變電站智能并聯蓄電池系統新技術研究與應用

張大寶，廖 淵

（國網新疆電力有限公司阿克蘇供電公司，新疆 阿克蘇地區 843000）

1 傳統串聯蓄電池組存在的問題

通常，變電站蓄電池組都采用串聯方式，在正常運行期間，蓄電池處于浮充電狀態，實際不帶負載，僅在發生事故導致全站交流系統失電的情況下，蓄電池組才作為變電站的應急電源為設備提供直流電源。若串聯蓄電池組出現故障點，就不能及時提供有效、穩定的直流電源。串聯蓄電池運行方式接線圖如圖1所示。

圖1 串聯蓄電池運行方式接線圖

1.1 單節蓄電池引發蓄電池組整體質量下降

蓄電池組中只要有任何一點出現開路故障，整個蓄電池組將無法向負載供電；連接點松動還可能引起火災事故。

最差的一只蓄電池放電容量等于蓄電池組的實際放電容量。對蓄電池一致性要求高，需要嚴格配組。蓄電池的個體差異會嚴重影響蓄電池的充放電精度，會導致部分電池長期過充或過放的情況，進而導致蓄電池使用壽命大幅下降，因此整組蓄電池組中，單只蓄電池損壞時需整組更換，大量完好蓄電池也隨之更換處理。

1.2 蓄電池組維護不方便

變電站現有直流系統蓄電池不能在線全容量核容，蓄電池不能在線更換。每年由于交流系統失電，改造為蓄電池組提供應急電源的變電站僅為很少一部分，在這很少的一部分當中，因為蓄電池組故障引起的事故仍時有發生。目前，變電站直流系統蓄電池采用串聯形式，存在諸多不利因素。并聯蓄電池組在通訊協議及模塊設計方面的成熟，為解決蓄電池串聯方式下單節蓄電池質量、連接線影響整組電池的可靠性、不能在線更換維護、新舊電池難以匹配、冗余配置不經濟、使用維護成本高等問題提供了有效的手段。國網阿克蘇供電公司與深圳泰昂公司合作，在110 kV朝陽變電站做試點并進行推廣應用。

2 蓄電池并聯模式的應用

110 kV智能變電站直流電源采用并聯蓄電池供電，通過將單只12 V蓄電池與匹配的AC/DC模塊、DC/DC模塊電路及蓄電池充放電管理電路集成設計為間接并聯智能電池模塊，多個電池模塊通過并聯，形成并聯電池系統。蓄電池并聯模式接線圖如圖2所示。

圖2 蓄電池并聯模式接線圖

通過應用并聯蓄電池直流系統發現，其具有以下優勢。

2.1 提高了直流系統的運行可靠性

傳統直流系統蓄電池串聯使用，其蓄電池組的可靠性為：設傳統串聯電池組可靠度為99.9%，108只串聯后的可靠度為（99.9%）108＝89.76%.

故障概率為1－89.76%＝10.24%.

對于并聯蓄電池系統，蓄電池作為并聯使用，直流系統的可靠性為：

設單套蓄電池組件的可靠度為98.9%，每個組件的不可靠度為1.1%，如果有m套組件并聯，則直流系統的可靠度為1－1.1%m.110 kV朝陽變使用8組蓄電池組并聯，則可靠度為1－1.1%8＝99.999 999 999 999 9%≈1.

蓄電池的并聯使用，大大提高了直流供電的可靠性。

2.2 提高電池利用率，節約電池成本

以阿克蘇市為例，全市110 kV及以上變電站近50座，蓄電池組數量58組，保守估計全市每年有3%的蓄電池組因單只蓄電池損壞而需要更換維護。被淘汰的完好的電池數量為58×3%×（104－1）＝179只，使用并聯電池可使蓄電池重新發揮它的余熱。通過蓄電池的并聯使用，可以大幅度地減少蓄電池組中蓄電池的“浪費”。

2.3 實現在線維護模塊，減少工作量

系統可實現本地/遠程控制實時在線全自動核容，降低系統運行維護成本。根據每次蓄電池核容的剩余容量調整模塊蓄電池自動核容頻率，保障直流系統的“心臟”——蓄電池一直處于安全狀態。

2.4 實現電池混用

應用蓄電池并聯模式可實現不同批次、不同廠家新舊電池的混用。

2.5 簡化系統，減少系統故障點

免除硅鏈調壓裝置和蓄電池巡檢設備，減少系統故障點。

2.6 實現直流電源分布式布置

阿克蘇110 kV朝陽變電站于2015-12建成投運，是新一代智能化變電站擴大示范工程，充分體現了“兩型一化”的設計理念。變電一次110 kV電氣設備采用戶外六氟化硫柱式集成式隔離斷路器，集成接地開關、有源式電子電流互感器、電子式電壓互感器，母線采用GIB母線；變電二次采用一體化業務平臺及層次化保護控制系統方案，站內不劃分I，II區，配置一個預制艙式二次組合設備，就地分散布置配電裝置場地。變電站采用交直流一體化電源系統，將站用交流電、通信電源、直流電UPS電源進行一體化設計、一體化配置、一體化監控，直流部分采用并聯智能電池組技術，實現蓄電池組在線維護，提高了變電站運行的可靠性。

3 結論

110 kV變電站直流系統采用220 V電壓，運用并聯智能電池組技術，二次設備預制艙及二次設備公用室分別布置一并聯智能電池組，充電裝置采用智能組件模塊技術，每臺蓄電池配置一套智能組件模塊，減少了蓄電池容量，避免了設備重復配置，優化了接線，精減了屏位，降低了成本，同時提高了直流電源的供電穩定性、可靠性。

參考文獻：

［1］殷建剛，彭豐，楊兵.并聯智能直流電源系統在某110 kV變電站中的應用［J］.湖北電力，2014，38（4）：36-39.

［2］羅秋宇.智能變電站交直流一體化電源系統的分析及其應用［J］.電壓技術應用，2012（10）：72-73.