高頻開關通信電源對蓄電池的影響

摘要：電力通信系統的蓄電池有著多樣的維護方法，但這些方法都無法判斷蓄電池的運行容量變化。能夠影響蓄電池運行的因素眾多，開關電源是其中之一。通過應用效果可以得出對蓄電池進行智能管理能夠有效提升蓄電池的性能水平，蓄電池在網絡運行過程中的不同階段，開關電源充電調整能夠有效提升電池組的整體性能，有效延長蓄電池的應用年限。文章對電力通信蓄電池運維現狀進行了闡述，以此為基礎對開關電源充電參數設置優化進行了分析，對蓄電池的參數調整和應用效果進行了總結。

關鍵詞：電力通信蓄電池；高頻開關電源；維護優化

中圖分類號：TN86文獻標志碼：A

0 引言

直流電源電力系統的重要動力，也是變電站穩定運行的基礎，能夠確保通信、繼保、照明和控制系統的穩定運行。其中蓄電池作為直流電源的保障被廣泛應用在電力系統，蓄電池對設備的穩定運行能夠起到保障作用［1-2］。高頻開關通信電源對蓄電池的維護工作至關重要［3］。

1 電力通信蓄電池運維現狀

1.1 通信蓄電池的供電方式

通信設備供電方式主要包括：（1）直流分屏轉換直流電給通信設備進行供電，蓄電池應用在220 V上，-48 V沒有。這種狀態下的蓄電池并不能作為通信設備的后備電源；（2）高頻開關電源轉化直流電，380 V轉-48 V，用熔絲連接蓄電池和直流母排。

通常情況下，110 kV以下（含110 kV）的變電站會采用兩組蓄電池的形式，220 kV及以上的變電站與通信電源的數量增長呈正比。站內交流電失效后高頻開關電源下連接的蓄電池就會成為后備電源，蓄電池的容量能夠對站內的自動化、電話等業務運行情況造成直接影響，現存容量能夠為搶修提供有效支援。蓄電池現存容量能夠被多項因素影響，包括電壓離散值、內阻、運行溫度等，外部的影響因素包括放電的深度、均充和浮充的情況以及外環境的溫度等。

1.2 通信蓄電池的主要運維方法

1.2.1 定期均充

這種方法能夠有效避免蓄電池因長期處于浮充的狀態而出現失活的情況，采用高頻開關電源自動進行定期均充，單組的通信系統蓄電池通常為24節電池串聯的形式，由此可以得出單組浮充電壓大概在53.5 V左右。通過在高頻開關的電源上對蓄電池浮充和均充的電壓和周期進行設置，確保系統的穩定運行。

1.2.2 在線測量

這種測量方法主要為人工現場測量，測量蓄電池的端電壓和內阻，從外觀來觀察蓄電池是否存在破損、漏液、腫脹。對各個蓄電池的內阻和端電壓進行測量對比，能夠有效檢測出蓄電池的容量是否存在變化，蓄電池外觀也能夠反映其運行的詳細情況。

1.2.3 充放電試驗

這種維護方法最常見，斷開蓄電池與直流母線后進行放電，放電量為蓄電池總容量的10%，放電時間可以結合實際情況來進行設置。如果是核對性的充放電，可以將放電時間控制在1 h；如果是全容量放電，則可以將放電時間控制在10 h。為確保放電深度不會對電池造成損傷，終止電壓設置在1.8 V，共24節電池，因此總終止電壓設置在43.2 V，放電周期為一年一次。采用放電儀對蓄電池放電的電壓、電流以及溫度進行實時監測。

1.2.4 蓄電池性能判斷

通過實時監測系統能夠對蓄電池組進行全面的維護、診斷以及功能分析；能夠通過曲線、表格、柱狀圖等形式對電池的電流、電壓、容量、溫度進行顯示，也能夠對其功能、內阻、均差和平均電壓進行顯示；通過直流放電負載的串聯，能夠根據不同時間段的電壓值和電流值變化，進行電池內阻的測試，進而判斷極板是否出現斷裂或者脫落的情況。采用遠程形式對放電的容量和電流進行合理設置，自動調整現場的放電負載，測試蓄電池組的容量和功能。將每節蓄電池的實際內阻、浮充電壓、均電壓差和電壓離散性參數輸入計算機，通過人工神經網絡算法對蓄電池容量進行估算，通過智能建模分析電池組的性能。預期分析效果如圖1所示，通過人工智能模型對蓄電池的變化情況進行在線分析，對性能及容量進行預測，為蓄電池的檢修和維護提供參考。

1.3 運維方法存在的問題

實際運行過程中，蓄電池因制作工藝及運行環境存在著影響，同組蓄電池即使單體運行過程中也會有一定的差異性，高頻開關電源控制自動均充只能夠控制整組蓄電池，無法對單體進行有針對性的均充。在線測量可以結合蓄電池的端電壓實際分布情況和內阻來預判蓄電池容量。在線測量以及巡檢的方法只能夠發現已經出現的問題，無法對問題進行預估，這樣就存在著一定的局限性。通過蓄電池充放電試驗，能夠有效檢測蓄電池的現容量并且活化電池，但這種形式的檢測，需要專業水平較高的檢修人員保持持續

