（1国网上海金山供电公司；2浙江科畅电子有限公司）
摘要：直流系统蓄电池巡检仪经常发生故障并触发NCS及DCS系统误报，影响主控人员及现场操作人员对故障的判断。本文针对该故障的原因进行分析，提出引入智能蓄电池内阻监测及动态均衡技术代替传统的蓄电池巡检仪，以解决现场人工测量内阻不准确及直流系统蓄电池单体之间的不均衡充电问题。并给出上海金山现场蓄电池在线监测系统改造方案，以说明蓄电池监测及动态均衡技术的应用成效及意义。该改进不仅能满足电网公司现行标准要求，全面监测蓄电池组运行参数、内阻及容量，极大的减少运行维护的工作量并能延长蓄电池使用寿命及提高系统可靠性。同时，也为后续使有蓄电池在线监测提供良好的实践借鉴与经验参考。
关键词：蓄电池组；在线监测系统；改进；
1直流系统介绍
直流电源系统是所有发电厂、变电所的一个重要组成部分，主要是为控制回路、信号回路、自动化设备、继电保护和UPS电源等二次回路提供操作电源、装置工作电源、报警电源等。[1]一般直流系统由充电器、蓄电池组、直流母线、直流馈线回路、接地故障监测等组成。直流系统最大的优点是不间断供电，保证了设备和电网的运行可靠，而这种优点来自于直流系统所带的蓄电池组。
直流系统的主要作用是为动力、控制、信号和保护回路等提供电源。[2]其中最关键的作用是，从故障充电器切换到备用充电器，蓄电池组应能提供所有负载不少于1小时的储备容量，且在经这1小时供电后，蓄电池组端电压仍不低于母线最低电压。直流系统设备接线如图1所示：
2问题分析及解决策略
2.1故障原因分析
国网上海市金山供公司110KV金山变的直流电源系统于2008年 12月投入运行，虽然直流电源和蓄电池运行一直是良好的状态，却小问题也一直在不断的发生，特别是蓄电池组巡检仪的不断报警，成为工作者的一个负担。。从现场处理过程情况来看，现有的蓄电池巡检仪故障主要有蓄电池电压采集回路熔丝损坏及熔丝触点接触不良引起的。目前通过以下方式处理：
1）如在巡检仪上出现两节电池电压不正常而数值不接近于零，考虑蓄电池巡检仪接线端子接触不良引起，通过对接触部分进行除氧化及紧固处理一般可恢复正常运行；
2）如在巡检仪上出现两节电池电压不正常而有一节接近零，考虑回路有分断点（熔丝熔断），可以通过更换熔丝处理；
受本身材料制约，电压采集回路熔丝及触点经过一段时间会氧化，从而导致接触不良或损坏。因此，单纯靠更换蓄电池熔丝及除氧化的方法解决不了根本问题。
主要的原因分析，现在的蓄电池组是由104只电池组成，需要105根的电压采集导线，这么多的导线同时接在一台电池巡检仪上，出现了导线接线过多，电池采集导线之间电压过高，绝缘 状态难以保证，必然会出现电池采集熔断器断开的情况。采集回路的不正常工作和电池巡检仪采样电路的不稳定，非高阻抗采集隔离都会导致熔丝断开和装置 的误报现象。
2.2引入智能蓄电池组内阻监测和动态均衡系统的必要性
蓄电池巡检仪故障频发对运行人员判断及维修成本的增加产生较为严重的影响，且设备本身也存在维护及监控方面的不足：
1）根据国家电网公司企业标准《Q/GDW1901.1-2013电力直流电源系统测试设备通用技术条件---蓄电池电压巡检仪》5.4.2蓄电池巡检仪电压准确度应满足0.2%的要求，而现场设备不满足其标准规范的要求；
2）我厂蓄电池巡检仪无法监测蓄电池内阻，很难只根据电压来判断蓄电池性能好坏。且涉网设备现已不满足蓄电池电压巡检仪的技术要求且存在维护工作量大、数据不准确等问题；
