变电站蓄电池日常监测原理缺陷的探讨

王会琳，阎显伟，刘文静，爨雨萌，朱刘升

（国网河南省电力公司 检修公司，河南 郑州 450000）

0 引 言

当变电站正常工作时，蓄电池一般会处于浮充电状态。如果变电站因为某些原因出现问题造成无法正常供电，蓄电池就会发挥出它的作用，保证变电站的日常运作。蓄电池使用的时间较久，就会出现电能转换率低下、蓄电池容量下降等问题，非常容易出现故障，进而影响变电站的正常运作。为了防止出现这种情况，对变电站蓄电池定期的进行监测维护是非常重要的一项工作。目前对变电站蓄电池的日常监测工作存在很大的缺陷问题，由于很难及时发现并解决蓄电池存在的故障问题，会造成蓄电池报废，因此必须对变电站蓄电池的日常监测进行创新完善。

1 变电站蓄电池的日常监测工作和监测方法阐述

目前，变电站使用的蓄电池一般都是阀控式铅酸蓄电池，在对这种蓄电池进行监测时主要有如下5个项目。一是整个电池的电压及单个电池的电压，测试工具为万用表。如果监测数据不正常，就需要深入分析所检测到的数据，并观察蓄电池的外部温度。二是电池的阻值和导电性，监测工具为内阻检测仪[1]。如果阻值过高，则要深入检查电压、电池的运行状态和温度，查看是否充电和放电过于饱和，电池是否老化。三是温度，测试工具是温度计，如果电池的温度超过95 ℃就要检查蓄电池的通风环境，查看是否存在短路等故障导致电池变热。四是外表，需要使用观察法对其进行查看，查看电池的外壳是否干净完整，螺母是否紧固。五是电池的容量，对电池进行监测需要做放电试验。检查单体的电池容量是否符合标准，电池的内部是否出现短路或者断路的现象，对蓄电池整体进行监测评估。

在对蓄电池进行检测维护时，为了保证变电站的安全性，不可以将蓄电池单独分离出来进行监测，而且监测花费力度也非常大，当前使用比较广泛的是利用在线监测系统对蓄电池进行监测。这种监测系统主要是由数据搜集装置、放电装置以及监测装置组成，可以对蓄电池的实时情况进行监测。对蓄电池阻值进行定期监测，也可以模拟静态放电对蓄电池的容量进行测试，通过以上种种数据分析综合的评估蓄电池的整体性能[2]。但是这种系统目前还存在一定的监测偏差，检测精准度不高、系统不稳定等问题层出不穷。结合实际的运行情况，对电压的测量存在的误差具有随机性，会和蓄电池的温度和储电量有一定的关系，还和检测工具的精准度有一定的关系。系统不稳定误报警的主要因素就是测量误差较大，测量时候出现回路故障。回路连接的保险管破损或者连接处接触不良都会造成检测数据出现误差，进而出现误报警的情况，这会给蓄电池检测维修人员带来很大的麻烦。

2 变电站蓄电池日常监测原理存在的缺陷

变电站蓄电池失效的主要原因就是内阻增大致使蓄电池的电压逐渐减小，进而出现反向电压影响电池正常运作，造成电池不能够满足负载电压的需求，最终导致出现电池失效和报废的情况。由于在线监测系统还存在一定的缺陷，在实际的检测过程开路电池很难被发现，尽管离线检测可以有效地对蓄电池是否开路进行检测，但是需要耗费大量的时间和力量，监测时也会对蓄电池造成一定的损伤[3]。所以，蓄电池的监测系统迫切需要改进。

低压直流系统的额定电压在浮动充电条件下为220 V/380 V。电池组（18节单电池）的电动势E为230 V，内部电阻R为2 Ω，正常单电池E1为12 V，内部电阻R1为1 Ω，负载电流Ih为5 A。然后，实际端子电压V1应为216 V。同时，将电池异常内阻和电动势设置为Rk和EK。图1为蓄电池在线监测原理示意图。

图1 蓄电池在线监测原理示意图

图1中，在正常条件下，电池充电电流I=0.22 A，电池端子电压为≈220 V＞V1，单个电池端子电压为12.22 V＞E1。可以看出，在线监测获得的运行参数与实际性能参数之间存在偏差。

在异常情况下，第K个电池的内部电阻从1 Ω增加到Rk，而电动势从12 V改变到EK。类似地，根据图1，电池充电电流I远远小于1 A，并且电池端子电压大于216 V，这与正常情况相似。当EK小于12 V且大于10 V时，单节电池的性能下降，并且难以判断结果。当EK小于10 V时，电池开始损坏，但是仍然很难判断结果。当EK为0且Rk为0时，端子电压过高，电池开路。

