電壓均衡回路在變電站蓄電池在線監測裝置的應用研究

周永光 胡曉霞 佘楚云

【摘要】 在變電站中直流系統能為其信號、保護、自動裝置及事故照明提供可靠的直流電源，是變電站安全可靠運行的保證。蓄電池則是直流系統的核心，當電網出現故障、交流電源失去作用時蓄電池是唯一的電源保證，如果此時蓄電池不能正常對外供電，那么整個變電站將完全處于停電狀態，任何的信號、保護等裝置都無法正常工作，甚至可能造成整個二次系統癱瘓，盡管蓄電池這么重要，但近年來因蓄電池問題導致的變電站事故時有發生。究其原因大多是蓄電池組中某一節或幾節蓄電池出現問題，而出問題的蓄電池大多是因為平時電壓不均衡，導致過充過放。文章主要介紹目前電力變電站直流系統中蓄電池組的維護現狀，分析常見蓄電池組故障及原因，對電壓均衡回路在變電站蓄電池在線監測裝置的應用研究進行探討。

【關鍵詞】 直流系統 變電站 蓄電池 均衡回路

一、蓄電池及現行監測方法

1.1蓄電池

閥控式密閉鉛酸蓄電池因其日常維護的方便以及穩定性較強、占地小、不用加水等優點被廣泛的應用在各供電企業，但是閥控式密閉對工作環境和充放電要求比較嚴格，不允許對蓄電池進行過充和欠充，但還是常常由于過充和欠充對蓄電池產生影響，大大縮短了蓄電池的使用壽命，因此研發一種有效防止蓄電池過充和欠充的監測技術將會大大延長現有蓄電池的使用壽命。

1.2現有蓄電池監測方法及效果

1、核對性容量測試法：該方法主要是將蓄電池組以0.1C的電流進行放電，原理上是可以測量出該組蓄電池的容量（即在交流掉電時，蓄電池組能持續對外供電的能力），但是這種方法在放電時會讓原本蓄電池中容量小的蓄電池提前放電完畢產生過放，充電時會讓原本蓄電池中沒有將容量放完的蓄電池提前充電完成產生過充，僅僅能發現問題，而不能解決問題，且該方法操作復雜，中間間隔周期一般較長。

2、內阻測試法：該方法通過測試蓄電池組中各節蓄電池的內阻進行檢測蓄電池的好壞，但是由于內阻測試會受到蓄電池組中各節蓄電池的差異、電壓、溫度等影響，在早期無法發現問題，不能進行有效的預防，當發現時各節蓄電池的差異已相差過大。

3、電壓巡檢法：該方法通過實時電壓巡檢來判斷電池的狀態，由于蓄電池組平時都處在充電機的浮充狀態，各節蓄電池的電壓雖有差異但是不經過斷掉充電機無法發現真實的差異，只能檢測出性能已非常劣化的電池。

二、電壓均衡回路對蓄電池維護的研究

2.1導致蓄電池過充過放的原因

閥控式密閉鉛酸蓄電池由于其自身的差異即使是同批次的蓄電池也不能做到容量完全的一致，在組成蓄電池組后經過一段時間的運行差異會越來越大，以2V蓄電池浮充狀態為標準，假如浮充電壓為2.25V，每組電池20節，那么浮充電壓為2.25V*20=45V，當蓄電池組的組壓為45V時，由于電池的差異會導致某幾節高于2.25V，某幾節低于2.25V，電壓高的電池就會長期處于過充狀態，會導致電池板柵腐蝕加速，活性物質松動，嚴重時甚至導致電池鼓肚變形。如此下去會導致這種差異越來越大。由于蓄電池串聯在一起進行充電放電，而現有的蓄電池在線監測裝置又無法針對某幾節電池單獨進行放電，因此這種差異無法消失，導致蓄電池組整組性能越來越差，進入惡性循環狀態。怎樣讓蓄電池組跳出這種惡性循環狀態，這是本文的重點研究方向。

2.2電壓均衡回路在蓄電池在線監測裝置中的應用

2.2.1電壓均衡回路設計思想

在整組蓄電池中，由于充電機設置的組壓是根據全部蓄電池完全處于浮充狀態計算得來，因此有過充的蓄電池存在便會有欠充的蓄電池存在，不將過充的蓄電池電壓降下來充電機就不會對蓄電池組進行充電，欠充的蓄電池便會繼續存在。所以解決問題的關鍵在于能否將過充的蓄電池恢復至正常狀態，由于蓄電池串聯的特性，整組放電會連帶欠充的蓄電池一起放電，只有單節蓄電池構成一個小型的均衡回路，通過該回路進行小電流的放電，才會使欠充的蓄電池進行充電，如圖1所示：