3）蓄电池电压采集线铜头氧化严重，影响采集精度，误报情况常常发生，严重影响设备的正常运行。
4）没有采用分布式的采集方式，导致导线过于集中，绝缘问题无法解决，采样回路的熔丝常常出现熔断问题。
为解决目前核电厂蓄电池在线监测系统存在的问题，全面引入先进的智能蓄电池内阻监测及动态均衡技术是比较可行的方案。考虑以上因素拟对蓄电池在线监测系统进行技术改造，以期全面提升系统可靠性，并减少维护人员工作量。
2.3智能蓄电池组内阻监测和动态均衡系统实现方案
2.3.1蓄电池在线巡检的实现
由于阀控铅酸电池性能稳定、自放电少、密封、经济等优点而迅速代替其他类型电池。通过测量电池的内阻来确定电池的状态被证明是非常可靠的方法，因此内阻测试已成为核对性放电测试的廉价补充或替代手段。由于电池的内阻与它本身容量有着密切联系，因此可以利用这个参数来预测电池的性能。通过对大量的各种类型电池的测试表明如果电池的内阻增至高于其基准值即电池在最佳状态下的内阻值的30%-50%时这个电池的容量将低于80%。通过定期自动测量内阻并经过分析找出失效电池，测量过程无需人工干预。电池失效时，电池电压往往仍然是正常的，所以通过电压来判断电池是否失效是不够的。而内阻恰恰反应了电池内在性能的变化，电池由于内在的性能变化造成容量衰退时，其内阻也逐渐变大，增大到一定值时可判断为电池失效。所以选择带有内阻监测的巡检仪代替原有的电池巡检仪是一种必然的选择。
在线巡检系统主要包括巡检主机、电流和温度采集模块、电压采集模块、电池均衡模块组成的一个分层分布式的结构。各采集模块实时采集电流、温度及电压数值，它们之间使用RS485进行通讯。采用了多循环的在线测试技术，其工作原理是将一组电池组分成多个循环，每次测量内阻时先对第一个循环进行放电，结束后再对第二个循环进行放电，直至最后一个循环。在放电的同时，系统高速采集每节电池的放电曲线，取得压降后测出每节电池的内阻。放电负载采用了恒流负载，确保电压变化时每次放电的电流不变。系统可以根据不要的电池要求设定间隔时间，自动测量内阻，无需人工干预。
蓄电池内阻在线巡检系统原理框图如图2所示。
2.3.2蓄电池组在线动态均衡的实现
电池组的均衡过程实际上是指蓄电池荷电状态（SOC）的均衡，也可以说是将同组电池充电时实现充电容量一致性。图3是电池荷电状态（SOC）与电池电压的关系曲线，电池电压是指蓄电池在开路状态下、静电半小时后的开路电压，从图3中可以看出两者之间有明显对应关系。所以电力行业通常采用万用表来判断蓄电池的容量状态，以电压的高低来判断蓄电池的容量，从电荷量（SOC）与电池端电压上可以得出1%的电荷量其电压对应值为2mV。两只相同的电池端电压差10mV，其SOC差异会在5%左右。这种以端电压来确定电池电荷量的方法只能仅限于静态30分钟后测试与实际运行根本无法进行，电池电压一致性对电池容量的差异性对整组电池而言电池电压均衡性就显的十分重要。
通过接收在线巡检系统的相关数据来判断某些蓄电池电压偏离了均衡区域，然后从电压偏高的蓄电池转移部分能量至电压偏低的蓄电池，并对其中无法进行转移的蓄电池做放电处理，从而到达整组蓄电池组动态均衡目的。蓄电池单体电压不一致造成单体电池过充、过放对电池寿命的影响是肯定的，无论采用什么方法对电池加装均衡器是可以有效对蓄电池组的循环寿命的影响。通过蓄电池的工作特性进行分析，主要由于电池内阻差异性，主要均衡是单体电压与平均电压相比较，控制开关将电压高于平均的单体电池分流，所有单体电池电压在均衡电路作用趋向于平均电池电压，这样的重点是出来单体电池变换率较大的电池，接近平均值的电池组性能和寿命与单体电池寿命可以达到一致。
