李靖 刘东红 金华电业局
[摘 要]变电所蓄电池组的状态是直流系统是否能够正常工作的的根本。本文通过分析日常监测方式中存在的原理性缺陷，提出简单的改进方案，提高蓄电池监测维护的准确性和方便性，及时发现蓄电池组异常情况，提高整组蓄电池的寿命。
[关键词] 蓄电池 监测方式 探讨
变电所正常运行时直流系统的负荷基本稳定，由充电机供电，而蓄电池组做为备用
电源，正常情况下长期处在浮充电状态，时间长了就会造成电池化学能与电能相互转化的活性降低，加速老化而缩短使用寿命，无法达到设计寿命，同时，由于目前监测方式中存在的原理性缺陷，使得电池组损害无法及时的发现，各单位曾发生过因蓄电池组整组性能大幅下降引起的直流异常消失或开关拒动的情况。
1、变电所蓄电池的日常监测方式
变电所蓄电池的日常监测常采用以下几种方式：
1)测量电池组（包括单只电池）的端电压；
2)通过核对性放电判别蓄电池的容量（每年一次左右）；
3)蓄电池输出大电流的特性测试（利用放电模块进行放电试验（每年一次左右）；
目前变电所较多采用了全封闭的“免维护”蓄电池，正常运行情况下，为确保直流系统供电可靠，不允许将蓄电池组从直流系统中断开，日常主要通过直流系统的在线监控系统检测蓄电池组的电压，根据电池电压进行简单比较来判断电池的性能。图1所示为正常浮充状态下在线检测电池电压原理。
图1：正常浮充状态下检测电池电压原理
2、目前监测方式中存在的缺陷分析
蓄电池的失效主要表现为端电压不够、电池开路或内阻明显增大、容量不足或瞬间放电电流不满足负载要求等，最直接的原因为内阻增大，甚至开路。目前的在线检测系统由于检测原理存在一定的缺陷，无法正确的判断出电池是否已经失效。
为便于计算，设充电机浮充时电动势E=230V不变，内阻R=2Ω，正常直流负荷电流Ih=5A不变，单只电池电动势E1=12V，内阻R1=1Ω，共18只电池，电池组实际端电压应为12×18=216V。
1) 电池组正常下，在线检测系统监测得到以下数据：
a) 电池的充电电流
I≈[(E—R×Ih) —E1×18]÷18R1
＝[(230—5×2) —12×18]÷18＝0.22(A)
b)整组电池的端电压：
V2＝E—R×（Ih＋I）
＝230—2×5.22≈220(V)＞216(V)。
c)单只电池的端电压：
V1＝E1＋R1×I
＝12＋1×0.22＝12.22(V)＞12(V)。
可见，此时所测的电压已经不能准确反映电池组本身的性能参数。
2)当其中第K只电池内阻增大至Rk，考虑到电池损坏时,电动势也相应有所变化,设Ek，其他外界参数均保持不变，在这种情况下，在线检测系统监测得到以下数据：
a) 电池的充电电流
I≈[(E—R×Ih)—E1×17－Ek]÷(17R1＋Rk)
＝[(230―5×2)—12×17－Ek]÷(17+ Rk)
＝(16－Ek)/(17+ Rk)＜＜1(A)
b) 整组电池的端电压：
V2＝E—R×（Ih＋I）
＞230—2×(5＋1)=218(V) ＞216(V)。
基本与正常情况一致。
c) 单只电池的端电压：
V1＝Ek＋Rk×I
=Ek+ Rk×(16－Ek)/(17+ Rk)
=(17Ek+16Rk)/(17+ Rk)
3) 当其中2只电池内阻增大至Rk，其他外界参数均保持不变，在这种情况下，在线检测系统监测得到以下数据：
a) 电池的充电电流
I≈[(E—R×Ih)—E1×16－2Ek]÷(16R1＋2Rk)
＝[(230―5×2)—12×16－2Ek]÷(16+ 2Rk)
＝(14－Ek)/(8+ Rk)＜1(A)
b) 整组电池的端电压：
V2＝E—R×（Ih＋I）
＞230—2×(5＋1)=218(V) ＞216(V)。
基本与正常情况一致。
c) 单只电池的端电压：
V1＝Ek＋Rk×I
=Ek+ Rk×(14－Ek)/(8+ Rk)
=（8Ek+14Rk)/(8+ Rk)
4) 当所有电池内阻增大至Rk，考虑到电池损坏时,电动势也相应有所变化,设Ek，其他外界参数均保持不变，在这种情况下，通过在线检测系统监测得到以下数据：
a) 电池的充电电流：
I≈[(E—R×Ih)—Ek×18]÷18Rk)
＝[(230―5×2)—18Ek]÷18Rk
＝(220－18Ek)/18 Rk＜＜1(A)
b) 整组电池的端电压：
V2＝E—R×（Ih＋I）
≈230—2×5=220(V) ＞216(V)。
