變電站蓄電池組在線核對放電系統(tǒng)設(shè)計

吳　侗，王　磊

（廣東電網(wǎng)茂名信宜供電局，廣東 茂名　525300）

變電站蓄電池組在線核對放電系統(tǒng)設(shè)計

吳侗，王磊

（廣東電網(wǎng)茂名信宜供電局，廣東 茂名525300）

針對當(dāng)前蓄電池組人工放電工作量大的問題，提出了一種遠(yuǎn)程在線對變電站蓄電池組進(jìn)行核對性放電的方法，闡述了蓄電池組在線核對放電系統(tǒng)的工作原理及其通信模型設(shè)計，分析了蓄電池核對性放電試驗(yàn)的周期及放電容量的計算方法，并通過實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了該系統(tǒng)可提高系統(tǒng)綜合自動化水平及人員工作效率。

蓄電池組；在線控制；核對性放電；通信模型

0　引言

長期以來，對變電站的蓄電池組進(jìn)行定檢的核對性放電時，一般采用電阻放電監(jiān)測儀作為放電單元，能耗大，發(fā)熱較嚴(yán)重。尤其在35 kV變電站，蓄電池組僅有1組，使用后備蓄電池組時，需將被維護(hù)的蓄電池組從系統(tǒng)中拆卸下來后，才能進(jìn)行核對性放電試驗(yàn)，勞動強(qiáng)度極大，增加了維護(hù)人員工作量。

在目前電力行業(yè)智能化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化的通信系統(tǒng)的改進(jìn)升級發(fā)展中，實(shí)現(xiàn)蓄電池組的遠(yuǎn)程在線核對性放電是必然發(fā)展趨勢。針對上述實(shí)際問題，提出了一種采用單片機(jī)作為微處理器，利用電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)為通道，通過集控站與控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，進(jìn)而控制有源逆變模塊作為放電單元進(jìn)行核對性放電，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制對蓄電池組的核對性放電試驗(yàn)。

1　蓄電池組在線核對放電系統(tǒng)工作原理

蓄電池組在線核對放電系統(tǒng)主要由主監(jiān)控單元、蓄電池組在線監(jiān)測單元、在線核容放電控制器、有源逆變器模塊、計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)等部分組成，具體如圖1所示。

主監(jiān)控單元與蓄電池組在線監(jiān)測單元和在線核容放電控制器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測和控制等功能。蓄電池組在線監(jiān)測單元監(jiān)測蓄電池組的電壓、電流及各個單體電池的電壓、溫度等，并將數(shù)據(jù)上報至主監(jiān)控單元；主監(jiān)控單元通過以太網(wǎng)將監(jiān)測的數(shù)據(jù)上傳到計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，使得維護(hù)人員可以通過網(wǎng)絡(luò)工作站遠(yuǎn)程對蓄電池組進(jìn)行核對性容量試驗(yàn)。在線核容放電控制器設(shè)置放電限流值、終止電壓、放電容量、放電時間等參數(shù)指令，控制有源逆變器的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對蓄電池組的充放電轉(zhuǎn)換、有源逆變器的接入和斷開。

圖1　蓄電池組在線核對放電通信系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

1.1在線核容放電控制器工作原理

在線核容放電控制器采用單片機(jī)為微處理器，同時用到RS485通信接口和若干I/O端口，以完成該系統(tǒng)的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)。

RS485通信接口與有源逆變器模塊、蓄電池組在線監(jiān)測單元之間進(jìn)行通信，利用主監(jiān)控單元預(yù)設(shè)置的放電時間、放電電流、放電容量，以及單個電池終止電壓等參數(shù)向在線核容放電控制器發(fā)放電指令。在線核容放電控制器收到放電指令后，啟動有源逆變器模塊，進(jìn)行在線放電。在蓄電池組放電過程中，在線核容放電控制器會根據(jù)主監(jiān)控單元設(shè)置的條件隨時終止放電。在線核容放電控制器工作原理如圖2所示。

