变电站蓄电池组在线核对放电系统设计

2016-11-18吴侗，王磊

电力安全技术 2016年9期

关键词：有源蓄电池容量

吴　侗，王　磊

（广东电网茂名信宜供电局，广东茂名　525300）

变电站蓄电池组在线核对放电系统设计

吴侗，王磊

（广东电网茂名信宜供电局，广东茂名525300）

针对当前蓄电池组人工放电工作量大的问题，提出了一种远程在线对变电站蓄电池组进行核对性放电的方法，阐述了蓄电池组在线核对放电系统的工作原理及其通信模型设计，分析了蓄电池核对性放电试验的周期及放电容量的计算方法，并通过实际应用验证了该系统可提高系统综合自动化水平及人员工作效率。

蓄电池组；在线控制；核对性放电；通信模型

0　引言

长期以来，对变电站的蓄电池组进行定检的核对性放电时，一般采用电阻放电监测仪作为放电单元，能耗大，发热较严重。尤其在35 kV变电站，蓄电池组仅有1组，使用后备蓄电池组时，需将被维护的蓄电池组从系统中拆卸下来后，才能进行核对性放电试验，劳动强度极大，增加了维护人员工作量。

在目前电力行业智能化、自动化、网络化、系统化的通信系统的改进升级发展中，实现蓄电池组的远程在线核对性放电是必然发展趋势。针对上述实际问题，提出了一种采用单片机作为微处理器，利用电力系统数据通信网为通道，通过集控站与控制单元进行数据交换，进而控制有源逆变模块作为放电单元进行核对性放电，实现了远程控制对蓄电池组的核对性放电试验。

1　蓄电池组在线核对放电系统工作原理

蓄电池组在线核对放电系统主要由主监控单元、蓄电池组在线监测单元、在线核容放电控制器、有源逆变器模块、计算机通信网络等部分组成，具体如图1所示。

主监控单元与蓄电池组在线监测单元和在线核容放电控制器进行通信，实现在线监测和控制等功能。蓄电池组在线监测单元监测蓄电池组的电压、电流及各个单体电池的电压、温度等，并将数据上报至主监控单元；主监控单元通过以太网将监测的数据上传到计算机网络系统中，使得维护人员可以通过网络工作站远程对蓄电池组进行核对性容量试验。在线核容放电控制器设置放电限流值、终止电压、放电容量、放电时间等参数指令，控制有源逆变器的工作状态，实现对蓄电池组的充放电转换、有源逆变器的接入和断开。

图1　蓄电池组在线核对放电通信系统组成结构

1.1在线核容放电控制器工作原理

在线核容放电控制器采用单片机为微处理器，同时用到RS485通信接口和若干I/O端口，以完成该系统的设计和实现。

RS485通信接口与有源逆变器模块、蓄电池组在线监测单元之间进行通信，利用主监控单元预设置的放电时间、放电电流、放电容量，以及单个电池终止电压等参数向在线核容放电控制器发放电指令。在线核容放电控制器收到放电指令后，启动有源逆变器模块，进行在线放电。在蓄电池组放电过程中，在线核容放电控制器会根据主监控单元设置的条件随时终止放电。在线核容放电控制器工作原理如图2所示。

一般情况下，变电站直流系统中的K1，K2是闭合的，UPS主要靠站用变的交流电供给变电站所有交流负载；而蓄电池组则为UPS后备电源且其一直处于浮充电状态，并供给直流负荷。当维护人员对站内蓄电池组进行核对性放电时，通过在线核容放电控制器断开UPS与蓄电池组的连接线，将蓄电池组与有源逆变器连接，同时通过主监控单元发来的放电指令，启动有源逆变器，使其进行蓄电池的在线核对性放电。此时直流负荷仍由UPS中的整流器供电。

