一、引言

在電力系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)高度發(fā)達(dá)的社會，為避免電力異常帶來的服務(wù)中斷，除盡可能提高供電系統(tǒng)可靠性外，在很多場合都使用蓄電池來提供不間斷電源供應(yīng)，避免意外停電帶來的影響，在電力系統(tǒng)內(nèi)部的直流供電系統(tǒng)中更是大量使用蓄電池。

電力系統(tǒng)中使用最多的蓄電池是閥控鉛酸蓄電池(ValveRegulatedLeadAcidBattery—下面簡稱VRLAB)，它也是目前最為廣泛應(yīng)用的蓄電池。

VRLAB采用了陰極吸收技術(shù)，因而在運(yùn)行中無需加水維護(hù)，在進(jìn)入市場的初期，VRLAB被稱為“免維護(hù)”電池，而且宣稱使用壽命可達(dá)到10-15年。VRLAB的出現(xiàn)給整個(gè)蓄電池行業(yè)帶來了一場革命，引發(fā)各行各業(yè)特別是電力與通信行業(yè)對VRLA電池的巨大需求。

在經(jīng)過十年多的VRLAB的大量應(yīng)用過程中，VRLAB顯露了一些缺點(diǎn)，其使用壽命并沒有達(dá)到人們的預(yù)期。有關(guān)資料表明，VRLAB在使用3-4年后，很大一部分電池組就難以通過容量檢測，少數(shù)能超過6年。在實(shí)際使用中，只有很少用戶能夠真正具備條件定期檢查蓄電池并對蓄電池作定期容量測試，很多情況下是在市電停電后才發(fā)現(xiàn)蓄電池?fù)p壞或放電容量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，因此造成的停電損失巨大。

海南電網(wǎng)海口供電局下屬變電站中分布了各類VRLAB兩萬多節(jié)。在實(shí)際的使用過程中，很多蓄電池在使用了4-5年后都不能通過核對性容量放電。為了提高海口供電局維護(hù)蓄電池的能力，有效延長蓄電池的使用壽命。海口供電局于2009年1月在下轄220kV變電站采用了由鼎爾特公司開發(fā)的DLT_B8500型蓄電池故障預(yù)警裝置，幫助維護(hù)人員掌握蓄電池的性能情況，及時(shí)更換落后蓄電池。

二、測量原理

測量閥控鉛酸蓄電池端電壓無法反映電池的實(shí)際容量特性，而通過測量內(nèi)阻能夠立即判斷嚴(yán)重失效的電池或存在連接問題的電池,給出報(bào)警信息。阻抗分析是電化學(xué)研究中的常用方法，是電池性能研究和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的必要手段。

備用場合使用的VRLAB一般容量很大，在幾十到數(shù)千安時(shí)，電池的內(nèi)阻值很小，隨電池容量的增大，內(nèi)阻減小，例如3000Ah的電池，其內(nèi)阻值一般在30-50微歐。由于阻值低，電池正負(fù)極輸出直流電壓，要準(zhǔn)確測量內(nèi)阻是有一定難度的，尤其是在線測量時(shí)電池端存在充電紋波和負(fù)載變動時(shí)的動態(tài)變化。采用交變頻譜法測量有效的解決了由于充電機(jī)紋波和負(fù)載變動造成的測量不準(zhǔn)的問題。

當(dāng)使用受控電流時(shí)，ΔI=ImaxSin(2πft),產(chǎn)生的電壓響應(yīng)為：

ΔV=VmaxSin(2πft+φ)

若使用受控電壓激勵(lì)，ΔV=VmaxSin(2πft),產(chǎn)生的電流響應(yīng)為：

ΔI=VmaxSin(2πft-φ)

兩種情況的阻抗均為：

即阻抗是與頻率有關(guān)的復(fù)阻抗，其模|Z|=Vmax/Imax,相角為φ。

從理論上講，向電池饋入一個(gè)交流電流信號，測量由此信號產(chǎn)生的電壓變化即可測得電池的內(nèi)阻。

R=Vav/Iav

式中Vav----為檢測到交流信號的平均值;