一般情況下，變電站直流系統(tǒng)中的K1，K2是閉合的，UPS主要靠站用變的交流電供給變電站所有交流負(fù)載；而蓄電池組則為UPS后備電源且其一直處于浮充電狀態(tài)，并供給直流負(fù)荷。當(dāng)維護(hù)人員對站內(nèi)蓄電池組進(jìn)行核對性放電時，通過在線核容放電控制器斷開UPS與蓄電池組的連接線，將蓄電池組與有源逆變器連接，同時通過主監(jiān)控單元發(fā)來的放電指令，啟動有源逆變器，使其進(jìn)行蓄電池的在線核對性放電。此時直流負(fù)荷仍由UPS中的整流器供電。

在放電過程中，如果遇到蓄電池組總電壓最低限值、單個蓄電池終止電壓、終止設(shè)置時間、終止放電容量、交流輸入故障、蓄電池溫度異常等情況時，在線核容放電控制器自動對有源逆變器發(fā)出停止工作指令，并將蓄電池組自動接入UPS系統(tǒng)進(jìn)行充電。然后再通過在線核容放電控制器，按照恒流充電—恒壓充電—浮充電的方式對蓄電池組進(jìn)行充電，保證放電后的蓄電池組充電效果理想，恢復(fù)蓄電池組的容量，確保變電站安全運(yùn)行。

1.2在線核對放電系統(tǒng)通信模型設(shè)計

結(jié)合某變電站通信狀況分析，在線核對放電系統(tǒng)中的主監(jiān)控單元與集控站之間較為常見的通信模型主要有以下2個。

（1） 常見的變電站與集控站之間存在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并且變電站內(nèi)有后臺計算機(jī)或者其他設(shè)備正在使用的前置計算機(jī)。可以利用這些計算機(jī)的串行通信接口連接在線放電系統(tǒng)的控制單元，并結(jié)合在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)來的數(shù)據(jù)分析對控制單元進(jìn)行操作，進(jìn)而對蓄電池組進(jìn)行遠(yuǎn)程放電核對。實(shí)際應(yīng)用中，前置計算機(jī)若沒有空余的串口資源，只需在前置計算機(jī)的PCI插槽中擴(kuò)展1片PCI RS-232轉(zhuǎn)換卡即可。集控站與變電站間的通信模型1具體如圖3所示。

（2） 對于一些既沒有TCP/IP環(huán)境，也沒有遠(yuǎn)動裝置的舊變電站，可以選擇為在線放電系統(tǒng)和集控站（中心）配備無線通信模塊，使用成熟的移動通信網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)，尤其是GPRS數(shù)字業(yè)務(wù)，可以提供較穩(wěn)定的無線信息通道。這種利用無線信息通道達(dá)到在線遠(yuǎn)程對其進(jìn)行放電維護(hù)的方式如圖4所示。

圖2　在線核容放電控制器工作原理

圖3　集控站與變電站間的通信模型1

圖4　集控站與變電站間的通信模型2

2　蓄電池核對性放電試驗(yàn)

對于長期使用限壓限流浮充電運(yùn)行方式的蓄電池組，無法判斷閥控蓄電池自放電的現(xiàn)有容量以及其內(nèi)部是否失水或干裂。只有通過核對性放電試驗(yàn)，才能找出蓄電池存在的問題。

新安裝的閥控蓄電池應(yīng)全部進(jìn)行核對性放電試驗(yàn)，以后每2-3年進(jìn)行1次。運(yùn)行6年以后的閥控蓄電池，一般狀態(tài)不會太好，容量可能會下降，宜每年進(jìn)行1次核對性放電試驗(yàn)。如果蓄電池組綜合評估狀態(tài)較好，可適當(dāng)延長核對性放電試驗(yàn)周期。

2.1核對性放電容量計算

變電站直流系統(tǒng)的蓄電池組在充滿容量后，以I10恒流進(jìn)行放電，當(dāng)蓄電池組（單個蓄電池標(biāo)準(zhǔn)電壓為2 V）電壓下降到1.8 V×N（N為蓄電池組的電池總數(shù)）或單個電池電壓下降到1.8 V時，停止放電，并計算其蓄電池組的容量Cn.25 ℃：