当两个电池的内部电阻增加并从1 Ω变为Rk，并且电动势也从原来的12 V变为EK时，其他条件保持不变。根据图1，电池充电电流I小于1 A，电池端电压大于216 V。单电池电压与正常值之间无显著差异，其结果基本上是类似于电池内部电阻的增加。当EK低于12 V且高于10 V时，电池的性能下降，并且不容易判断结果。当EK小于10 V时，电池开始损坏，但是仍然很难判断结果。当EK为0且Rk为1000时，端子电压过高，电池完全损坏[4]。

当18个电池的内部电阻从原来的1 Ω增大到Rk，并且电动势也从最初的12 V变为EK时，其他条件保持不变。类似地，根据图1，充电电流I远小于1 A，电池端子电压大于216 V，单个电池端子电压为12.22 V，这与正常情况一致。

通过上面的在线监测数据对比分析可以看出，变电站在运行时对蓄电池进行监测，无论电池是否存在问题故障，或者电池损坏，单从电压上都不能够进行合理的判断。此外，当一组蓄电池基本损坏时，监测结果却和正常情况下的结果更加接近。因此，这种在线监测端电压不易反映变电站蓄电池是否存在问题故障。

由于变电站一般使用的是阀控式铅酸蓄电池，因此在正常运作时，电池会处于限压限流的一种浮充状态。该种蓄电池的密封性比较好，电池内部的构造很难进行观察，只能通过核对性放电的形式对蓄电池的容量和内部的基本状态进行测量，但是使用核对性的放电形式测量方法需要将蓄电池从变电站蓄电池系统中分离出来，这是不提倡采用的，因为会进一步的对变电站的风险抵抗能力造成一定的影响。同时，检测的时间也比较长，精准度也没有保障。

随着电气技术和自动控制技术的不断发展，变电站监测设备不断进行创新，性能也越来越高，电力系统的构造也得到了一定的完善，问题出现的次数也有所减少。同时，低压直流系统冲击的负载也有所降低，蓄电池一般作为备用的能源很少有发挥的机会。由于长期不工作，电池的性能也会有所下降，在加上容量检测试验会对蓄电池造成很大的损害，如果不能够及时地对蓄电池的性能进行综合评估，不能及时更换已经损害的蓄电池，那么在变电站出现事故时就很难发挥出其应有的作用，进而引起重大的事故。所以，变电站蓄电池日常监测技术的创新完善非常重要。

3 变电站蓄电池日常监测的创新改进

为了在保证不使蓄电池和变电站系统分离的基础上，还可以做到对蓄电池的有效监测和电池容量检测，可以使用二极管对蓄电池的原理进创新完善，精准评估蓄电池的异常状态。具体的创新原理如图2所示。

图2 蓄电池日常监测原理创新示意图

在图2中，1和2都是表示开关，3是大功率的二极管，4是蓄电池放电开关，5是直流电检测表，6是较大阻值的电阻。

在变电站正常运作时，开关1是闭合状态，2和4是断开状态，这就是蓄电池的浮充状态。在对蓄电池进行监测时，先打开开关2，再断开开关1。同时，二极管是单向导电的元件，蓄电池的端电压比浮充电压低，所以充电和放点的电压为0，因此，二极管并不会因为电压过大出现击穿的情况，而且蓄电池自身也处于一个分离直流系统的状态。这样，在线监测系统所得到的数据就可以比较精准地反映蓄电池的性能，为蓄电池的监测和维护人员提供依据参考[5]。

如果想要检测蓄电池的电池容量，就要先打开放电开关4，这时的电流表上的数据就是放电的电流，通过蓄电池放电时的电流大小和正常情况下的进行对比，就可以获得电池容量的信息。这样就可以在不使蓄电池和变电站分离的情况下对蓄电池的容量进行检测。这不仅可以减少检测的时间周期，还可以很好地对蓄电池进行检测，提高变电站的安全系数。

在实际监控或放电测试过程中，由于充电机无法正常工作且无法输出电压，那么母线电压将降低。当母线电压低于电池电压时，开关2闭合，电池为母线供电，从而确保了系统供电的连续性。当总线电压恢复正常时，关闭开关1并断开开关2，电池可以正常工作。为了使其发挥作用，反向击穿电压要高于充电输出电压和电池之间的电压差，同时要确保其具有一定的冲击功率[6]。

4 结 论

变电站蓄电池出现故障的主要原因是内阻增加，进而造成蓄电池正向端的电压减小，最终导致电池放电时出现开路现象，导致蓄电池报废。电池的阻值、端电压以及容量等一些特征数据都可以反映蓄电池的当前性能，但是在实际的监测过程中，会因为监测原理的缺陷造成检测数据有一定的偏差，不能够精确地反映蓄电池的真实状态，因此需要对蓄电池监测原理进创新完善，并做好蓄电池出现故障时的应急措施。只有做到监测和预防同时进行，才可以提高变电站蓄电池的使用周期，在变电站出现故障时很好地发挥出其作用。