基本与正常情况一致。
c) 单只电池的端电压：
V1＝Ek＋Rk×I
=Ek+ Rk×(220－18Ek)/18 Rk
=12.22
与正常情况一致。
综上所述，正常浮充情况下在线测量电池端电压的方式，无论电池是否损坏，简单的根据电压降低来判断电池是否损坏，其结果无法保证准确；而且，随着损坏电池数量的增加，其测出的数值越接近正常值，越不容易判断，当整组电池损坏，其数值与正常值完全一致，无法判断。
核对性充放电能较准确的反映蓄电池的容量保持值，但需将电池组脱离直流系统，增大变电所安全风险。规程规定“若发电厂、变电站直流
电源系统只有一组蓄电池时，为了安全起见，运行单位应配置便携式充放电装置，以便于日常维护工作需要；若无备用充放电装置，则不能将运行中的蓄电池组退出运行进行全核对性放电，只允许用I5电流放出其额定容量的50%.......”；同时，由于核对性充放电的周期基本上在一年左右，因此无法及时发现蓄电池组性能下降。
鉴于变电所蓄电池退出直流系统有较大的难度，在部分220kV等重要变电所配备了2组蓄电池组，但由于目前开关等操作机构的改善，弹簧操作机构、液压结构的广泛使用，使直流系统的冲击负荷大大减少，使蓄电池的功效未能充分得以发挥。
3、解决方法之一
根据前面的分析，现将蓄电池组接线增加以下简单回路，利用二极管的单向导通特性，以达到蓄电池短时“准退出”状态，实现不影响直流系统正常运行的同时，进行蓄电池在线测量及放电试验时，准确查找出异常蓄电池。（图2所示为接线改变后的检测原理示意图）
接线改接后，蓄电池组的运行及测量情况：
1) 正常运行时，1合上，2、4断开，与目前的的蓄电池运行状态完全一致，可以满足正常的浮充运行要求。
2) 进行电压测量时，先合上2，再拉开1，由于二极管的单向导通性能，充电机浮充电压略高于蓄电池组电压，无法使二极管反向击穿，使得蓄电池充、放电电流为零，等同于将蓄电池短时退出状态。此时，可以通过测试单只电池及整组电池的端电压，判断电池的电动势是否正常，并判断电压已明显下降的电池已损坏。
3)进行放电试验检测蓄电池大电流放电的能力时，可以将4短时合上，从电流表A中方便的测出放电电流的大小，甚至进行大电流放电试验。由于此方式下的放电试验操作方便，可以适当缩短放电周期，进一步活化电池的性能，达到提高电池组的使用寿命。
4)进行测量或放电过程中，若因充电机故障无法输出直流电压，则直流母线电压将下降，当直流母线电压下降到略低于蓄电池电压时，蓄电池将通过2和二极管3向直流母线供电，保证了直流系统的连续供电。此时，应立即合上1，并断开2恢复蓄电池的正常接线方式运行。
为确保二极管能可靠的阻断测试期间的正常浮充电流，二极管的反向击穿电压应高于充电机均衡充电输出电压与蓄电池组的电压差，并保留一定的裕度；同时，为确保二极管能满足大电流放电的要求，应达到一定的冲击功率要求。
4、结论
经过上述回路改进，可以在不影响直流系统正常状态的同时，方便、准确测得蓄电池组的几个重要参数，包括单只蓄电池和整组蓄电池的端电压、蓄电池组的大电流放电能力，更真实反映蓄电池性能，及时发现蓄电池组中个别电池存在的异常状况；同时，由于操作方便，可以实现对蓄电池进行大电流在线放电，活化电池组性能，有效的延长蓄电池组的使用寿命。若配合目前的“四遥”功能，实现远方检测放电试验。由于解决了蓄电池必须退出测量的困难，可以考虑减少变电所蓄电池组的配置组数，提高了蓄电池组的使用效率。
此外，根据电池内阻、电动势、端电压的关系，若能通过计算出其发展趋势，代替简单的根据电池端电压来判断电池是否损坏，也将是提高检测准确性的重要方法。
参考文献：
1 DL/ T 724- 2000《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》
2 GB/T 13337.1-1991 固定型防酸式铅酸蓄电池技术条件
3 JB/T 5777.4-2000电力系统直流电源设备通用技术条件及安全要求
作者简介：
1、李靖 90年毕业于东南大学，在检修单位从事12现场检修试验，有丰富的现场试验分析和管理经验。调任生产处任副处长，分管变电设备运行、检修、改造等各项生产工作。
2、刘东红 93年毕业于武汉水利电力大学电力系统及其自动化专业，在变电所运行值班10年，有丰富的现场运行经验，现为生产处变电运行专职。