Cn.25 ℃=Cn÷［1+Kn（Td-25）］；

其中：Cn為蓄電池組放電n小時后測得的放電容量，其值為放電電流乘以放電時間；Cn.25 ℃為25 ℃時蓄電池放電n小時的率容量（基準(zhǔn)溫度的電池容量）；Kn為n小時率下的溫度系數(shù)（K10=0.006、K3=0.008、K1=0.010）；Td為蓄電池組放電過程中的蓄電池溫度。

以某110 kV變電站為例，對1組110 V，300 Ah的蓄電池組進(jìn)行核對性放電試驗(yàn)。設(shè)置蓄電池組放電10 h率放電電流為30 A，當(dāng)放電9.8 h后，該變電站的蓄電池組（單個蓄電池標(biāo)準(zhǔn)電壓為2 V）總電壓下降到1.8 V×N或單個電池電壓下降到1.8 V，環(huán)境溫度為20 ℃，核對該蓄電池組的容量。將實(shí)際放電容量換算成25 ℃時的標(biāo)準(zhǔn)容量：Cn.25 ℃=30×9.8÷［1+0.006（25-20）］≈303.093 Ah＞300 Ah。容量合格。

2.2放電容量核對

當(dāng)試驗(yàn)測得的Cn.25 ℃略大于或等于蓄電池組的標(biāo)準(zhǔn)額定容量時，蓄電池容量正常。當(dāng)Cn.25 ℃小于標(biāo)準(zhǔn)額定容量的80 %，說明蓄電池組的情況極其惡劣，無法保障電力生產(chǎn)安全。當(dāng)Cn.25 ℃為標(biāo)準(zhǔn)額定容量的80 %-100 %，說明蓄電池組虧容，應(yīng)先對蓄電池組均衡充電，然后再進(jìn)行核對性放電試驗(yàn)。若3次放電循環(huán)內(nèi)達(dá)不到100 %額定容量，則此組蓄電池為不合格，應(yīng)安排更換。

3　結(jié)論

與傳統(tǒng)的對電力系統(tǒng)中的蓄電池組核對性放電維護(hù)方式相比，在線核對放電系統(tǒng)的優(yōu)勢主要有如下2點(diǎn)：

（1） 使維護(hù)人員在值班室內(nèi)就能對偏遠(yuǎn)山區(qū)變電站內(nèi)的蓄電池組進(jìn)行核對性放電試驗(yàn)，節(jié)約了人力資源，大幅提高了工作效率；

（2） 蓄電池組高達(dá)85 %能量回饋電網(wǎng)，且注入電網(wǎng)電流諧波畸變率小于5 %，安全可靠，且能遠(yuǎn)程控制核對性放電過程。

該系統(tǒng)已經(jīng)在部分地區(qū)的電力系統(tǒng)中投入使用，極大地減輕了電力部門維護(hù)人員的工作量，提高了系統(tǒng)綜合自動化水平及人員工作效率。

1 鄧渝生，趙應(yīng)春，葉云.蓄電池在線有源逆變核容放電［J］.華東電力，2012，40（4）：693-69.

2 中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會.DL/T 724—2000電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國電力出版社，2000.

3 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.DL/T 857—2004發(fā)電廠、變電所蓄電池用整流逆變設(shè)備技術(shù)條件［S］.北京：中國電力出版社，2004.

4 鮑慧，齊焱焱，李樹軍.電力通信網(wǎng)中蓄電池組集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［J］.電力自動化設(shè)備，2010，30（1）：115-118.

5 黃振強(qiáng)，林品鳳.110 kV變電站直流系統(tǒng)剖析［J］.電力學(xué)報，2010，25（6）：490-492.

6 孔慶強(qiáng).發(fā)電廠閥控密封式鉛酸免維護(hù)蓄電池的維護(hù)管理［J］.電力安全技術(shù)，2005，7（3）：15-16.

7 童杭偉，李民，莫雪梅.變電站閥控式鉛酸蓄電池3 h率放電核容方法研究［J］.電力安全技術(shù)，2014，16（2）：65-66.

2016-04-03。

吳侗（1988-），男，助理工程師，主要從事電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)工作，email：641734667@qq.com。

王磊（1988-），男，助理工程師，主要從事電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)工作以及電力系統(tǒng)通信研究工作。