摘要：据统计，变电站直流系统蓄电池造成的停电事故约为每五年至少一次。传统监测多是在蓄电池性能已经严重下降后，才能发现问题，这对变电站的安全运行构成威胁。面对蓄电池维护成本高、工作量大和效果不理想等问题，研究在线监测技术势在必行。文章首先介绍了蓄电池工作状态中的问题，评价了国内外现有的对于蓄电池状态监测技术，最后对全文进行了总结。
关键词：蓄电池状态监测；VRLA；二次电压法；交流信号注入法
0 引言
为了给变电站中的直流用电负荷供电，变电站都架设有由蓄电池作为电源的直流系统。直流系统中的用电负荷对于变电站极为重要，同时它们对供电的可靠性要求很高。直流系统的可靠性是保障变电站安全运行的决定性条件之一，而直流系统中的蓄电池作为主要的后备电源在直流系统中有着重要作用。
目前，变电站用蓄电池大都应用的是“免维护电池”[即阀控密封铅酸蓄电池（VRLA）]，其实“免维护”的概念只是指蓄电池使用过程中无需加水、加酸、换液等维护操作，而变电站对蓄电池状态的检测也仅仅是测量蓄电池组的浮充电压、电流和环境温度等，无法准确测量出蓄电池的真实容量，预测蓄电池的寿命，而且当蓄电池长时间使用后，会出现容量、放电性能下降等问题，而传统的放电维护操作无法真正达到维护蓄电池的目的，这就使得阀控密封铅酸蓄电池组的运行存在着很多安全隐患，严重影响到直流系统的安全运行。针对种种隐患和弊端，蓄电池直流系统需要一套智能在线监测蓄电池状态的装置，在不影响直流系统正常工作的条件下，使蓄电池的实时状态得到更加精确的反映。
1 实现蓄电池状态监测的要求
相比于传统的人工蓄电池监测方法，远程监测节约了维护人员的工作成本，降低了人身伤害事故发生的几率；通过对蓄电池基本状态量的实时监测，能够在预设的评价体系下对于蓄电池的维护时机给出合适建议，监测手段先进、便捷；能在发现性能严重下降的蓄电池后，及时地提醒维护人员对蓄电池进行维护，有效的提高蓄电池的性能，提高了供电系统的安全性和可靠性。
2 蓄电池状态监测技术
阀控式铅酸蓄电池于20世纪70年代诞生，近年来阀控式铅酸蓄电池得到了广泛的使用和认可。目前，阀控铅酸蓄电池因其免维护的特点成为变电站直流系统主要采用的蓄电池，由于阀控式铅酸蓄电池独特的密封式结构设计，传统的运用于开口式蓄电池性能检测的方法并不适于阀控式铅酸蓄电池。所以，目前多数变电站采取人工方法对蓄电池的状态进行检测，其中有蓄电池管理维护人员手持蓄电池检测仪定期检测蓄电池性能，也有维护人员定期对蓄电池进行核对性放电试验，通过记录分析放电数据来检测并恢复蓄电池的性能。变电站内蓄电池现阶段的主流检测方法是通过检测蓄电池的内阻和容量来反映蓄电池的性能，主流的维护方法是定期对蓄电池进行核对性放电操作，但该方法对于大部分极板已出现硫酸化的蓄电池效果十分有限，往往只能任其发展，并在性能下降严重时进行替换。为了保证变电站内蓄电池在电力系统故障后能够可靠有效地给二次设备供能，逐步实现变电站的智能化，国内外研究人员也研发出许多方法来监测和管理维护蓄电池。
在国外，美国的蓄电池监测系统技术发展于电力应用工业。该国GNB公司曾经用接近500个电池进行了测试实验，所用电池的容量从200到1000安时不等，电池或电池组的电压从18到360V不等。测试实验的结果表明，蓄电池内阻与其剩余容量的相关系数基本上可以达到88%，相关性是比较明显的。所以通过测量蓄电池内阻的方法在一定程度上可以比较准确地预测蓄电池的剩余电量。实际上，蓄电池充满电时容量为满状态，放电到规定终止电压时，这两种状态蓄电池内阻相差将近2~4倍。如果不断给蓄电池充电，蓄电池内阻就不断减小；反之，蓄电池不断放电，其内阻就不断增大。
