电压均衡回路在变电站蓄电池在线监测装置的应用研究

周永光 胡晓霞 佘楚云

【摘要】 在变电站中直流系统能为其信号、保护、自动装置及事故照明提供可靠的直流电源，是变电站安全可靠运行的保证。蓄电池则是直流系统的核心，当电网出现故障、交流电源失去作用时蓄电池是唯一的电源保证，如果此时蓄电池不能正常对外供电，那么整个变电站将完全处于停电状态，任何的信号、保护等装置都无法正常工作，甚至可能造成整个二次系统瘫痪，尽管蓄电池这么重要，但近年来因蓄电池问题导致的变电站事故时有发生。究其原因大多是蓄电池组中某一节或几节蓄电池出现问题，而出问题的蓄电池大多是因为平时电压不均衡，导致过充过放。文章主要介绍目前电力变电站直流系统中蓄电池组的维护现状，分析常见蓄电池组故障及原因，对电压均衡回路在变电站蓄电池在线监测装置的应用研究进行探讨。

【关键词】 直流系统 变电站 蓄电池 均衡回路

一、蓄电池及现行监测方法

1.1蓄电池

阀控式密闭铅酸蓄电池因其日常维护的方便以及稳定性较强、占地小、不用加水等优点被广泛的应用在各供电企业，但是阀控式密闭对工作环境和充放电要求比较严格，不允许对蓄电池进行过充和欠充，但还是常常由于过充和欠充对蓄电池产生影响，大大缩短了蓄电池的使用寿命，因此研发一种有效防止蓄电池过充和欠充的监测技术将会大大延长现有蓄电池的使用寿命。

1.2现有蓄电池监测方法及效果

1、核对性容量测试法：该方法主要是将蓄电池组以0.1C的电流进行放电，原理上是可以测量出该组蓄电池的容量（即在交流掉电时，蓄电池组能持续对外供电的能力），但是这种方法在放电时会让原本蓄电池中容量小的蓄电池提前放电完毕产生过放，充电时会让原本蓄电池中没有将容量放完的蓄电池提前充电完成产生过充，仅仅能发现问题，而不能解决问题，且该方法操作复杂，中间间隔周期一般较长。

2、内阻测试法：该方法通过测试蓄电池组中各节蓄电池的内阻进行检测蓄电池的好坏，但是由于内阻测试会受到蓄电池组中各节蓄电池的差异、电压、温度等影响，在早期无法发现问题，不能进行有效的预防，当发现时各节蓄电池的差异已相差过大。

3、电压巡检法：该方法通过实时电压巡检来判断电池的状态，由于蓄电池组平时都处在充电机的浮充状态，各节蓄电池的电压虽有差异但是不经过断掉充电机无法发现真实的差异，只能检测出性能已非常劣化的电池。

二、电压均衡回路对蓄电池维护的研究

2.1导致蓄电池过充过放的原因

阀控式密闭铅酸蓄电池由于其自身的差异即使是同批次的蓄电池也不能做到容量完全的一致，在组成蓄电池组后经过一段时间的运行差异会越来越大，以2V蓄电池浮充状态为标准，假如浮充电压为2.25V，每组电池20节，那么浮充电压为2.25V*20=45V，当蓄电池组的组压为45V时，由于电池的差异会导致某几节高于2.25V，某几节低于2.25V，电压高的电池就会长期处于过充状态，会导致电池板栅腐蚀加速，活性物质松动，严重时甚至导致电池鼓肚变形。如此下去会导致这种差异越来越大。由于蓄电池串联在一起进行充电放电，而现有的蓄电池在线监测装置又无法针对某几节电池单独进行放电，因此这种差异无法消失，导致蓄电池组整组性能越来越差，进入恶性循环状态。怎样让蓄电池组跳出这种恶性循环状态，这是本文的重点研究方向。

2.2电压均衡回路在蓄电池在线监测装置中的应用

2.2.1电压均衡回路设计思想

在整组蓄电池中，由于充电机设置的组压是根据全部蓄电池完全处于浮充状态计算得来，因此有过充的蓄电池存在便会有欠充的蓄电池存在，不将过充的蓄电池电压降下来充电机就不会对蓄电池组进行充电，欠充的蓄电池便会继续存在。所以解决问题的关键在于能否将过充的蓄电池恢复至正常状态，由于蓄电池串联的特性，整组放电会连带欠充的蓄电池一起放电，只有单节蓄电池构成一个小型的均衡回路，通过该回路进行小电流的放电，才会使欠充的蓄电池进行充电，如图1所示：