在放电过程中，如果遇到蓄电池组总电压最低限值、单个蓄电池终止电压、终止设置时间、终止放电容量、交流输入故障、蓄电池温度异常等情况时，在线核容放电控制器自动对有源逆变器发出停止工作指令，并将蓄电池组自动接入UPS系统进行充电。然后再通过在线核容放电控制器，按照恒流充电—恒压充电—浮充电的方式对蓄电池组进行充电，保证放电后的蓄电池组充电效果理想，恢复蓄电池组的容量，确保变电站安全运行。

1.2在线核对放电系统通信模型设计

结合某变电站通信状况分析，在线核对放电系统中的主监控单元与集控站之间较为常见的通信模型主要有以下2个。

（1）常见的变电站与集控站之间存在计算机网络环境，并且变电站内有后台计算机或者其他设备正在使用的前置计算机。可以利用这些计算机的串行通信接口连接在线放电系统的控制单元，并结合在线监测系统发来的数据分析对控制单元进行操作，进而对蓄电池组进行远程放电核对。实际应用中，前置计算机若没有空余的串口资源，只需在前置计算机的PCI插槽中扩展1片PCI RS-232转换卡即可。集控站与变电站间的通信模型1具体如图3所示。

（2）对于一些既没有TCP/IP环境，也没有远动装置的旧变电站，可以选择为在线放电系统和集控站（中心）配备无线通信模块，使用成熟的移动通信网络来传输数据，尤其是GPRS数字业务，可以提供较稳定的无线信息通道。这种利用无线信息通道达到在线远程对其进行放电维护的方式如图4所示。

图2　在线核容放电控制器工作原理

图3　集控站与变电站间的通信模型1

图4　集控站与变电站间的通信模型2

2　蓄电池核对性放电试验

对于长期使用限压限流浮充电运行方式的蓄电池组，无法判断阀控蓄电池自放电的现有容量以及其内部是否失水或干裂。只有通过核对性放电试验，才能找出蓄电池存在的问题。

新安装的阀控蓄电池应全部进行核对性放电试验，以后每2-3年进行1次。运行6年以后的阀控蓄电池，一般状态不会太好，容量可能会下降，宜每年进行1次核对性放电试验。如果蓄电池组综合评估状态较好，可适当延长核对性放电试验周期。

2.1核对性放电容量计算

变电站直流系统的蓄电池组在充满容量后，以I10恒流进行放电，当蓄电池组（单个蓄电池标准电压为2 V）电压下降到1.8 V×N（N为蓄电池组的电池总数）或单个电池电压下降到1.8 V时，停止放电，并计算其蓄电池组的容量Cn.25 ℃：

Cn.25 ℃=Cn÷［1+Kn（Td-25）］；

其中：Cn为蓄电池组放电n小时后测得的放电容量，其值为放电电流乘以放电时间；Cn.25 ℃为25 ℃时蓄电池放电n小时的率容量（基准温度的电池容量）；Kn为n小时率下的温度系数（K10=0.006、K3=0.008、K1=0.010）；Td为蓄电池组放电过程中的蓄电池温度。

以某110 kV变电站为例，对1组110 V，300 Ah的蓄电池组进行核对性放电试验。设置蓄电池组放电10 h率放电电流为30 A，当放电9.8 h后，该变电站的蓄电池组（单个蓄电池标准电压为2 V）总电压下降到1.8 V×N或单个电池电压下降到1.8 V，环境温度为20 ℃，核对该蓄电池组的容量。将实际放电容量换算成25 ℃时的标准容量：Cn.25 ℃=30×9.8÷［1+0.006（25-20）］≈303.093 Ah＞300 Ah。容量合格。

2.2放电容量核对

当试验测得的Cn.25 ℃略大于或等于蓄电池组的标准额定容量时，蓄电池容量正常。当Cn.25 ℃小于标准额定容量的80 %，说明蓄电池组的情况极其恶劣，无法保障电力生产安全。当Cn.25 ℃为标准额定容量的80 %-100 %，说明蓄电池组亏容，应先对蓄电池组均衡充电，然后再进行核对性放电试验。若3次放电循环内达不到100 %额定容量，则此组蓄电池为不合格，应安排更换。