美国的ALBER公司曾研究VMS（VRLA Battery Management System）阀控密封铅酸蓄电池管理系统。这个管理系统不仅仅是简单的监测蓄电池，并且具有管理和控制蓄电池的功能。此系统的设计目的是改变蓄电池“恒压充电”的方法。因为恒压充电的方法不能满足不同蓄电池所需的不同充电电流。系统监测的内容包括：单电池电压、电池内部温度、放电电流及放电过程中测量电池组总电压，电池内阻。VMS中包含了BMS。它是在监测的基础上对蓄电池进行分析，并进行管理和控制。这样更有利于对蓄电池的维护，延长蓄电池使用寿命。
在国内，市场上众多蓄电池在线监测产品应用于供电系统、电信系统领域的占绝大部分。生产的厂家和产品多样，如上海顺盟生产的SMITB915、杭州华塑加达网络科技的HBA-1001、西安柯蓝公司的 CR-AC24/05。而在广东省东莞地区，东莞供电局变电二部分别先后在四个变电站安装了蓄电池在线监测系统：2008 年 11 月，110kV 凌屋变电站安装了深圳普禄科智能检测设备有限公司生产的蓄电池在线监测系统，系统型号为PITE3920；2009年12月，110kV 路东变电站安装了深圳普禄科智能检测设备有限公司生产的蓄电池在线监测系统，系统型号为PITE3920；2010年1月，220kV陈屋变电站安装了珠海泰坦科技股份有限公司生产的蓄电池在线监测系统，系统型号为 TEP-B-D；2010年1月，220kV板桥变电站安装了广州市仟顺电子设备有限公司生产的蓄电池在线监测系统，系统型号为 QDX-01。南电子木新能源技术有限公司生产的BM6500系列产品是在国家863项目715-004-0080电池测试课题的基础上开发的具有国际先进水平的新型蓄电池在线监测管理系统，产品融合了多项在电池测试领域的研究成果，将先进电源变换技术、计算机技术、精密测量技术和VRLA电池特性紧密结合，实现了对单电池电压和单电池内阻的精密检测和综合分析，突破性解决了蓄电池失效和容量衰减在线监测的难题。对于蓄电池监测的技术，主要有以下2种方法：
2.1二次电压法
二次电压法（瞬时放电法）就是通过对电池进行瞬间大电流（一般为几十到上百安培）放电，测量电池上的瞬间电压降，通过欧姆定律计算出电池内阻。此方法在实践中得到了广泛应用。具体实验方法如图1所示：开关合上，延迟7～10s后，电流达到稳定状态，记录电流值I，电压值U1，断开开关K后记录瞬间恢复的电压值U2，同时用示波器记录全过程蓄电池两端电压波动情况，并可根据公式Rinternal=U2- U1/I来计算内阻。
图1瞬时放电法测试电路
二次电压法对单体检测准确，但是在有开路单体电池时，或者整组中有某个单体性能较差时实验对比发现会对串联在该单体附近的几个单体造成严重检测误差。
2.2交流注入法
通过注入一个恒定的交流信号源 ，蓄电池，测量出VRLA蓄电池两端响应的电压信号 以及两者之间的相位差 ，再用阻抗公式： 以及 ，即可计算出VRLA蓄电池的阻抗值。但由于在测试过程中如果出现测试元件误差以及波形不规则等现象，会严重影响到测量的电阻值的大小。所以在后期需要加上精确的误差校正算法进行修正。
3结束语
蓄电池的状态监测技术手段，目前市面上普遍采用的总共有2大类，但是相比之下对于交流注入法，不需要通过核放电，在一定程度上还是优于二次电压法。但是对于交流注入法也有其精度问题的存在。所以都需要后期继续进行改进。
参考文献：
[1]包蕊.变电站蓄电池在线监测方案[J].东北电力技术.2015（3）：16-18
[2]纪哲夫.变电站蓄电池内阻测试方法及应用的研究[D].广州.华南理工大学.2015.
论文作者:毛峰,李友平
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/21
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