防止變電站運行中鉛酸蓄電池組開路的跨接技術

周永光 羅文杰 佘楚云 胡曉霞

【摘要】 閥控式鉛酸蓄電池因其安全穩定、占地小、免加液等優點被變電站廣泛的作為應急備用電源應用于直流系統中。為了確保電壓和容量同時滿足直流系統的要求，閥控式鉛酸蓄電池采用串聯成蓄電池組的方式進行工作。串聯成蓄電池組后，當其中一節蓄電池性能嚴重劣化后，在蓄電池組對外供電時就有可能因持續放電導致性能加速劣化，使蓄電池開路，蓄電池組失去供電能力，導致直流失電事故發生。本文重點研究防止變電站運行中鉛酸蓄電池組開路的跨接技術。

【關鍵詞】 跨接 閥控式鉛酸蓄電池 開路

一、蓄電池的運行及現行監測手段

1.1浮充狀態下的蓄電池組

投入到變電站直流系統中的閥控式鉛酸蓄電池組在正常運行的情況下會一直與整流模塊連接在一起，直流系統中的蓄電池組在大部分的時間下都處于浮充狀態，在浮充狀態下，整流模塊對蓄電池組進行極小電流的充電用來彌補蓄電池自身微小的電量流失，此時蓄電池組兩端的組壓實際為整流模塊的輸出電壓，理論上浮充時的蓄電池的容量接近理想飽和狀態，可隨時因交流失電而快速對直流系統供電。

1.2現行蓄電池檢測手段

現行蓄電池的監測手段主要以監測單節蓄電池電壓、溫度、組壓等數據，少部分會監測內阻等數據，其中電壓和溫度一般為實時監測而內阻測試由于其測試時一般需要對蓄電池進行短時間的放電會在一定的程度上影響蓄電池正常的狀態，所以內阻測試一般會間隔一段時間測試一次，間隔時間一般為1-3月不等。

二、蓄電池組開路原因

2.1連接線路導致的蓄電池組開路

由于蓄電池組是由單節蓄電池由連接條串聯組成再連接至母線上，因此每套正常運行的蓄電池組中的連接線都會比較多，因此連接線損壞、固定不牢固等也是導致蓄電池組開路的一個原因。一般工作人員都會定期對蓄電池組進行目視檢測、衛生打掃等工作，且連接線斷開后，因沒有完整的充電回路，整理模塊不再對蓄電池組進行充電，蓄電池因自身容量損耗致使電壓降低產生報警，因此由連接線路導致的蓄電池開路都會被工作人員及時的檢測出，不是本文重點研究的對象。

2.2蓄電池問題導致的蓄電池組開路

內阻是衡量閥控式鉛酸蓄電池性能的重要指標，據研究蓄電池內阻的構成及其所占比例如下：1、活性物質（42.70%）；2、板珊（36.00%）；3、隔離板（15.9%）；4、連接部分（5.40%）。由此可見活性物質和板珊在蓄電池內阻中所占比例接近80%，而閥控式鉛酸蓄電池因設計生產問題或者運行維護問題會出現基板腐蝕、失水、熱失控等故障，這些故障都會導致蓄電池內阻值的增大，當蓄電池組對外進行放電時，就會因該節蓄電池內阻值過大而產生很大的壓降進而影響蓄電池組的對外放電，當壓降達到一定的程度后會對蓄電池造成不可逆的損壞，導致蓄電池開路，解決因內阻過大或蓄電池開路導致的無法放電是本文重點研究的方向。

三、蓄電池組開路跨接技術

3.1跨接技術的必要性

蓄電池內阻值的增大對于浮充中的蓄電池表現出的狀態往往為電壓值略高，但蓄電池電壓高也可能是因為過充造成，且因過充造成的電壓高的概率要遠遠大于內阻值過大造成的電壓高的概率。

因此有時單單從電壓入手難以發現問題，而現行檢測設備中的內阻測試又無法實時監測每節蓄電池當前內阻值的狀態，只能對性能逐漸降低的蓄電池有預警作用，對于性能突然下降的蓄電池無法及時有效的預警，且最為嚴重的是此時一旦發生交流失電，蓄電池將無法長時間的進行正常的供電，產生直流事故。

由此可見現有的一般的監測設備都無法有效的預警性能突然下降蓄電池的故障問題，因此開發一種能在蓄電池需要緊急放電時，應對蓄電池內阻過大甚至開路的設備便很有必要。

3.2跨接技術設計思想

蓄電池組因單節蓄電池問題而出現開路，都是因為單節蓄電池內阻過大或者直接開路（此時可認為內阻值無限大），以下將統一按照蓄電池內阻值過大引發蓄電池組開路進行討論。

1、蓄電池內阻對放電能力的影響：當交流失電，整流模塊失去對直流系統的供電能力后，蓄電池組便開始為直流系統供電，如圖1所示，但因為每節蓄電池都有內阻，便會在蓄電池兩端產生一個與蓄電池電壓反向的電壓，電壓大小為：I放*R內阻（放電電流與內阻的乘積）。正常情況下蓄電池的內阻值極小，一般為毫歐級，因此壓降也極小，蓄電池兩端的電壓下降有限。

當某節蓄電池的內阻值突變增大后，壓降便會急劇增加，該節蓄電池兩端的電壓會迅速降低至放電電壓以下，此時又由于壓降過大也會加劇該節蓄電池的惡化，進入惡性循環，最終因壓降過大導致組壓不足或直接導致蓄電池損壞開路，徹底失去對外供電能力。

2、對于蓄電池組開路的跨接技術主要便是應對內阻值過大導致壓降增大時，該技術能保證蓄電池組繼續對外供電。因由上文得知運用常規的監測手段無法監測突變蓄電池，因此該跨接模塊采用了在放電過程中對蓄電池的實時監測，一旦檢測出放電中的蓄電池出現異常，便將跨接電路激活，實現對蓄電池的無隙跨接技術，跨接后的放電電流流向如圖二所示，當出現異常蓄電池后，跨接模塊自動將蓄電池跨接，此時對于整個蓄電池組來講整組電壓僅僅損失一節蓄電池的電壓，但保證了蓄電池組對直流系統的持續供電?？缃有盘枅缶瘯皶r上傳，以便工作人員在交流供電回復后進有問題的蓄電池組進行徹底的檢修。

四、總結

本文主要研究了跨接技術在閥控式鉛酸蓄電池上的應用，該技術能在關鍵時刻解決蓄電池異常導致蓄電池組無法對直流系統供電的問題，大大的提高了直流系統的安全性，雖然跨接技術的應用能保證即使在蓄電池損壞的情況下對直流系統的供電，但日常的蓄電池的維護檢修依然非常重要，將問題及時發現，確保蓄電池組的安全穩定。

參 考 文 獻

[1] 桂 長清.《閥控式密封鉛酸蓄電池中的反應》.機械工業出版社，ISBN：9787111261117

[2] 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年第06期

[3] 朱雄世.《新型電源系統與設備》， 2002年3月第1版