变电站蓄电池故障分析与检测技术探索

杨怡 欧阳明甫

（中国平煤神马集团电务厂 河南省平顶山市 467000）

变电站蓄电池故障分析与检测技术探索

杨怡 欧阳明甫

（中国平煤神马集团电务厂 河南省平顶山市 467000）

针对直流蓄电池在运行中不好检测故障的现状，分析了电池本身出现故障的原因，提出了在线检测电池内阻的方法，解决了变电站备用直流系统故障检测的技术难题。

蓄电池；故障；检测；内阻

引言

蓄电池是变电站直流系统重要的组成部分，它肩负着变电站操作、合闸、照明备用电源的重担，掌握蓄电池的健康状况，采取有效针对措施是蓄电池运行管理中非常重要的内容，也是提高直流系统安全可靠运行的重要环节。

在近几年的变电站维护中，蓄电池暴露出越来越多的故障，往往是电池已经坏死，我们才能发现，虽然未对系统造成影响，但却一直威胁着直流监控系统，对二次设备造成隐患，如何更早，更及时的检测电池性能，处理直流系统故障摆在了我们面前。

1 影响蓄电池故障分析

依照国家对厂家的技术标准，蓄电池的使用寿命应该在10年以上，但运行中，还受诸多因素限制，我们的电池，往往刚投运2～3年，就接连发生个别故障。影响电池寿命的主要因素如下：

1.1 环境温度

蓄电池在环境温度25℃时具有较长的使用寿命，随着温度的上升，极板腐蚀会慢慢加剧，有研究表明，随着温度的变化，电池容量有表1变化。

表1 电池容量随温度变化而变化

现运行变电站直流电池柜把温度控制在20～25℃。

1.2 充电电压

电池在长期过电压，电池出产时，标准电压要求220V，运行状态不超过230V，但是变电站设计电池电压取自合闸小母线，一般电压控制在243V，长期的过电压，电池的内部存在长期非正常运行状态，势必影响寿命。

1.3 频繁放电

在站内操作过程中，直流母线提供给直流电源，当操作过频繁，电流过大时，会从电池消耗电能，尤其是现在35kV的机构分合闸，每次操作，都会消耗电池电量，甚至出现过因为操作太多，不能合闸的现象。

1.4 不均匀性充放电

一组电池，当某些电池内阻增大，同样是均充、浮充，对个体的充电电压就不同，使内阻大的电池处在充电不饱和状态，它周围的电池处在过饱和状态。放电时由于大家串联，放的电又一样多。长期运行，出现“一颗老鼠屎坏一锅汤”的现象。

1.5 长期浮充电

长期的充电不放电，会造成阳极板钝化，电池内阻增大，影响电池容量。目前维护状况会根据国家电网《直流电源系统运行规范》及《直流电源系统检修规范》的要求，每年都会对蓄电池进行充放电试验。

2 蓄电池检测技术分析

由于运行环境受限，我们的电池或多或少的都会存在寿命下降，电池的故障检测常见方法有以下几种：

2.1 放电曲线对比法

测量正常电池的放电电压数据，做出曲线，以此基准线，对比其他待测电池。缺点是：人为制造放电，对负载造成不安全；电池放电次数多，也会间接减少寿命；日常监测一般是浅放电，不易发现隐患。

2.2 单体电压监测法

监测运行中，电池组中单体电压过高或者过低的电池。方法简单，缺点是：不能检测已坏，但未彻底坏的电池，看到电压异常的电池可能比较多，中间还包含了被带坏的电池。

2.3 瞬间大电流法

它是评估电池暂态放电能力的一种方法，但是代价高，危险性大。

总之，以上方法均难以发现轻度损坏的电池，并且难以确定哪些是被带坏的，哪些是带头坏的。我们现在运行的变电站直流系统都配有监视单元，其中包括母线电压监视、单体电压监视，浮充或均充电流监视。但是，实际运行中，往往还是发现不了电池本身的故障。根据文献和国内外大量试验得知，电池的故障与老化，都伴随着电池内阻发生变大，电阻的变化就成为电池好坏的重要参数依据，这种故障，靠每年的电池活化试验是远远不够的。

3 解决途径

目前，蓄电池监测技术大致上经历了三代产品：电池组总电压监测、电池单体电压监测、单体内阻监测。前两代技术已经满足不了设备的需求，要对内阻进行检测，我们建议采用交流法，它应该更便于电池内阻的测量，“放大交流信号比放大直流信号容易得多”，其原因是交流信号除受限于噪声外，几乎可无限放大，而直流信号的零点漂移与零点多级放大，严重限制了直流放大器的性能。因此，最好的直流放大器无一例外的采用斩波放大方案，即：先把直流输入信号斩波成交流信号，充分放大后再还原成直流信号输出。

与家用蓄电池相比，变电站蓄电池其体积、容量更大，所以内阻特别小，一般在毫欧姆级，甚至低到微欧姆级。所有等效阻抗的测量方法都应遵从欧姆定律：R=V/I，其中：I为加载电流，V为加载电流在被测对象上建立的电压，若加载电流I恒等于已知单位电流，那么V的采样值就刚好等于被测阻抗值，再经相位校正后可得被测纯电阻值。

万用表测量误差的根源在于：采样值V中含有加载电流I在触导电阻上建立的电压。显然，如果直接从被测电阻两端采样，采样值V将不再包括触导误差电压，这意味着V的电压采样线必须独立于I的电流加载线，因此，排除触导误差的关键是把测量线由二线改为四线，其技术实质是电流加载回路与电压采样回路的彻底分离。现在目前站上为检测电池单体电压，本身就接有四线，只是监控装置的软件没有功能，如果配合能够发送加载合适频率的电源，在不影响直流系统供电的前提下，是完全有可能实现电池内阻监视的。

4 结束语

蓄电池内部故障很难发现，如何尽早发现问题，解决问题是实现变电站安全供电的首要任务。根据前期的查阅规程及相关资料，并与厂家技术人员沟通，发现检测蓄电池内阻是发现蓄电池内部故障的有效办法。为应对此类问题能够早解决，在运行中提早发现设备隐患，就应该在变电站直流监控中引入内阻监视的单元。

把交流法的测试建立成一套蓄电池内阻在线实时监测系统，通过变电站后台监控系统实时查看蓄电池组的运行状态，通过设定合适的技术指标，做到实时控制和监测，才能彻底保证蓄电池安全稳定运行，同时还能减少人力物力的支出，实现变电站智能化。

[1]周志敏，周纪海，纪爱华.阀控式密封铅酸蓄电池实用技术[M].北京：中国电力出版社，2004.

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[3]江莉，李永富.精确测量蓄电池内阻方法的研究[J].蓄电池，2006.

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1004-7344（2016）14-0074-01

2016-4-29