变电站蓄电池远程维护技术的探讨

张晓波 刘伟浩 解学智 黄晓波 周珊

摘  要：变电站用铅酸蓄电池需要定期进行维护及核对性放电作业，传统维护模式需要耗费大量的人力、物理。文章对变电站蓄电池的工作性能进行介绍，分析蓄电池使用过程中的问题和潜在隐患，介绍了当前蓄电池远程维护的技术的发展，对蓄电池远程维护技术在变电站中的应用进行了展望。

关键词：变电站;蓄电池;远程维护;核对性放电

中图分类号：TM912        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）23-0145-02

Abstract： The lead-acid battery used in substation needs regular maintenance and nuclear discharge operation， and the traditional maintenance mode needs to consume a lot of manpower and physics. This paper introduces the working performance of storage battery in substation， analyzes the problems and potential hidden dangers in the process of battery use， and introduces the development of remote maintenance technology of storage battery. The application of battery remote maintenance technology in substation is prospected.

Keywords： substation; battery; remote maintenance; checkdischarge

随着电力通信网的扩大，蓄电池组数量急剧增加，同时电网的运行又要求蓄电池组进行精细化运维管理，导致运维人员承担的通信系统维护工作急剧增大，难以做到对每一组蓄电池的最佳维护。若通信电源系统存在隐患，一旦交流系统故障，维护人员无法迅速到达现场进行维护抢修，通信设备将面临停运风险，将对电网的安全稳定运行造成恶劣影响。

1 变电站蓄电池的工作现状

1.1 变电站蓄电池的工作原理

蓄电池的基本工作分为充电和放电。充电为蓄电池的使用储备能量，放电是为电路工作，变电站中的阀控铅酸免维修蓄电池长期均处于浮充状态，在工作中不需要调节电池酸碱度，也不需要增添电解液，使用极为便利。

1.2 特性要求

第一，蓄电池开路压降为0.03V;第二，2V的单体电池与其他电池之间的连接条压降必须小于或等于8mV;第三，蓄电池的内阻值误差必须在±10%以内，如蓄电池为220V的绝缘电阻阻值要大于等于200kΩ;第四，一般VRLA蓄电池正极板的厚度必须高于或等于3mm;第五，新买的蓄电池需进行三次充电和放电循环，根据I10循环标准检验合格后才能投入使用。

1.3 蓄电池的维护管理现状

当前蓄电池的日常检修情况主要依靠人力完成。这种管理方式难以得到精准测量的标准，检测结果的可信度不佳。工作人员在操作过程中工作量较大，工作效率较低，易引起工作人员的倦怠心理，导致蓄电池在投入使用后期频频出现问题。

2 电池工作中存在的问题及原因分析

2.1 蓄电池失水过多

变电站中的蓄电池采用贫液式结构。当蓄电池中水分降低，会导致蓄电池中电压极速降低;当蓄电池失水过多，会直接影响蓄电池的正常工作。由此可见，蓄电池中电解液的含量直接影响蓄电池的正常工作状况。当蓄电池中电压下降到终止电压时，蓄电池中的电解质就会发生变化，蓄电池便失去了工作能力。

蓄电池中电解液含量受众多因素影响。其中主要原因是蓄电池自身温度过高或者周围环境温度提升。例如蓄电池中的电压过高蓄电池温度提升导致水分蒸发，电解液减少，蓄电池失水。蓄电池充电时电流过大也会导致蓄电池温度增长，进而蒸发失水。另外，当控制阀失效，蓄电池没有进行自我保护，也会造成失水现象。

2.2 蓄电池的外壳发生形变

一旦蓄电池在工作的过程中出现外壳膨胀现象。使用方式不正确、使用或者运输环境不当、储存方式不规范等都会造成蓄电池外壳膨胀。使用过程中蓄电池内部压强变化会造成外壳膨胀，例如，蓄电池内部温度增加，蓄电池充电电压较高，蓄电池短路或者断路，安全控制阀失效等等。

2.3 蓄电池容量降低

判断蓄电池容量是否降低的标准是观察十个小时内蓄电池的放电率，蓄电池的容量应当低于定容量的80%。蓄电池容量降低是受电解质变質影响的，电解质是否变质取决于蓄电池是否有失水现象。由此可见蓄电池电容量降低与蓄电池失水现象之间具有本质联系。