2.2.2電壓均衡回路工作原理

1、系統構成及各部分功能：如圖1所示蓄電池在線監測設備可分為實時監測和均衡回路兩部分：實時監測為監測蓄電池的電壓、溫度以及監測流經均衡回路的電流也可通過監測充電機當前的狀態計算出蓄電池的狀態（充電狀態或放電狀態、當前的電流值等）；均衡回路為一橫跨蓄電池兩端的小型放電回路，根據實時監測傳回的數據進行工作。

2、電壓均衡回路的工作：假設系統工作的蓄電池組為某一變電站的108節蓄電池，浮充電壓為2.25V，充電機的浮充電壓為：108*2.25V=243V，在最理想的狀態下，蓄電池組中各蓄電池的電壓應都為2.25V，顯然這種情況是不可能發生的，各蓄電池之間一定會存在一定的電壓差，對于新投運或維護較好的蓄電池組有時這種差值會比較小處于一種可接受的范圍內，但隨著投運時間越來越長這種差值便不斷擴大，而電壓均衡回路則能將這種差異不斷縮小并維持在一定的范圍內。

具體的工作為：（1）、先由監測裝置根據蓄電池組的相關參數計算出每節蓄電池的平均電壓Vave，可人工設置均衡均差值，也可使用默認值；（2）、監測裝置對實時監測電路傳輸回的當前各節蓄電池電壓值進行計算后與設置的均衡均差值進行比較，當差值大于設定的均差值后，監測裝置下發均衡命令和平均電壓值；（3）、均衡回路控制電路受到均衡命令后通過判斷所監測蓄電池電壓與平均電壓大小后，控制均衡回路的通斷；（4）、當電壓高的蓄電池通過均衡回路放電后，便會使蓄電池組的組壓降低，誘導充電機對蓄電池組充電，此時蓄電池組中沒有開通均衡回路的電池（即電壓低的電池）進入充電狀態；（5）、根據設置的均差值對電池進行充放電，進入動態平衡。

2.2.3電壓均衡回路意義

（1）、延長蓄電池使用壽命：解決了蓄電池組中各節蓄電池因電壓差值過大產生的過充和欠充，動態的并將這種差值維持在一定的范圍內，避免了蓄電池因過充和欠充造成的壽命縮短等問題；（2）、提高蓄電池組可靠性：以前的蓄電池組中因存在欠充的蓄電池會導致在對外供電或核對性放電時，無法達到蓄電池組設計的容量要求，電池電壓的均衡是滿足蓄電池容量的充分條件，從這個意義上講，均衡回路保證了蓄電池組的可靠性，也保證了直流系統的可靠性；（3）、減輕人員維護負擔、保護環境：由于均衡的自動化進行，維護人員可通過后臺監測電壓數據便可清晰得知當前電池的狀態和均衡效果，減輕人員到現場維護的負擔，同時由于延長了蓄電池組的更換周期，減少了舊電池對環境造成的影響。

三、結論

本文主要就電壓均衡回路在變電站蓄電池在線監測裝置的應用的課題，通過從可靠性、經濟性、實用性等方面探討了應用的可行性，能夠很好解決現有蓄電池組因電壓不均衡造成的蓄電池過充和欠充的問題，但是由于閥控式密閉鉛酸蓄電池結構的復雜，在日常的維護工作中，不論是在維護理論還是測試設備上都需要不斷的改進、完善，來確保蓄電池組的安全穩定的工作，不斷提高知識水平，使電力系統更加安全、穩定、可靠運行，提升電力企業的良好社會形象。

參 考 文 獻

[1] 術守喜.亓學廣.陶鑫.劉惠萍，閥控式密封鉛酸蓄電池的壽命及失效分析.《通信電源技術》， 2006年06期

[2] 胡信國.閥控式密封鉛酸蓄電池的最新進展.《中國電池工業協會2002年學術交流會論文集》，89l[87l2002年

[3] 徐曼珍.論閥控式密封鉛酸蓄電池的浮充.《通信電源技術》，1996年04期