變電站蓄電池故障分析與檢測技術探索

楊怡 歐陽明甫

（中國平煤神馬集團電務廠 河南省平頂山市 467000）

變電站蓄電池故障分析與檢測技術探索

楊怡 歐陽明甫

（中國平煤神馬集團電務廠 河南省平頂山市 467000）

針對直流蓄電池在運行中不好檢測故障的現狀，分析了電池本身出現故障的原因，提出了在線檢測電池內阻的方法，解決了變電站備用直流系統故障檢測的技術難題。

蓄電池；故障；檢測；內阻

引言

蓄電池是變電站直流系統重要的組成部分，它肩負著變電站操作、合閘、照明備用電源的重擔，掌握蓄電池的健康狀況，采取有效針對措施是蓄電池運行管理中非常重要的內容，也是提高直流系統安全可靠運行的重要環節。

在近幾年的變電站維護中，蓄電池暴露出越來越多的故障，往往是電池已經壞死，我們才能發現，雖然未對系統造成影響，但卻一直威脅著直流監控系統，對二次設備造成隱患，如何更早，更及時的檢測電池性能，處理直流系統故障擺在了我們面前。

1 影響蓄電池故障分析

依照國家對廠家的技術標準，蓄電池的使用壽命應該在10年以上，但運行中，還受諸多因素限制，我們的電池，往往剛投運2～3年，就接連發生個別故障。影響電池壽命的主要因素如下：

1.1 環境溫度

蓄電池在環境溫度25℃時具有較長的使用壽命，隨著溫度的上升，極板腐蝕會慢慢加劇，有研究表明，隨著溫度的變化，電池容量有表1變化。

表1 電池容量隨溫度變化而變化

現運行變電站直流電池柜把溫度控制在20～25℃。

1.2 充電電壓

電池在長期過電壓，電池出產時，標準電壓要求220V，運行狀態不超過230V，但是變電站設計電池電壓取自合閘小母線，一般電壓控制在243V，長期的過電壓，電池的內部存在長期非正常運行狀態，勢必影響壽命。

1.3 頻繁放電

在站內操作過程中，直流母線提供給直流電源，當操作過頻繁，電流過大時，會從電池消耗電能，尤其是現在35kV的機構分合閘，每次操作，都會消耗電池電量，甚至出現過因為操作太多，不能合閘的現象。

1.4 不均勻性充放電

一組電池，當某些電池內阻增大，同樣是均充、浮充，對個體的充電電壓就不同，使內阻大的電池處在充電不飽和狀態，它周圍的電池處在過飽和狀態。放電時由于大家串聯，放的電又一樣多。長期運行，出現“一顆老鼠屎壞一鍋湯”的現象。

1.5 長期浮充電

長期的充電不放電，會造成陽極板鈍化，電池內阻增大，影響電池容量。目前維護狀況會根據國家電網《直流電源系統運行規范》及《直流電源系統檢修規范》的要求，每年都會對蓄電池進行充放電試驗。

2 蓄電池檢測技術分析

由于運行環境受限，我們的電池或多或少的都會存在壽命下降，電池的故障檢測常見方法有以下幾種：

2.1 放電曲線對比法

測量正常電池的放電電壓數據，做出曲線，以此基準線，對比其他待測電池。缺點是：人為制造放電，對負載造成不安全；電池放電次數多，也會間接減少壽命；日常監測一般是淺放電，不易發現隱患。

2.2 單體電壓監測法

監測運行中，電池組中單體電壓過高或者過低的電池。方法簡單，缺點是：不能檢測已壞，但未徹底壞的電池，看到電壓異常的電池可能比較多，中間還包含了被帶壞的電池。

2.3 瞬間大電流法

它是評估電池暫態放電能力的一種方法，但是代價高，危險性大。

總之，以上方法均難以發現輕度損壞的電池，并且難以確定哪些是被帶壞的，哪些是帶頭壞的。我們現在運行的變電站直流系統都配有監視單元，其中包括母線電壓監視、單體電壓監視，浮充或均充電流監視。但是，實際運行中，往往還是發現不了電池本身的故障。根據文獻和國內外大量試驗得知，電池的故障與老化，都伴隨著電池內阻發生變大，電阻的變化就成為電池好壞的重要參數依據，這種故障，靠每年的電池活化試驗是遠遠不夠的。

3 解決途徑

目前，蓄電池監測技術大致上經歷了三代產品：電池組總電壓監測、電池單體電壓監測、單體內阻監測。前兩代技術已經滿足不了設備的需求，要對內阻進行檢測，我們建議采用交流法，它應該更便于電池內阻的測量，“放大交流信號比放大直流信號容易得多”，其原因是交流信號除受限于噪聲外，幾乎可無限放大，而直流信號的零點漂移與零點多級放大，嚴重限制了直流放大器的性能。因此，最好的直流放大器無一例外的采用斬波放大方案，即：先把直流輸入信號斬波成交流信號，充分放大后再還原成直流信號輸出。

與家用蓄電池相比，變電站蓄電池其體積、容量更大，所以內阻特別小，一般在毫歐姆級，甚至低到微歐姆級。所有等效阻抗的測量方法都應遵從歐姆定律：R=V/I，其中：I為加載電流，V為加載電流在被測對象上建立的電壓，若加載電流I恒等于已知單位電流，那么V的采樣值就剛好等于被測阻抗值，再經相位校正后可得被測純電阻值。

萬用表測量誤差的根源在于：采樣值V中含有加載電流I在觸導電阻上建立的電壓。顯然，如果直接從被測電阻兩端采樣，采樣值V將不再包括觸導誤差電壓，這意味著V的電壓采樣線必須獨立于I的電流加載線，因此，排除觸導誤差的關鍵是把測量線由二線改為四線，其技術實質是電流加載回路與電壓采樣回路的徹底分離。現在目前站上為檢測電池單體電壓，本身就接有四線，只是監控裝置的軟件沒有功能，如果配合能夠發送加載合適頻率的電源，在不影響直流系統供電的前提下，是完全有可能實現電池內阻監視的。

4 結束語

蓄電池內部故障很難發現，如何盡早發現問題，解決問題是實現變電站安全供電的首要任務。根據前期的查閱規程及相關資料，并與廠家技術人員溝通，發現檢測蓄電池內阻是發現蓄電池內部故障的有效辦法。為應對此類問題能夠早解決，在運行中提早發現設備隱患，就應該在變電站直流監控中引入內阻監視的單元。

把交流法的測試建立成一套蓄電池內阻在線實時監測系統，通過變電站后臺監控系統實時查看蓄電池組的運行狀態，通過設定合適的技術指標，做到實時控制和監測，才能徹底保證蓄電池安全穩定運行，同時還能減少人力物力的支出，實現變電站智能化。

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2016-4-29