电力直流控制电源的缺陷及改进

张建领，马红霞，李绍强

1.胶南市供电公司，山东青岛 266400

2.青州市供电公司，山东青岛 262500

在电力系统中，直流控制电源一般是由直流屏、充电装置及蓄电池组等设备组成。在发电厂和变电站中，直流控制电源已经得到了广泛的应用，在正常和事故情况下，都必须使直流控制电源正常运转，来保证提供可靠稳定的供电。在电力事故情况下，直流控制电源是“最后一道保安电源”，可以使保护和自动化装置正常运作得到保证。

1 当前电力直流控制电源存在的问题和缺陷

当前，直流控制电源中得到广泛使用的大多是以GZDW型为原型，但是，近几年来，电力直流控制电源中添加了巡检装置--蓄电池端电压。这种巡检装置为我国电网直流控制电源系统的不断自动化起到了关键的作用，但是在不断的工作实践中，直流控制电源的缺陷也越来越引起人们的注意。

1）蓄电池不科学的充电方式，单体蓄电池在蓄电池组内充电失衡，从而使蓄电池寿命缩短。整流模块以浮充串联方式对蓄电池进行充电。在进行串联充电时，单体蓄电池中流过电流是一致的，但是蓄电池因为不同因素的影响，普遍存在电池离散性，每个蓄电池自身情况以及原始容量都不尽相同，容量偏差较大。所以，在运行中将单体蓄电池整合作为一个整体来进行一致的浮充，必然造成长期对原始容量小的蓄电池过充电以及对原始容量大的蓄电池欠充电。当蓄电池过充时，因为电解氧化和热失控而使电池外壳鼓包、漏气，受到破坏，极易造成容量失效。相反当蓄电池欠充时，正极和负极的化学反应不充分，缩短了蓄电池的使用寿命。不科学的充电方式使蓄电池提早失去效用；

2）将均衡充电概念运用到阀控式铅酸蓄电池的充电过程中，加速了蓄电池的老化。在电力直流控制电源使用上，蓄电池从最初使用开口式铅酸蓄电池发展到今天阀控式密封铅酸蓄电池的广泛应用。适用于开口铅酸蓄电池均衡充电概念为了补偿其电压不稳定现象的，来使其稳定在允许的范围之内。而这种概念也被运用到了阀控式密封铅酸蓄电池的充放电过程中。2004年随着阀控式密封铅酸蓄电池的广泛应用，有人就发现问题并明确提出：阀控式密封铅酸蓄电池水分损失后不能再加液，所以其运行寿命可能短于普通蓄电池。还有人指出了其使用寿命缩短的现象，但是并没有注意到造成水分损失的原因。本文认为错误的电力直流控制电源中统一引用了均衡充电概念以及均充的频繁使用是造成水分损失的原因。另外随时通过按键操作进行手动均衡充电也是错误的，因为阀控式密封铅酸蓄电池采用单向阀密封，所以其对充电电压比较敏感，过充就代表着热失控、容量减小、失水、过早报废，这对其都会带来致命的损害。另外，单体蓄电池的均充电压为2.35 V，这个电压已经会对阀控蓄电池造成破坏，再加上串联充电的不均匀性，又对单体蓄电池进行了破坏，这在一定程度上加速了蓄电池的失水老化；

3）因为没有保护回路的原因，在蓄电池组中最关键的部分最脆弱。蓄电池组是电源系统的心脏，在电力事故状态下，它是保证电站设备正常运作的“最后一道关卡” ，因为如果蓄电池发生故障，必然引起停电事故；

4）监控不到位，过度监控整流模块，而对蓄电池组缺少监控。当前后台监控系统中，电力直流控制电源可以完整获得整流模块的运行参数，实现对整流模块的控制和操作。但是，对蓄电池的监控功能运用少而且意义不大甚至无任何相关，并且有些监控效果相反。有些监控仅仅关注蓄电池端的电压，这是远远不够的。监控系统是否合格标准应该是在蓄电池容量下降与内阻异常增加时及时发出警告；

5）蓄电池的维护结果不理想。对电力直流控制电源，当前大多数的技术人员都能够按照规定，按时检测蓄电池组的深度放电容量，一般情况下好的蓄电池占大多数，容量落后的蓄电池占少数，虽然使用仪器对落后的蓄电池容量进行恢复，但是，效果不佳。如果更换为新电池，又会造成组内其他电池恶化更快的情况，最后只得对尚未使用很长时间的整个蓄电池组进行全部更换；

