變電站蓄電池充放電異常的原因分析及處理

加根茂

(國網陜西省電力公司渭南供電公司，陜西 渭南 714000)

變電站蓄電池充放電異常的原因分析及處理

加根茂

(國網陜西省電力公司渭南供電公司，陜西 渭南 714000)

介紹了一起110 kV變電站直流系統更新改造過程中出現的蓄電池充放電異常問題，通過對浮充和均充狀態下電流分布分析，指出2組并聯蓄電池在均充狀態下電壓不一致和充電電流過大是導致其充放電異常的原因，提出了改進接線或臨時改變2組蓄電池運行方式的解決方案。

蓄電池；充放電；均充；浮充

0 引言

2016-04-07，對某變電站直流系統2組蓄電池進行了更新改造，改造后的單只電池規格為12 V，100 Ah，直流系統額定電壓為220 V。充電裝置接線及在浮充電運行狀態下的電流分布如圖1所示。新更換的直流設備為1套充電裝置帶2組蓄電池配置方式，2組蓄電池均通過2個二極管與充電裝置和直流母線并聯。正常運行時，充電裝置除向2組蓄電池浮充電外，還向直流負載供電。

1 全容量放電試驗異常

在新設備安裝調試結束后，系統處在正常的浮充狀態。此時，充電機輸出電流5.5 A，輸出電壓230 V，電池電流0.4 A，2組電池電壓均為229 V。按規定對新安裝的蓄電池組進行全容量放電試驗。

圖1 充電裝置在浮充電運行狀態下的電流分布

對第1組電池進行放電試驗。先斷開第1組電池總保險，然后通過放電開關對電池進行10 h率電流放電，放電完畢后，合上第1組電池總保險。此時充電裝置由浮充轉入均充狀態，對2組電池進行均衡充電。屏面上充電機均充輸出電流為18.7 A，輸出電壓為206 V，蓄電池電流指示值為13.6 A。第1組電池電壓顯示值和充電機輸出電壓顯示值均為206 V。第2組電池電壓顯示值為218 V。

從圖1的充電裝置接線看，2組電池均通過2只二極管與充電裝置和直流母線并聯，并由充電裝置向其進行均衡充電，它們的電壓應該是一致的，但2組電池卻出現均充電壓不一致的異常現象。

2組電池唯一的不同之處在于，第1組電池剛放完電，第2組電池處于滿容量狀態。結合蓄電池充電原理分析，由于充電裝置在均充狀態下是穩流限壓，對于剛放完電的第1組電池，若要對其恒流充電，充電裝置的輸出電壓只能隨著第1組電池電壓的升高而升高，所以，此時的輸出電壓只能是206 V。而第2組電池處于滿容量浮充狀態，它的電壓就是充電裝置設定的浮充電壓230 V。當重新投入空容量的第1組電池時，充電裝置以206 V的電壓轉入均充狀態，而第2組電池電壓還基本保持在230 V，此時充電裝置顯然不會對第2組電池充電。稍后第2組電池電壓由230 V下降到218 V，說明第2組電池存在放電的可能。因第1，2組電池間有隔離二極管，故第2組電池不可能對第1組電池放電，更不可能給充電裝置放電，唯一的放電渠道就是站用直流負載。

2 電流分布分析

從圖1可以看出，2組蓄電池通過各自的1對二極管并接于充電機和直流母線上，其目的在于防止2組電池間的環流。對浮充電和均充電運行狀態下電流分布進行如下分析。

2.1 充電裝置在浮充電運行狀態下的電流分布

在正常運行狀態下，充電裝置運行在浮充狀態，充電裝置在供給直流負載電流的同時，還以一個不大的電流向2組蓄電池進行浮充電，以彌補電池內部的自放電，使2組電池始終處于滿容量狀態。浮充狀態時，盤中表計顯示的充電機輸出電流I為5.5 A；蓄電池電流表A1，A2為0.4 A，即圖1中的I=5.5 A，Ifc=0.4 A；站用直流負荷為5.1 A，即Ifz=5.1 A。其電流流向分布如圖1所示。

如果認為2組蓄電池性能一致，根據基爾霍夫電流定律，可知I1=I2=2.75 A，I3=I4=2.55 A，Ifc1=Ifc2=0.2 A，即充電機通過二極管D2，D4向直流正母線提供的負荷電流均為2.55 A。所以Ifz=I3+I4=5.1 A，充電機向2組電池的浮充電流均為0.2 A，則表計顯示電池總的浮充電流為2者之和，即Ifc=Ifc1+Ifc2=0.4 A。那么，流入充電機電流I=Ifc+Ifz=0.4+5.1=5.5 A，流入充電裝置的電流等于流出充電裝置的電流，符合基爾霍夫電流平衡原理。所以在正常運行狀態，即浮充狀態下，設備能夠滿足直流負載和2組蓄電池的浮充電需要。