Iav----為饋入交流信號的平均值

在實(shí)際使用中，由于饋入信號的幅值有限，電池的內(nèi)阻在微歐或毫歐級，因此，產(chǎn)生的電壓變化幅值也在微歐級，信號容易受到干擾。尤其是在線測量時(shí)，受到的影響更大，采用基于數(shù)字濾波器的內(nèi)阻測量技術(shù)和同步檢波方法可以部分克服外界干擾，獲得比較穩(wěn)定的內(nèi)阻數(shù)據(jù)。

同步檢波方法電路結(jié)構(gòu)簡單，由時(shí)鐘觸發(fā)同步激勵(lì)信號和檢波電路的相位。

從測量準(zhǔn)確度和測量方法上來說，此法不僅可以準(zhǔn)確測量出蓄電池的歐姆電阻，而且還可以測量出蓄電池的極化電阻，客觀的反應(yīng)了蓄電池的容量和壽命的綜合指標(biāo)，是國際上認(rèn)可的方法。

裝置由控制單元、檢測模塊、內(nèi)阻模塊、相關(guān)軟件和輔助部件構(gòu)成，一個(gè)控制單元可接入多個(gè)檢測模塊，完成對不同只數(shù)和不同電壓規(guī)格的蓄電池組的監(jiān)測管理。

控制單元，用于數(shù)據(jù)傳輸、處理和人機(jī)界面操作，具有遠(yuǎn)程(集中)管理RS-485(RS-232)接口、檢測模塊控制口、操作鍵盤、漢化(或英文，因規(guī)格型號而異)顯示面板、聲光報(bào)警及報(bào)警輸出接點(diǎn)。控制單元實(shí)時(shí)顯示電池?cái)?shù)據(jù)，智能分析數(shù)據(jù)，對異常的電池運(yùn)行情況進(jìn)行及時(shí)報(bào)警。

通過總線結(jié)構(gòu)控制檢測模塊工作，收集檢測模塊采集的數(shù)據(jù)，本單元對發(fā)生的事件進(jìn)行判斷處理并發(fā)出聲光報(bào)警，完成數(shù)據(jù)的信號、存儲和查詢功能，這些功能供運(yùn)行人員進(jìn)行現(xiàn)場事件處理使用。

檢測單元，完成數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)傳給控制模塊。高精度、高時(shí)效的數(shù)據(jù)采集模塊采用模塊化設(shè)計(jì)方案，兼顧了專用化與通用化原則，配置靈活，根據(jù)采樣點(diǎn)種類及規(guī)模的需求，各個(gè)模塊可單獨(dú)使用，亦可自由組合，能適應(yīng)不同的監(jiān)測場合。

內(nèi)阻單元，在需要進(jìn)行內(nèi)阻檢測的場合，內(nèi)阻模塊與檢測模塊配合使用。

內(nèi)阻模塊與系統(tǒng)的分布式結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，接受檢測模塊的調(diào)度。它發(fā)出對電池組的激勵(lì)信號，由于使用了特殊的技術(shù)進(jìn)行激勵(lì)，不會對在線運(yùn)行的設(shè)備造成任何不利影響。

四、實(shí)施方案

本次應(yīng)用選擇了海口供電局下屬的永莊220kV變電站的2組蓄電池組，每節(jié)電池標(biāo)稱電壓為2V，標(biāo)稱容量為300AH。每組合計(jì)108節(jié)電池。

每兩組電池配用了一個(gè)控制單元，每一組電池配用三個(gè)檢測單元和一個(gè)內(nèi)阻單元。由于每個(gè)檢測單元可以采集的電池?cái)?shù)量最多可達(dá)36節(jié)，所以配置了三個(gè)檢測單元。在檢修所里，放置了一臺服務(wù)器。

服務(wù)器內(nèi)裝有后臺數(shù)據(jù)采樣服務(wù)程序，只要服務(wù)器打開，就能夠?qū)崟r(shí)的把安裝在現(xiàn)場的DLT_B8500型蓄電池壽命及故障預(yù)警裝置采集到的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳到服務(wù)器中，服務(wù)器再把每次遠(yuǎn)傳的數(shù)據(jù)存入后臺數(shù)據(jù)庫中，以備后期維護(hù)時(shí)調(diào)用查看。