觀察電池，避免斷電、接電時出現短路或者觸電的情況。檢修人員需要對放電情況進行實時觀察，并且對運行過程中出現的問題進行及時處理。這樣就導致人力成本和時間成本有較大的消耗，嚴重拉低其他工作效率。

因電源機房的影響，蓄電池充電極容易出現析氣和過充的情況，導致充電效率降低、電池容量耗損以及電池壽命縮短等。我國現階段大部分采用恒壓開關電源，確保電池充電過程中電源電壓始終為恒定電壓。雖然恒壓的充電效率很快，但初期電流較大，會影響到蓄電池的應用年限，且極易造成極板彎曲變形的情況，影響電池的使用，甚至會導致電池報廢。因此，使用恒壓進行充電時，需要注意電壓是否適當。電壓過高，會導致電流過大，影響電池壽命；電壓過低，會過早停止充電，造成充電不足的情況。

2 開關電源充電參數設置優化分析

2.1 浮充原理

通過蓄電池并聯整流器的形式進行負載供電，正常運行時，交流電會整合負載電流進行同時供電，交流電停止運行后，蓄電池會開始運行，因此蓄電池始終處于有電的狀態，蓄電池的供電公式為：

式（1）中，Ic代表蓄電池充電的電流，因蓄電池始終處于浮充的狀態，則E2和r02基本不變；Q代表蓄電池組額定的容量；r%代表蓄電池一晝夜內的自放電在額定容量中的占比。由此可以得出：

通過式（2）能夠得出浮充電壓的大小應當結合蓄電池的現容量和放電量設定，尤其是密封性的蓄電池，通常不具備較大的放電量，浮充電壓不需要很高。通常機房的負載電流控制在40～50 A，規格為300 AH的蓄電池通常放電時間在2～4 h，因此浮充電壓的設置應當按照24 h的自放電量和充放電效率來進行制定，如有特殊情況可以對浮充電壓臨時提升0.2～0.5 V。

2.2 蓄電池與溫度的關系

蓄電池受到溫度的影響，電解液與內阻也會發生變化。周圍環境溫度如果低于25 ℃，就會存在明顯的內阻變化。應用蓄電池前，需要結合實際情況對蓄電池的內阻值進行修正，結合周邊環境的溫度對內阻溫度進行調整，蓄電池如果經過長時間的放電，則需要進行再次充電。周圍溫度在25 ℃的條件下，蓄電池的電壓值通常在2.27±0.02 V左右，充電時間持續16～20 h即可，如果并非標準溫度條件，則電容量的溫度計算公式為：

式（3）中，t代表放電時的環境溫度℃；K為溫度系數；10 h率容量試驗時K=0.006 9/℃；3 h率容量試驗時K=0.003 9/℃；1 h率容量試驗時K=0.019/℃；Ce代表25 ℃溫度下電池的標稱容量值。從公式中能夠看出環境溫度如果遠遠低于25 ℃，閥控電池的浮充如果保持在2.27 V，就會出現充電不足的情況。如果溫度遠遠高于25 ℃，閥控電池的浮充如果保持在2.27 V，就會出現過充的情況。淺放電的狀態下，蓄電池在25 ℃的條件下以2.27 V運行一段時間后，能夠對能量進行補充。深度放電的狀態下，蓄電池的電壓設定應當控制在2.35～2.40 V（25 ℃），限流點的設定在0.1 C補充容量之后進行正常浮充運行的轉入。機房通常溫度處于5～35 ℃，溫度變化為5 ℃，則蓄電池就會產生變化，對充電電壓的調整通常為±0.02 V，不同溫度狀態下的電池充電電壓具體如表1所示。

2.3 蓄電池的參數調整

蓄電池參數調整主要包括：蓄電池廠家所提供的浮充電壓值需要結合機房的實際情況進行調整設定，將浮充電壓總值提升到54.2～54.5 V；淺放電的狀態下蓄電池處于25 ℃狀態下的浮充電壓值通常為54.48 V，深度放電的狀態下電池充電的電壓可以設置在56.4～57.6 V（25 ℃），限流點設為0.1 C，容量補充一段時間后再轉入正常浮充即可。蓄電池初期極易出現容量虧損的情況，這時就要提升浮充的電壓和限流值，采用大電流來活化硫化的極板。因電池系統的浮充電壓值受到溫度的影響，需要結合電池使用的溫度環境來對充電的電壓值進行及時的修正，通常每年可以調整2～4次。

