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变电站蓄电池状态监测及火灾防控技术研究

发表时间：2020/7/21 来源：《电力设备》2020年第8期作者：王福生

[导读] 摘要：现阶段，我国的各行各业的发展迅速，随着电力通信网的扩大，蓄电池组数量急剧增加，同时电网的运行又要求蓄电池组进行精细化运维管理，导致运维人员承担的通信系统维护工作急剧增大，难以做到对每一组蓄电池的最佳维护。

        (国网山东省电力公司嘉祥县供电公司山东省嘉祥县 272400)
        摘要：现阶段，我国的各行各业的发展迅速，随着电力通信网的扩大，蓄电池组数量急剧增加，同时电网的运行又要求蓄电池组进行精细化运维管理，导致运维人员承担的通信系统维护工作急剧增大，难以做到对每一组蓄电池的最佳维护。若通信电源系统存在隐患，一旦交流系统故障，维护人员无法迅速到达现场进行维护抢修，通信设备将面临停运风险，将对电网的安全稳定运行造成恶劣影响。
        关键词：变电站蓄电池；状态监测；火灾防控技术
        引言
        新时期下，电力成为了人们社会生活中不可或缺的重要资源，为人们的生产、生活均带来了极大便利，大量研究表明，供电质量的高低不仅将直接影响到人们生活质量的高低，同时也将影响到一个地区经济发展稳定性的高低。而供电质量主要受变电设备的运行状态的影响，进一步的，变电设备的运行状态又主要受变电站蓄电池的运行与维护工作的影响，由此可见，为全面提升供电质量、保证供电稳定性，就需要给予变电站蓄电池的检修和管理工作以充分的重视。
        1变电站蓄电池的运行原理
        阀控密封铅酸蓄电池，简称短蓄电池，在我国已推广10多年。由于体积小、重量轻、自放力小、寿命长、安装方便、维护工作少、对环境无腐蚀等优点而在电力系统中得到广泛应用。从一开始，制造商就把阀控式铅酸蓄电池称为免维护电池，并承诺电池的使用寿命为10？20年，根据铅酸蓄电池中电解质的存在，可将其分为开式（富液）和阀式（稀液）两种类型。阀控铅酸蓄电池的原理是气体复合，即正极产生的氧气通过电池隔膜中的孔隙（或胶体中的裂缝），与负极活性物质反应，稀硫酸后变成水，同时负极板部分处于放电状态，从而抑制了氢气的产生，只要正极板中的氧气速度不超过负极板对氧气的吸收速度，电池中就不会有多余的气体，电池中的水也不会流失，而且密封可以密封。在使用电池的过程中，总是有少量不能重新组合的气体，为了防止电池内部压力过大，在电池盖上安装一个单向阀，以消除电池内部多余的气体，这就是所谓的阀门控制。
        2实施蓄电池集中监控管理的背景
        阀控式铅酸蓄电池以其体积小，自放电少，维护少，寿命长等特点，在变电站中得到广泛的应用。在交流失电的情况下，蓄电池是作为直流不全停的最后一道保护线，因此蓄电池在电力系统中的地位显得尤为重要。在实际应用的过程中，由于受到深度放电、充电不足以及不及时充电等众多因素的影响，蓄电池的电极往往过早地被硫酸盐化，进而发生蓄电池容量下降速度过快，蓄电池使用寿命缩短等严重问题。众所周知，传统的人工测量方式操作上相对比较困难，成本高，周期过长，效果也并不是很明显，并且很重要的是不能及时发现故障，由此还可能会造成重大事故。另外，很多变电站的地理位置比较分散，且无人看守。但是，通常情况站内蓄电池数量庞大，蓄电池一直是电力监控系统的盲点，因此，变电站走向智能集中控制是其综合自动化发展的必然趋势。现在，随着电力系统通信网的不断发展，变电站已经具备较多的通信资源，可以实现网络化蓄电池集中在线监测，利用电力系统数据通信网对分散的变电站蓄电池组在线监测，并及时发现坏损的电池，对其进行远程修护操作，以保证电力系统的安全稳定运行。
        3蓄电池在线核容技术的发展
        3.1纯电阻式负载在线放电
        最早期的蓄电池在线容量核对设备采用放电切换控制电路将蓄电池组脱离电源系统后，通过PTC负载或调阻式负载进行放电。纯电阻式负载放电方式结构简单，技术含量低，价格便宜，工作可靠，但是其缺点也非常明显：（1）蓄电池在放电过程中，端电压不断降低，简单的纯电阻通断调控难以做到恒流放电，从而不能准确测量蓄电池的容量。部分放电机采用PWM控制来进行电流控制，会出现较大的反峰电压，对蓄电池产生较大的影响。