单体电池电压过高其回路充电电流一致，电压较高的电池其充电电量就较大。一个电池组最高电池电压和最低电池电压相差100mV，容量为300AH的电池，其充电电流以30A标准电流进行计算，充电一个周期下该电池组中最高电压的单体电池与最低电压的单体电池，其电池产生的功率P=U*I=100mv*30A*10H=30AH。30AH的容量对于３００AH电池而言，就相当电池充电容量1%的差值，充电时较高电压的电池在放电时通常是较低电压，一个周期的放电充电循环，电池就可能相当20%容量电荷量的损失误差，减小这种损失可以使电池有效减少其硫化，所以均衡可以有效摆脱电池不均衡造成的电池失效，从而达到电池失水和热失控的可能性。从有效减少电池硫化、失水和热失控三个方面，对提供电池组性能保证电池正常工作起到重要作用，就完全有理由证明均衡电池的意义。
蓄电池在线动态均衡系统原理图如图4所示。
3上海金山在线监测系统改造方案
3.1蓄电池内阻监测及动态均衡系统与原直流系统对接
原蓄电池在线监测系统仅有一对硬接点（P3、P4）通过“蓄电池回路接地故障”反馈蓄电池组综合故障至充电器，再通过NCS或DCS反馈用户。受限于此系统结构形式，本次改造考虑废除原蓄电池组巡检仪，在原位引入蓄电池内阻监测及动态均衡系统，再利用原P3、P4通讯线将蓄电池组状态送至NCS或DCS，以完成与原系统的对接。运行人员收到综合告警通知后可在就地查看具体故障及运行参数。
3.2改造主要实施方案
1）退出一组蓄电池，将原微拓电池监控主机电池回路故障输出端P3，P4拆除，用绝缘胶布包好；
2）松开蓄电池螺母，将电压采集线从原蓄电池组上拆下；
3）将原电蓄池巡检仪从固定架上拆下；
4）安装并固定智能蓄电池内阻监测及动态均衡系统装置；
5）将新的电池采集线安装在电池相应的正负极，紧固螺帽；
6）完成蓄电池采集线与各模块及主监控器的连接；
7）对显示电压等各项数据进行校准，并进行相关验证试验；
8）将P3，P4接入监控器故障报警输出端；检查确认无误后将蓄电池组接入系统。
4结束语
国网上海金山局蓄电池组内阻监测和动态均衡系统改造项目，是解决现投运蓄电池巡检仪弊病的良好方法。通过先进的微机控制技术和电力技术，自动对蓄电池组中各单体电池在线均衡调节控制，让每节蓄电池端电压、容量及内阻处于均衡值，防止单体电池过、欠充电，并对性能较弱的电池进行补充电及在线活化，延长了蓄电池组使用寿命，提高系统可靠性。同时，解决长期困扰一线检修人员测量内阻不准确、耗时长的问题；减少了蓄电池月检、季检工作量，对减低维护成本、节能减排、促进安全生产有着重要的推动作用。
参考文献：
[1] DL/T 5044-2004，火力发电厂、变电所直流系统设计技术规定DL/T 5044-2004，Thermal power plants，substations DC system design regulations
作者简介：
王勤，1978年8月出生，男，大学本科，高级技师，从事继电保护与直流电源设备管理工作。
陶导，1962年8月出生，男，大专，技师，主要从事继电保护与直流电源设备管理、维护、试验工作。
论文作者:王勤,陶导,陈媚
论文发表刊物:《电力设备》2015年第10期供稿
论文发表时间:2016/4/20
标签：蓄电池论文; 电池论文; 电压论文; 内阻论文; 在线论文; 系统论文; 回路论文; 《电力设备》2015年第10期供稿论文;