行試驗才能滿足整組串入的要求，尚無明確的規(guī)范或要求。

3 研究內(nèi)容

3.1 主要研究要點

研制一款通用型鉛酸蓄電池充電平臺，用于對單只鉛酸蓄電池進行補充充電。由于當前站用蓄電池共性為浮充電壓2.25V，均充電壓為2.35V ，因此本裝置將設(shè)置按鈕來獨立選擇充電電壓，各充電部件之間互不干涉，可以實現(xiàn)多只不同品牌不同容量蓄電池同時充電，限流值根據(jù)不同蓄電池容量進行單獨設(shè)定。

3.2 擬解決的主要技術(shù)要點

低電壓下，高精度的電壓電流調(diào)節(jié)及控制，單只蓄電池充電電壓在2.25～2.35V，電流精確到百分位，因此，對電壓控制的精度要求較高。

蓄電池外接端口較多，不同蓄電池之間采用完全隔離的絕緣取電方式。

4 技術(shù)路線、突破點與預(yù)期成果

4.1 技術(shù)路線

本裝置采用傳統(tǒng)高頻開關(guān)電源的技術(shù)原理，提高電壓采樣精度，設(shè)計出獨立的適用于單只蓄電池充電的特殊充電模塊，其閥值通過硬件調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍寬，冗余的輸出設(shè)計可以讓充電模塊在低電壓情況下，仍然可以輸出較高電流，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)原理圖

單體充電控制系統(tǒng)中，除了控制單元接收預(yù)制的程序、定值，并根據(jù)這些參數(shù)進行自動運行外，還會實時地采集充電的電壓電流等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)反饋到控制單元后，控制單元能根據(jù)當前的情況進行調(diào)整，以確保充電過程的統(tǒng)一性，如圖3所示。

圖3 充電控制圖

由于整個系統(tǒng)具備智能化數(shù)字通訊接口，因此，站內(nèi)的直流電源監(jiān)控裝置可以通過遠程與本裝置進行連接，在較為復(fù)雜的環(huán)境下，比如停電、檢修、轉(zhuǎn)載、負荷變化等情況下，備用蓄電池可以同步完成以上一系列操作，從而使備用蓄電池與在線蓄電池始終保持相同的外部環(huán)境與運行環(huán)境，保障二者的高度一致性。

4.2 關(guān)鍵突破點

（1）打破了傳統(tǒng)蓄電池串聯(lián)充電的方式，獨立充電，互不干涉，為不同類型的蓄電池充電找到了出路。

（2）均浮充采用智能化控制，一鍵操作，自動轉(zhuǎn)浮充，完全模擬了變電站蓄電池運行的實際工況。

4.3 預(yù)期成果

（1）提高工作效率。同一臺設(shè)備可以為多只不同類型蓄電池同時充電，由于充電時間一般在10h 以上，這樣單位時間內(nèi)的效率會大大提高。

（2）經(jīng)濟效益。蓄電池組其中部分電池不達標，但是又未達到整組更換的年限或數(shù)量，用本裝置對部分蓄電池補充充電，活化完成后，可以延長整組蓄電池的壽命。

（3）對于備用的蓄電池，長期存放也必須進行補充充電，避免長期存放后蓄電池老化而降低壽命。

（4）為蓄電池老化過程的研究、蓄電池修復(fù)研究等試驗課題提供一個充電管理平臺。