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（2）放电环境恶劣，电阻丝在发热过程中温度较高，存在较大的火灾隐患，且电阻以发热形式释放，会造成放电室温度升高。以48V/500AH蓄电池组计算，核对行放电时的功率达2.5kW，如此大的热能耗散也是一个非常大的问题。（3）发热负载放电机的体积通常非常庞大。（4）电能被消耗，造成了能量的浪费。此类设备在实际应用时，仍然需要人工现场操作及值守，不具备无人值守的条件。
        3.2在线负荷评估式放电
        将通信直流电压调低至设定阈值（如-48V），让蓄电池组直接对本地负荷进行供电损耗电能直至蓄电池组电压低至设定阈值。在线负荷评估式放电虽然工作量少，由于采用实际负荷进行，往往放电电流随着电压逐渐降低而增大，无法对蓄电池组的健康程度进行定量评估。
        3.3DC/AC逆变并网式在线放电
        应用逆变并网模块作为电源系统蓄电池的放电单元，将蓄电池电能回馈至电网，效率可达90%以上。逆变并网模块与在线控制模块构成的远程逆变并网放电系统使蓄电池始终与直流屏的直流母线保持连接。在对蓄电池进行核容放电试验时，直流母线由整流屏供电，蓄电池向电网回馈电能；当整流屏输出故障或交流停电时，能够自动停止核容试验，将蓄电池立即接入直流母线，保证母线供电不中断。逆变并网核容技术节能环保，同时解决了发热负载放电存在的过热安全隐患，但是由于需要接入交流，与其他方式相比系统接线相对复杂，增加了施工过程中的安全风险。
        3.4完善镍镉蓄电池的运行和维护
        镍铬电池可分为中速电池和高速电池两种，其中瞬时放电电流约为电池额定值的1？3倍，高速电池的瞬时放电电流约为3-6倍的电池额定值。监测端电压和浮充电流主要用于监测镍镉电池。具体参数包括电压值，电解液的比例，电池的内阻以及电解液的温度。充电模式通常采用I5恒流，电池需要充电5？7小时才能实现电压稳定。在快速充电的方式中，主要选择是使用2.5I5恒流充电，一般需要2个小时左右，在放电过程中，I5恒流用于连续放电，这是电池组正常放电的方式。当电池电压降至1VxN时，电池组将停止放电。因此应用过程中应避免过量放电，造成电池损耗的发生并影响其回收利用效果：当放电时间大于5小时时，表示电池的电容量符合规定的要求。镍镉电池有其优点，但它也有其独特的特点，在每个镍镉电池的一侧，都有很多电解液。在电池浮充的过程中，电解液应在中线以上。当电解液的比重较低时，需要加入蒸馏水以确保液位达到要求。
        结语
        蓄电池在线监测诊断系统应具备以下功能：适时监测、报告单体蓄电池的电压、温度及内阻；完全在线的内阻测量，测试过程无需放电和断电；第一时间捕捉、报告单体蓄电池劣化状态；放电状态下实现自动连续捕捉、记录放电数据；完善的数据分析，智能化的蓄电池报告；可以检测单个电池的温度，预防火灾，指导用户及时改善蓄电池工作环境；独特的双耳四线制接线设计，确保监测数据的精确度；采用脉冲电流放电法测量内阻，安全且对蓄电池不易造成伤害；分布式安装，传感器与蓄电池一一对应，现场布线简单；减少了蓄电池至控制器的长长连接线，杜绝了采集信号干扰及准确度；测量的数据可靠，抗干扰能力强；采用环形通信链接，提高了系统的可靠性。
        参考文献：
        [1]伍剑辉.变电站蓄电池运行维护管理[J].中国房地产业，2018（35）：296，298.
        [2]吴海霞.变电站蓄电池在线维护技术研究[J].中国科技纵横，2019（3）：130-131.
        [3]李恒.浅析变电站直流蓄电池的运行与维护[J].科技信息（科学教研），2007（35）.
        [4]芦秀岩，黄明，周宇曦.变电站蓄电池日常维护及应急处置探讨[J].科技创新与应用，2016（35）：235.