3 應用效果分析

某供電公司通信分公司通過高頻開關通信系統進行蓄電池管理，具體內容為：通過信息技術監管蓄電池的各項數據，將相關參數和監測數據與通信調度工作進行合并，對蓄電池的各項指標和參數進行密切監控，對蓄電池容量的變化進行有效預測，結合實際運行情況，采用高頻開關通信系統對蓄電池進行自動充電調整。采用高頻開關通信系統進行蓄電池的自動化充電和維護，在線監控運行中的各種問題及時提出警報，對蓄電池的性能數據進行運行日志的系統備份，提升監測和預警的整體水平，為蓄電池的維修和管理打下良好的基礎。結合各項指標對電源進行監測，整合檢修人員團隊，抽調更加熟悉工作現場和具有優良專業素質的員工組成專題小組。在完成日常檢修的同時也要對各類數據進行匯總，制定年度檢修計劃，分別進行在線檢修和離線檢修的充分分析和研究，對蓄電池的各項試驗結果相關數據進行匯總，對蓄電池容量進行有效校核，對整體工作進行智能化管理。

做好以上的工作后，對電源進行精細化管控，項目相關人員應當及時與電源運維專題小組和通信調度小組進行溝通和信息共享，項目管理人員應當定期下發電源管理要求，并對專題小組的蓄電池運行狀態報告進行接收和分析研究，通過報告提供的數據，進一步改進電源技術以及促進檢修項目的立項儲備和落地，進行科學完善方案的制定，同時也要處理好老舊電池報廢的工作，真正實現直流電源的智能化管理，進一步提升蓄電池檢修維護的有效性和針對性，結合系統的容量預測進行有針對性的放電。同時也可以實現遠程蓄電池充放電自動控制，減少檢修人員的工作難度和安全風險系數，最大限度節約人工與時間的成本，提升整體工作效率。

另外，某公司通過高頻開關通信系統，結合現有的電池運維資料，對蓄電池性能進行了提升，連同相關的站點進行了共同的對比和分析。針對A、B、C 3個變電站現階段采用的通信蓄電池，進行充電控制情況的對比以及研究，對優化管理有效性進行驗證。這3個站點的蓄電池位于具有獨立性的機房當中，運行的環境溫度始終處于25℃。其中，A站和B站采用了相同型號的蓄電池，A站安裝了在線監控系統，投運的時間和蓄電池容量也主要以A站為準。C站為使用時間較長的蓄電池，容量方面與A站和B站有一定的差異性。將這3個站點的蓄電池放電過程中的內阻值和整組電壓進行對比分析，能夠得出高頻開關通信系統能夠有效提升蓄電池的性能。通過內阻值和電壓的對比能夠看出，在容量均能夠滿足運行要求的情況下，A站的蓄電池電壓高于B站的蓄電池電壓，C站的蓄電池電壓始終處于較低的狀態。3個站點的內阻值進行對比，能夠看出A站的蓄電池無論整體還是單節都小于其他站點。因內阻值和電壓能夠共同對電池容量進行影響，因此可以得出，采用高頻開關通信系統能夠提升蓄電池的活性。

4 結語

本文從實驗開始對電源的參數進行了科學的調整，對蓄電池進行了有效的在線修復，通過一段時間的參數調整和修復，極大程度延長了蓄電池的放電時間。由此可以證明，蓄電池采用高頻開關通信系統能夠有效提升自身性能和運行穩定性。對開關電源的充電參數進行調整，能夠有效恢復蓄電池的電容量，基本滿足蓄電池的放電需求，有效延長蓄電池的使用年限。這項技術可以廣泛應用在通信設備蓄電池方面，促進我國供電行業的可持續發展。

參考文獻

［1］劉亨杰，白文斌，石靖.高原低溫環境對電站蓄電池的性能影響及對策研究［J］.移動電源與車輛，2021（3）：40-42，4.

［2］孫活，楊倫軍.高壓直流通信電源中高頻開關整流模塊的研究［J］.電子測試，2021（1）：83-84.

［3］劉志剛.高頻開關通信電源系統的組成及維護分析［J］.科學大眾，2021（6）：109-110.

Influence of high frequency switching communication power supply on battery

ChenDongxiu， ZhaoYu

（Zhenjiang Power Supply Branch of State Grid Jiangsu Electric Power Co.， Ltd.， Zhenjiang 212001， China）

Abstract：There are various maintenance methods for batteries in power communication systems， but none of these methods can determine the operating capacity changes of batteries. There are many factors that can affect the operation of batteries， and switching power supply is one of them. Through the application effect， it can be concluded that intelligent management of batteries can effectively improve the performance level of batteries. The adjustment of switching power supply charging at different stages of network operation can effectively improve the overall performance of battery packs and extend the application life of batteries. This article elaborates on the current status of power communication battery operation and maintenance， analyzes the optimization of switching power supply charging parameters， and summarizes the parameter adjustment and application effects of the battery.

Key words： power communication battery; high frequency switching power supply; maintenance optimization