2.4 蓄电池内部开路

蓄电池内部开路表现为蓄电池内部不通导，内部不存在电流，并且电路中某一端点的电压异常升高。蓄电池内部开路的原因是蓄电池内部导体故障，内部断流不通畅。表现在蓄电池外部则是蓄电池受外力影响导致的电池板弯曲，甚至电池板断裂。

2.5 蓄电池渗漏液

蓄电池内部具有部分渗透液，当内部渗透液流出时称为蓄电池渗漏液现象。内部渗透液流出会阻塞槽盖封合出处、正负接线柱上、安全阀口处等部位，工作人员检查是能够明显看出蓄电池外在变化。蓄电池内部温度增加，蓄电池充电电压较高，蓄电池短路或者断路，安全控制阀失效等都会引起蓄电池渗透液。

3 蓄电池在线核容技术的发展

3.1 纯电阻式负载在线放电

最早期的蓄电池在线容量核对设备采用放电切换控制电路将蓄电池组脱离电源系统后，通过PTC负载或调阻式负载进行放电。纯电阻式负载放电方式结构简单，技术含量低，价格便宜，工作可靠，但是其缺点也非常明显：（1）蓄电池在放电过程中，端电压不断降低，简单的纯电阻通断调控难以做到恒流放电，从而不能准确测量蓄电池的容量。部分放电机采用PWM控制来进行电流控制，会出现较大的反峰电压，对蓄电池产生较大的影响。（2）放电环境恶劣，电阻丝在发热过程中温度较高，存在较大的火灾隐患，且电阻以发热形式释放，会造成放电室温度升高。以48V/500AH蓄电池组计算，核对行放电时的功率达2.5kW，如此大的热能耗散也是一个非常大的问题。（3）发热负载放电机的体积通常非常庞大。（4）电能被消耗，造成了能量的浪费。此类设备在实际应用时，仍然需要人工现场操作及值守，不具备无人值守的条件。

3.2 在线负荷评估式放电

将通信直流电压调低至设定阈值（如-48V），让蓄电池组直接对本地负荷进行供电损耗电能直至蓄电池组电压低至设定阈值。在线负荷评估式放电虽然工作量少，由于采用实际负荷进行，往往放电电流随着电压逐渐降低而增大，无法对蓄电池组的健康程度进行定量评估。

3.3 DC/AC逆变并网式在线放电

应用逆变并网模块作为电源系统蓄电池的放电单元，将蓄电池电能回馈至电网，效率可达90%以上。逆变并网模块与在线控制模块构成的远程逆变并网放电系统使蓄电池始终与直流屏的直流母线保持连接。在对蓄电池进行核容放电试验时，直流母线由整流屏供电，蓄电池向电网回馈电能;当整流屏输出故障或交流停电时，能够自动停止核容试验，将蓄电池立即接入直流母线，保证母线供电不中断。逆变并网核容技术节能环保，同时解决了发热负载放电存在的过热安全隐患，但是由于需要接入交流，与其他方式相比系统接线相对复杂，增加了施工过程中的安全风险。

3.4 DC/DC升压式核容放电

在蓄电池组与直流母线之间增加Boost升压电路，将蓄电池组的电压上升至略高于整流屏的输出电压，使蓄电池组对本地负荷进行供电损耗电能。通过实时监测及反馈放电电流大小对Boost升压电路进行闭环控制实现恒定电流放电。升压式核容放电在负载电流大于0.1C电流的前提下，实现0.1C恒流放电。

3.5 各种在线远程维护技术对比

各个蓄电池在线远程维护技术方案对比如表1所示。

4 结束语

蓄电池远程维护技术能够实现规范化的全自动远程核容放电，解决蓄电池无有效维护手段的问题，及时预警电池故障隐患并给出合理的维护建议。同时实现定期的放电、充电活化可以提升电池容量，具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]伍剑辉.变電站蓄电池运行维护管理[J].中国房地产业，2018（35）：296，298.

[2]吴海霞.变电站蓄电池在线维护技术研究[J].中国科技纵横，2019（3）：130-131.

[3]李恒.浅析变电站直流蓄电池的运行与维护[J].科技信息（科学教研），2007（35）.

[4]芦秀岩，黄明，周宇曦.变电站蓄电池日常维护及应急处置探讨[J].科技创新与应用，2016（35）：235.