2.2.2电压均衡回路工作原理

1、系统构成及各部分功能：如图1所示蓄电池在线监测设备可分为实时监测和均衡回路两部分：实时监测为监测蓄电池的电压、温度以及监测流经均衡回路的电流也可通过监测充电机当前的状态计算出蓄电池的状态（充电状态或放电状态、当前的电流值等）；均衡回路为一横跨蓄电池两端的小型放电回路，根据实时监测传回的数据进行工作。

2、电压均衡回路的工作：假设系统工作的蓄电池组为某一变电站的108节蓄电池，浮充电压为2.25V，充电机的浮充电压为：108*2.25V=243V，在最理想的状态下，蓄电池组中各蓄电池的电压应都为2.25V，显然这种情况是不可能发生的，各蓄电池之间一定会存在一定的电压差，对于新投运或维护较好的蓄电池组有时这种差值会比较小处于一种可接受的范围内，但随着投运时间越来越长这种差值便不断扩大，而电压均衡回路则能将这种差异不断缩小并维持在一定的范围内。

具体的工作为：（1）、先由监测装置根据蓄电池组的相关参数计算出每节蓄电池的平均电压Vave，可人工设置均衡均差值，也可使用默认值；（2）、监测装置对实时监测电路传输回的当前各节蓄电池电压值进行计算后与设置的均衡均差值进行比较，当差值大于设定的均差值后，监测装置下发均衡命令和平均电压值；（3）、均衡回路控制电路受到均衡命令后通过判断所监测蓄电池电压与平均电压大小后，控制均衡回路的通断；（4）、当电压高的蓄电池通过均衡回路放电后，便会使蓄电池组的组压降低，诱导充电机对蓄电池组充电，此时蓄电池组中没有开通均衡回路的电池（即电压低的电池）进入充电状态；（5）、根据设置的均差值对电池进行充放电，进入动态平衡。

2.2.3电压均衡回路意义

（1）、延长蓄电池使用寿命：解决了蓄电池组中各节蓄电池因电压差值过大产生的过充和欠充，动态的并将这种差值维持在一定的范围内，避免了蓄电池因过充和欠充造成的寿命缩短等问题；（2）、提高蓄电池组可靠性：以前的蓄电池组中因存在欠充的蓄电池会导致在对外供电或核对性放电时，无法达到蓄电池组设计的容量要求，电池电压的均衡是满足蓄电池容量的充分条件，从这个意义上讲，均衡回路保证了蓄电池组的可靠性，也保证了直流系统的可靠性；（3）、减轻人员维护负担、保护环境：由于均衡的自动化进行，维护人员可通过后台监测电压数据便可清晰得知当前电池的状态和均衡效果，减轻人员到现场维护的负担，同时由于延长了蓄电池组的更换周期，减少了旧电池对环境造成的影响。

三、结论

本文主要就电压均衡回路在变电站蓄电池在线监测装置的应用的课题，通过从可靠性、经济性、实用性等方面探讨了应用的可行性，能够很好解决现有蓄电池组因电压不均衡造成的蓄电池过充和欠充的问题，但是由于阀控式密闭铅酸蓄电池结构的复杂，在日常的维护工作中，不论是在维护理论还是测试设备上都需要不断的改进、完善，来确保蓄电池组的安全稳定的工作，不断提高知识水平，使电力系统更加安全、稳定、可靠运行，提升电力企业的良好社会形象。

参 考 文 献

[1] 术守喜.亓学广.陶鑫.刘惠萍，阀控式密封铅酸蓄电池的寿命及失效分析.《通信电源技术》， 2006年06期

[2] 胡信国.阀控式密封铅酸蓄电池的最新进展.《中国电池工业协会2002年学术交流会论文集》，89l[87l2002年

[3] 徐曼珍.论阀控式密封铅酸蓄电池的浮充.《通信电源技术》，1996年04期