陳加健 李 昊 俞 威

（國網浙江省電力有限公司建德市供電公司，浙江杭州 311600）

0 引言

變電站一般使用串聯(lián)閥控鉛酸蓄電池組作為后備電源，因此單節(jié)蓄電池的失效可能會影響整個電池組的可靠性。電池容量是蓄電池的重要指標，目前蓄電池容量一般使用恒流放電法進行測試[1]。然而，在蓄電池組投入運行后，用恒流放電法檢測蓄電池容量的工作量很大，而且要求蓄電池退出運行狀態(tài)，這嚴重影響了變電站的正常運行[2]。

近年來，隨著人們對蓄電池認識的不斷深入，蓄電池內阻在蓄電池容量上的評估價值逐漸得到人們的重視。內阻的大小能在一定程度上反映蓄電池的容量和電能輸出能力。盡管許多研究指出，蓄電池的內阻值并不能直接反映電池的剩余容量，但內阻明顯的變化還是可以在一定程度上反映蓄電池性能的劣化[3]。IEEE在其關于蓄電池維護的推薦性指標中，也把蓄電池內阻的測量作為重要維護手段。因此，對蓄電池內阻進行監(jiān)測，對評估蓄電池的工作狀態(tài)有著重要價值[4]。

此外，目前變電站蓄電池充電模塊充電采用恒流模式，當單個蓄電池內阻出現(xiàn)變化時，充電模塊不能減小充電電流，仍然根據設定電流進行充電，這樣易造成性能下降的蓄電池脫水，發(fā)生過充外殼鼓包現(xiàn)象，還可能造成過熱起火燃燒。日常蓄電池內阻檢測能及時發(fā)現(xiàn)性能下降的蓄電池。但變電站蓄電池數量多則數百只，少則十數只，采用傳統(tǒng)便攜式蓄電池內阻檢測儀器，依靠運維人員人工檢測工作量很大，且容易造成疏漏。

交流注入法是指將蓄電池視作有源電阻，并在蓄電池兩端注入50 mA、1 000 Hz的交流電流，經整流、濾波和采樣后確定蓄電池電壓值，并經計算后得到蓄電池電阻值[5]。交流注入法能有效測量不同容量蓄電池的電阻，且不受電池極化的影響。此外，該方法的測量耗時僅在100 ms左右，耗時極短，不會對蓄電池造成損傷，且能多次進行測量，并支持在線測量。ARM具有強大的運算能力，且具有低功耗、低成本等特點，是嵌入式開發(fā)的重要工具。本研究基于ARM設計閥控式蓄電池直流內阻特性在線監(jiān)測裝置，對蓄電池內阻的突變進行實時上報，能實時有效發(fā)現(xiàn)性能下降的蓄電池，確保變電站的安全穩(wěn)定運行。

1 閥控式蓄電池直流內阻特性在線監(jiān)測采集裝置的設計

閥控式蓄電池直流內阻特性在線監(jiān)測裝置是基于交流信號注入法設計。其工作原理是采集終端由ARM控制DDS信號模塊產生1 kHz信號送入增益放大器，ARM控制DAC芯片輸出控制信號調節(jié)放大器的增益，輸出符合幅值要求的信號，送到推挽功率放大電路進行功率放大，經過隔離放大器后輸出加到被試品兩端。采集終端保存特性參數測量數據，運檢人員可通過手持終端讀取每節(jié)蓄電池的特性參數數據。

1.1 系統(tǒng)總體結構框圖

閥控式蓄電池直流內阻特性在線監(jiān)測采集裝置的總體框架圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結構框圖

數據采集器采用基于DDS數字信號源設計的變頻電源，ARM控制DDS器內部生成數字頻率合成信號，經過DAC芯片程控變頻源的輸出幅值，電流源最大輸出1 A，開口電壓5 V，采用阻容集成傳感器采集輸出電流，通過數字補償算法進行補償，具有抗干擾能力強、輸出電流大、穩(wěn)定度高、頻率分辨率高、諧波小、數字化控制等優(yōu)勢。

根據邏輯功能的區(qū)別，將本裝置分為主控模塊、母線直流電流檢測模塊、合成信號輸出調理模塊和電源模塊。

1.2 主控模塊

主控模塊是系統(tǒng)的核心，主要由ARM 芯片LPC11U6X/JBD48和外部電路構成，通過串口和時鐘芯片實現(xiàn)對外部蓄電池組的采樣、放電控制、串口通信等功能，如圖2所示。

1.3 母線直流電流檢測模塊

母線直流電流檢測模塊以運放為核心，由電阻R3、R6等構成放大電路，再經電阻R4、R5、R7、R8和電容C12濾波后，實現(xiàn)對電流檢測的功能，如圖3所示。

圖3 母線直流電流檢測模塊電路原理圖

1.4 合成信號輸出調理模塊

合成信號輸出調理模塊主要負責濾波、限幅等，使信號能適應后續(xù)測試要求，其電路原理圖如圖4所示。

圖4 合成信號輸出調理模塊電路原理圖

1.5 電源模塊

電源模塊承擔著主控模塊的供電功能，其原理圖如圖5所示。

圖5 電源模塊電路原理圖

2 閥控式蓄電池直流內阻特性在線監(jiān)測采集裝置的應用

該閥控式蓄電池直流內阻特性在線監(jiān)測裝置主要包括數據采集器和手持終端，如圖6所示。

圖6 閥控式蓄電池直流內阻特性在線監(jiān)測裝置

建德市供電公司下涯變電站對閥控式蓄電池直流內阻特性在線監(jiān)測采集裝置進行了測試，完成了對該變電站蓄電池的內阻特性測試，測試結果如表1所示。

表1 下涯變電站蓄電池內阻測試表

測試結果表明，本方法能快速、準確地測量蓄電池內阻，為技術人員通過內阻來評估蓄電池工作狀態(tài)提供參考。

3 結束語

為提高變電站蓄電池的管理效率，基于交流信號注入法設計閥控式蓄電池直流內阻特性在線監(jiān)測采集裝置來監(jiān)測蓄電池內阻，并在建德市供電公司下涯變電站對該裝置進行了應用。測試結果表明，本裝置能很好地監(jiān)測蓄電池電阻的變化，對技術人員實時掌握變電站蓄電池工作狀態(tài)有著重要作用。