6）蓄电池发生紧急恶性事故时，缺少预防应对能力，系统可靠性低。国家电网公司调查抽样统计说明蓄电池故障频发且后果严重。不仅要考虑其自身质量问题，充电装置的安全可靠性也不可忽视，如果不是运用充电装置对蓄电池过充电，就不会造成其内部压力升高甚至爆炸，如果在充电装置中增加自放电电流和温度监测功能，就可以对蓄电池的热进行控制使其不致演变为起火的严重后果。

2 电力直流控制电源的改进

在对电力直流控制电源进行改造的时候可以按下述方案进行。

1）将充电方式改为每只蓄电池独立进行充电。阀控铅酸蓄电池对浮充电压要求严格，在不按标准进行操作将造成严重后果，出纳通的充电方式由于自身局限性，无法满足这一标准，采用独立充电的方式能够有效避免蓄电池的过充以及欠充，保障了蓄电池的寿命。

2）允许电池的单独更换，从而方便维护工作的进行。传统的电源受充电电方式决定，不允许进行新旧蓄电池的混用，因此进行电池更换时只能整组全部更换，造成维修成本比较高。而独立充电的方式能够使每只单体蓄电池均具有独立的数字化充电管理模块，进行充电时也都是单独进行，可以做到新旧蓄电池混用而不会影响具体效果，能够方便地进行某一点吃的更换，使维护程序更加简便，同时还有效控制了维护成本。

3）设置备用通路。传统的电力直流控制电源只有在任何一只电池都不没有一定问题的时候才能顺利工作，否则只要一直出现问题就会导致严重事故，这是电路串联系统的一种通病。进行备用通路的设置，可以使故障蓄电池被自动旁路，从而不影响整个蓄电池组的正常工作。根据某变电站的试验结果显示：在切断交流电源之后，蓄电池组进行连续几小时的放电后，有部分蓄电池因自身容量较小，内阻增大，端电压下降较为明显，被系统自动旁路，当有8 只电池被旁路之后，变电站的所有操作仍未受到影响。由此可见电力直流控制电源能够有效提高蓄电池组的工作性能，可靠性。

4）加强对蓄电池的监控，保证问题能够及时发现。传统的巡检装置后受充电方式的限制，对蓄电池进行全面监测十分困难。本文提出的方案，不仅能够对蓄电池的端电压进行监测，还能够监测蓄电池的其他方面的参数，有利于及时发现先各种问题，有利于系统维护的进行。

5）增加蓄电池活化功能，使蓄电池保持在最佳状态。过充所造成的损害对阀控铅酸蓄电池来讲是非常严重的，而轻微的欠充则较为容易处理，通常只需要进行定期活化即可，因此在现实中宁愿轻微欠充也不要过充。本文中所说的管理模块活化功能，初人工活化方式之外，还可以进行定期自动活化，从而保持蓄电池的良好性能。

6）减少接线数量，减少潜在故障点。安装传统的巡检装置时，每只蓄电池上都要加装2 根导线供检测使用，这样不仅带来施工上得麻烦，还增加了出现故障的可能性。本文中提出的电力直流控制电源加设了备用通路，一方面有利于实现较为全面的监测，另一方面还减少了界限的数量，有利于降低故障出现的可能性。

7）及时维护，设置GPRS手机报警功能。当前大多数的变电站均无人值守，采用GPRS 报警模块可以及时将监测到的问题向维护人员发送提醒报告，及时维护电力系统安全。

8）在直流操作电源管理中建立数字化充电管理通信接口，实现其集散化。独立充电方式可以实现单体蓄电池拥有带有通信功能独立的数字化充电管理模块，这种方式符合将来直流控制电源的发展方向，使其不断向集散化管理以及数字化变电站的方向发展。

[1]白忠敏，刘百震，於崇干，等.电力工程直流系统设计手册[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]《电力工程直流电源系统GZD、GZDW直流电源柜设计选型手册》编写组.电力工程直流电源系统GZD、GZDW 直流电源柜设计选型手册[M].北京：中国电力出版社，1998：1-2，9-11.

[3]国家电力公司电力规划设计总院.DL/T 5120-2000 小型电力工程直流系统设计规程[S].北京：中国电力出版社，2000.

[4]中国电力企业联合会.DL/T 5044-2004 电力工程直流系统设计技术规程[S].北京：中国电力出版社，2004.

[5]李宏伟，张松林.阀控式密封铅酸蓄电池实用技术问答[M].北京：中国电力出版社，2004：8，21-27.