同時(shí)在服務(wù)器中還安裝了前臺監(jiān)測軟件，可以實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行主畫面、圖形數(shù)據(jù)等窗口完成對蓄電池的監(jiān)視。能實(shí)時(shí)查看到蓄電池組的運(yùn)行參數(shù)和性能參數(shù)，有異常現(xiàn)象時(shí)實(shí)時(shí)顯示蓄電池的報(bào)警類型。另外，還具有蓄電池性能及測試數(shù)據(jù)分析功能，直觀地了解蓄電池的性能變化狀況，便于更好地對蓄電池的變化趨勢作出準(zhǔn)確的預(yù)測。

放電數(shù)據(jù)分析功能具有對蓄電池放電過程的電壓等數(shù)據(jù)記錄功能，形成每個(gè)蓄電池的放電曲線，利用放電曲線可以更精確地分析了解蓄電池的性能狀況。不用到現(xiàn)場就能夠及時(shí)準(zhǔn)確的了解到蓄電池的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)。

五、現(xiàn)場試驗(yàn)

經(jīng)過對變電站蓄電池各種參數(shù)數(shù)據(jù)的收集，我們可以實(shí)時(shí)掌握蓄電池的性能狀態(tài)。

蓄電池處于不同的狀態(tài)，其內(nèi)阻值也是有差異的。

電池進(jìn)入放電狀態(tài)后，內(nèi)阻由浮充狀態(tài)的值下降到某穩(wěn)定值，此數(shù)值在電池放電的平臺期穩(wěn)定上升，放電容量達(dá)到80%后，內(nèi)阻急劇上升。轉(zhuǎn)入充電后，內(nèi)阻很快恢復(fù)到正常數(shù)值。

蓄電池的不同失效模式反映在內(nèi)阻變化的幅值并不一樣。為此找了2只原先使用的不同劣化程度的電池和1只新電池做了對比試驗(yàn)，圖7是不同劣化模式下的電池放電曲線。通過對比試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)不同劣化程度蓄電池內(nèi)阻的變化幅度。從輸出容量的大小排列，依次為新電池、極板腐蝕后電池、失水后電池。

六、結(jié)論

1)電池的運(yùn)行參數(shù)主要受充電機(jī)的控制，尤其是電池的浮充電壓，直接影響電池的浮充使用壽命。世界最好的電池也不能長期工作在偏高(或偏低)的浮充電壓下。浮充電壓的測量要求對精度要求非常高。綜合分析能夠發(fā)現(xiàn)電池組運(yùn)行中發(fā)生的超越電池參數(shù)極限的事件，這些事件包括：充電電流過大、放電電流過大、電池組浮充電壓高、電池組浮充電壓低、電池組過放電、單電池浮充電壓高、單電池浮充電壓低、單電池過放電。通過技術(shù)改造，避免了以后維護(hù)不當(dāng)造成的蓄電池性能衰減的情況發(fā)生。

2)電池監(jiān)測除發(fā)現(xiàn)電池的運(yùn)行條件異常外，最重要的是要及時(shí)預(yù)報(bào)電池失效。在線測量每個(gè)單電池的內(nèi)阻是現(xiàn)代蓄電池檢測技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)，測量準(zhǔn)確度直接關(guān)系到分析的準(zhǔn)確度。內(nèi)阻的變化可以當(dāng)作電池性能或者說容量變化的指示。明顯的內(nèi)阻變化表明蓄電池有大的性能改變，但這個(gè)變化幅度可能跟不同廠家的電池有關(guān)。針對試驗(yàn)研究的結(jié)果，我局目前將蓄電池內(nèi)阻變化率超過平均值20%后，即納入重點(diǎn)檢查范圍。

3)通過全面研究蓄電池運(yùn)行特點(diǎn)，并具備了有效監(jiān)測包括單電池內(nèi)阻在內(nèi)的電池組運(yùn)行數(shù)據(jù)后，在國家相關(guān)電氣設(shè)備運(yùn)行管理規(guī)程的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對現(xiàn)有直流蓄電池運(yùn)行管理規(guī)程進(jìn)行修訂和落實(shí)，是真正提高電網(wǎng)直流系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的制度保證。