2.2 充電裝置在均充電運行狀態下的電流分布

當1組蓄電池放電后給蓄電池充電時，充電機處于均充狀態，正確的運行方式是：充電機以10 h率充電電流給一組蓄電池充電的同時，也要保證直流負載的供電電流。在第1組電池放電后進行充電時，盤面表計測量出的充電機輸出電流為18.7 A，輸出電壓207 V。直流負荷電流仍為5.1 A。蓄電池電流表A1，A2為13.6 A，第1組電池充電電壓206 V，第2組電池電壓218 V。即圖2中I=18.7 A，Idc=13.6 A，Ifz=5.1 A。其電流流向分布如圖2所示。

由于在充電時，監控器顯示第1組蓄電池電壓為206 V，第2組電池電壓為218 V。由此可知c點電位高于a點電位，b點電位高于d點電位，所以圖2中電流I2=0，I3=0。根據基爾霍夫電流定律，可知I1=18.7 A，Icd=18.7 A，而蓄電池電流表讀數為Idc=13.6 A，所以，I4=Icd-Idc=18.7-13.6=5.1 A，流入充電機電流I=Idc+Ifz=13.6+5.1=18.7 A。流入充電裝置的電流等于流出充電裝置的電流，同樣符合基爾霍夫電流平衡原理。

圖2中，I4從第2組電池的負極流入，正極流出，且通過電池的電流剛好等于負載電流，說明此時第2組電池以5.1 A的電流在向負載放電，那么第2組電池的電壓必然隨著放電過程而持續下降。當b，c點電位低于a，d點電位時，第2組電池立即停止放電，充電裝置開始向2組電池共同均充電。這時電流分布狀況和2.1節所述的充電裝置在浮充電運行狀態下的電流分布情況一樣，負載電流由充電裝置供給。

2.3 電流分布分析總結

圖2 充電裝置在均充電運行狀態下的電流分布

從以上分析可知，充電裝置在向一組電池充電初期，另一組電池處于放電狀態，其電壓必然會下降，這就是2組電池均充電壓不一致的真正原因。

通過圖2電流分布分析，還發現一個問題：第1組電池的充電電流Icd達到了18.7 A，而本站安裝的蓄電池單只容量為12 V 100 Ah，其10 h率充電電流應為10 A，如此大的充電電流極易造成蓄電池提前損壞。

3 解決方法

本充電裝置的特殊之處在于有2組并聯的蓄電池，且2組蓄電池平常均處在運行狀態，充放電過程會互相干擾。通過對接線圖深入分析，采取以下措施解決上述問題。

3.1 改進接線方式

改進后的接線如圖3所示，在原來接線的基礎上增加1個獨立的充電單元，專門給電池組充電。

本裝置一共有5只額定電流為5 A的充電模塊，而將12 V 100 Ah的電池用于浮充電過于浪費，所以為了節約成本，將其中2只充電模塊分離出來，作為1個獨立的充電單元，其輸出端通過2個空開分別接入2組蓄電池保險電池側，專門給蓄電池充電；剩余的3只充電模塊作為浮充單元。其余接線保持不變。

具體運行過程：正常運行時，由浮充充電單元向直流負載供電并向2組電池進行浮充電，而充電單元模塊處于斷電狀態。在蓄電池充放電試驗時，先斷開需要放電試驗的電池保險，例如對第1組電池進行充放電時，先斷開第1組電池的保險，然后對第1組電池進行放電。放電完畢后斷開放電開關，再投入第1組電池充電開關K1，接通充電單元控制開關，對第1組電池進行均衡充電。充電完畢后關斷充電單元，斷開充電開關K1，然后合上第1組電池保險，將充滿電的第1組電池并接于浮充單元和直流母線上，恢復到正常的浮充電運行狀態。

這就避免了在給一組電池充電時充電電流過大，而另一組電池對負載放電的情況。

3.2 臨時改變蓄電池運行方式

在不改變原來接線方式的情況下，臨時改變蓄電池運行方式，也可以避免2組電池同時運行時充放電異常的情況。

具體操作為：在給一組電池充電時，拔下另一組電池總保險，使另一組電池退出運行。這時，充電裝置運行方式為單充單電池組運行方式，充電裝置一方面給放電后的電池組充電，另一方面給變電站直流負載提供電流。當充電的電池組充滿電后，充電裝置自動轉為正常的浮充運行狀態時，再合上退出運行的另一組電池保險，恢復到原來的2組電池并列浮充電運行方式。為了方便操作，可以把2組電池總保險換成具有脫扣功能的直流斷路器。

圖3 改進后的接線

4 結束語

針對因接線設計不合理帶來的蓄電池充放電異常的問題，通過對電流分布的情況分析，找出了放電異常的根本原因，并針對性地提出了2種解決方案：一是對直流系統接線進行改造；二是臨時改變蓄電池運行方式。這2種方案都可以在不增加經濟投入的情況下，解決蓄電池充放電異常的現象，存在類似問題的變電站可根據實際情況選擇適合的處理方案。

2016-09-28；

2016-12-04。

加根茂(1963—)，男，工程師，主要從事直流設備安裝、運行與維護工作，email：wnjgm@163.com。