蓄电池在线更换及开路补偿研究与应用

彭淑明 陈裕云 周小兵 李晨阳

摘要：变电站直流系统是变电站二次系统的核心设备，一般由蓄电池组、充电装置、直流回路和直流负载四个部分组成，是变电站交流电源全停后的应急后备电源，蓄电池组是变电站在交流全停时保证一、二次设备正常工作的关键。

关键词：蓄电池;在线更换;开路补偿

一、蓄电池组的隐患

而在变电站直流系统的蓄电池组中，存在着不少的隐患。

1.1 变电变电站蓄电池组由52节（110V蓄电池组）或104节（220V蓄电池组）蓄电池串联而成，任何一节蓄电池出现开路，将导致整组蓄电池无法供电，此时若系统发生故障，继电保护装置将因失电而拒动，从而造成事故扩大，甚至可能导致变压器损坏的严重事件。

1.2 蓄电池运行6-8年常出现容量下降至80%以下，按规程要求需进行更换。220kV及以上变电站都拥有两组蓄电池组，更换时进行单组蓄电池更换，另一组蓄电池组正常运行。而单蓄电池组的变电站（110kV及以下变电站）在蓄电池组更换时，为避免直流母线无蓄电池运行，需携带备用蓄电池组并联到旧蓄电池组后，再拆除旧蓄电池组、安装新蓄电池组，安装完成后方可将备用蓄电池组拆除。备用蓄电池组重量大，携带不便，拆装工作量大。

1.3 因设备或人为原因导致蓄电池组脱离控制母线运行，直流电源系统缺乏对这一异常情况的检测机制无法预警，若这种情况下出现交流停电将造成所有直流负载失电，此时若一次系统发生故障，同样将导致继电保护装置将因失电而拒动。

针对蓄电池存在的上述问题，研发了GDKLBC系列蓄电池在线更换及开路补偿装置，在更换蓄电池组时可不再使用备用蓄电池，并可在蓄电池脱离母线或出现开路时，将正常蓄电池电量转化为直流母线电压，为母线负载供电，确保母线负载不失电，大大提高直流系统的可靠性。

二 产品概述

2.1 本装置可用于变电站、发电厂、电信基站及电信机房内蓄电池组，蓄电池组电压可为220V、110V或48V，可根据蓄电池组电压及直流负载容量选择型号，型号的组成及其代表意义如下：

2.2 使用环境条件

温度：-50℃～80℃

湿度：30%～90%

2.3对环境及能源的影响

在线放电装置工作时，会将蓄电池储存的电能转化为热能并散发到空气中，将导致环境温度升高，应加强监测并采取针对措施。

三 结构特征与工作原理

3.1 装置结构：

装置为19英寸4U标准机箱，机箱尺寸为483（长）*177（高）*350（深）mm，机箱前安装法兰带安装固定孔，可直接安装于19英寸标准机柜上，安装简单方便。装置的输入为四根16平方毫米的铜导线，输出为2根16平方毫米铜导线，输入输出接线端子均布置于装置背板。装置前、后外观如图1、2：

3.2工作原理：

装置由九块直流升压板组成，分成三组，每组共三块，每组的输入部分并联，输入电压范围为DC50V～110V，所有升压板的输出并联，输出电压为DC187V（220V电池组）或93V（110V电池组）。

四 蓄电池开路补偿的应用

220V蓄电池组直流系统接线方式：

装置安装时，将蓄电池组分为三段，第一、二段为35节，第三段为34节（针对104节2V电池组成的220V蓄电池组，若为110V电池组，则每段的蓄电池数量减半），按图4所示接入装置：

装置安装完成后，合上DK4，测量输出VO+和VO-电压为187左右;断开DK4，合上DK5，测量输出VO+和VO-电压为187左右;断开DK5，合上DK6，测量输出VO+和VO-电压为187左右。以上测量正常后，依次合上DK4、5、6和DK3。

安装和调试完成后，三段蓄电池任意一段中的一至多节出现开路，其他段仍可通过开路补偿装置为直流母线供电，只要第一、二、三段电池未同时出现蓄电池开路，即可保证直流母线不失电。

五 蓄电池在线更换的应用

如上图3所示，单组蓄电池组的直流系统需更换蓄电池组时，若先拆下旧电池，然后安装新电池，则在旧电池拆下、新电池装好前的过渡期间仅靠充电机带直流母线运行，此时若出现交流停电，将导致直流母线失电，所有保护装置无法工作。因此，规程严令禁止直流母线无蓄电池运行。使用备用蓄电池组，因其重量大，携带不便，拆装工作量大。使用本装置可保证直流母线不失电，操作方法如下：

1、将装置按图4所示安装好后，分别只合上DK4、DK5和DK6，测量装置VO+和VO-之间有输出（187V或93V）后，全部合上DK4、DK5、DK6、DK3;

2、斷开蓄电池组熔断器;

3、断开DK4，将1#-35#电池更换为新电池后，合上DK4;

4、断开DK5，将36#-70#电池更换为新电池后，合上DK5;

5、断开DK6，将71#-104#电池更换为新电池后，合上DK6，蓄电池更换完成，可以开始充放电试验。

六、结语

蓄电池在线更换及开路补偿装置为只有单组蓄电池组的变电站进行蓄电池更换或蓄电池充放电时减少了大大的工作量，不再需要携带备用蓄电池组，节约了成本与人工。也有效的减少了变电站蓄电池组在运行过程中可能出现的隐患，保证了变电站的安全运行。