蓄電池在線監(jiān)測自動化及其實現(xiàn)
引言
閥控式鉛酸蓄電池（VRLA）中，由于電解液比重較大，使用中浮充電流也大，因而電極腐蝕較為嚴重、迅速。整組電池充電的特性是，如電池組內有一個或幾個內阻變大的老化電池，其容量必然變小，充電器給電池組充電時，老化電池因容量小，將很快充滿。充電器會誤以為整組電池已充滿而轉為浮充狀態(tài)，以恒定電壓和小電流給電池組充電。其余狀態(tài)良好的電池不可能充滿。電池組將以老化電池的容量為標準進行充放電，經(jīng)多次浮充—放電—均充—放電—浮充的惡性循環(huán)，容量不斷下降，電池后備時間縮短。如不定時檢測，及時找出老化電池給予調整，電池組的容量將變小，電池壽命縮短，影響系統(tǒng)的高效安全運行。因此，電池和電池組的定期檢測和在線檢測是非常重要和必須的，是備用電源系統(tǒng)中非常重要而又往往被人們忽視的重要環(huán)節(jié)，也是本文要解決的首要問題。
1 變電站蓄電池組容量檢測的常用方法
變電站蓄電池組容量檢測，一般采用核對性放電法。這種方法是將運行中的蓄電池退出運行，靜置24小時后，用電阻對蓄電池組進行放電，放電電流控制在0.1C。每小時對整組電壓和單只蓄電池電壓進行記錄，到規(guī)定時間內蓄電池電壓在額定終止電壓之上為合格，在額定終止電壓之下為不合格。以上核容方法時間長，在放電過程中如果發(fā)現(xiàn)某只電池電壓不合格，需停止放電進行退出處理，影響了核容的準確性。
經(jīng)過總結多年的工作經(jīng)驗以及查閱國內外科技資料，我們發(fā)現(xiàn)蓄電池的內電阻能反映出蓄電池的容量。因而可以通過測量蓄電池的內阻數(shù)據(jù)，分析出蓄電池容量是否合乎要求，這種檢測方法很簡單，不需要將電池退出運行。這種方法具有簡單快捷、安全可靠的特點，因而可以用蓄電池容量檢測儀核容方法取代電阻放電核容方法。
2 蓄電池組內阻在線監(jiān)測自動化的工作原理
直流放電法測內阻是一個接近蓄電池工作方式的測試方法,但蓄電池內阻很小,從幾十μΩ到幾百μΩ(12V的蓄電池一般為1～3mΩ)，測試電流要達到30A以上，才能準確地測試電池組每塊電池的內阻值。依此類推，我們試驗的直流放電電流高達30～70A，是由控制模塊(主機)按編程信號順序接通每節(jié)電池向負載模塊(RTM)放電的閥門開關，每節(jié)電池向負載模塊大電流30～70A放電，時間為3.25s。放電過程由數(shù)據(jù)采集模塊(DCM)監(jiān)測和采集電池的通斷電壓（放電電壓穩(wěn)定后的瞬間斷電壓差)，負載模塊(RTM)承載和采集放電電池的電流，DCM和RTM均有相應的電壓和電流感應器件，測定負載模塊斷開的瞬間的電壓差，據(jù)此計算出準確的電池內阻值（Rin=ΔV/I），DCM、RTM和控制模塊均有儲存記錄并將相關的數(shù)據(jù)以圖表和數(shù)字的方式，直觀地在PC終端上顯示出來。
圖1是測試中電壓、電流的變化曲線。圖1中ΔV=V2－V1=2.088－2.061=0.027V，I=72A則Rin=ΔV/I=0.027/72=375μΩ。
圖1 內阻測量原理圖
3 試驗結果分析
現(xiàn)場試驗主要抽取了佛山地區(qū)220kV桃源變電站、220kV都寧變電站、110kV石灣變電站、和10kV建新分站等4個變電站多個型號的部分蓄電池組設備進行了內阻與容量關系的測試研究工作。以佛山市220kV桃源站蓄電池組設備為例，求出容量的相關曲線和特性關系曲線圖，如圖2所示。
圖2 蓄電池內阻定檢測試折線圖
由圖中可剔除出內阻異常的＃19蓄電池單體。以在線監(jiān)測內阻測試法，＃19蓄電池單體內阻為781μΩ，特性明顯。然而用以往的電壓測試法，＃19蓄電池單體電壓為1.3V，屬正常波動范圍，特性模糊。重新測量＃19蓄電池單體容量為120A·h，容量已超出額定范圍，可見用以往的電壓測試法不能有效剔除早期容量異常的蓄電池，存在安全隱患。而在線監(jiān)測內阻測試法則有較好的前瞻性，更為客觀、準確地反映蓄電池單體容量特性，確保后備電源系統(tǒng)可靠、安全、高效運行。
從上面的測試結果看，可以用蓄電池內阻在線監(jiān)測裝置代替蓄電池電壓巡檢裝置，蓄電池內阻在線監(jiān)測裝置能真正反映蓄電池容量的變化，建立完善的蓄電池內阻檔案，實時掌握蓄電池實際容量的變化。
4 BDS-256/MPM-100蓄電池智能監(jiān)控系統(tǒng)
BDS-256/MPM-100蓄電池智能監(jiān)控系統(tǒng)是利用內阻測試技術的高級綜合應用設備，這種系統(tǒng)的獨特之處是能對蓄電池存在的任何問題提供早期的預報。通過測試蓄電池內阻的方法，系統(tǒng)能夠自動檢查到每個電池單體的情況，并可靠地預測出它們的性能。BDS-256/MPM-100的系統(tǒng)框圖如圖3所示，它主要由以下部分組成：
圖3 BDS-256/MPM-100系統(tǒng)方框圖
1）數(shù)據(jù)采集模塊(DCM)：實時掃描采集與蓄電池有關參數(shù)，如總電壓、總電流、電池電壓和溫度等；定期測試并采集電池的內阻和連接電阻。
2）控制模塊：連續(xù)查詢所有的DCM，存儲相關的數(shù)據(jù)、確定報警、控制內阻測試并負責與外部的計算機通訊。
3）負載模塊(RTM)：這個模塊中帶有電源和控制電路，作為測試蓄電池內阻時的負載。
BDS-256的配置是一個柔性配置系統(tǒng)，單體電壓2～16V，整組電壓24～720V，每組電池可以使用多個DCM，每個DCM可監(jiān)測48節(jié)電池，每個控制器可支持8組（每組256節(jié)）電池或128/DCM，每組電池需要一個負載模塊。
5 SCT-200電池容量測試維護系統(tǒng)
在現(xiàn)場一般使用BDS-256/MPM-100智能監(jiān)控系統(tǒng)作為電池的檢測和在線監(jiān)測，查找出弱電池，再用SCT-200來測試該單體的容量，以確定該組電池的容量。這種測試，相對整組容量測試不失為一種經(jīng)濟合理的折中方法。同時由于SCT-200有自動切換連續(xù)充放電功能，所以我們也用于激活電池。SCT-200通常應用于蓄電池的抽檢和活化。
蓄電池的特性告訴我們，當放電電流越大，蓄電池電壓下降就越快。因此，蓄電池組容量是關鍵，它必須滿足控制母線直流負載的用電電壓要求。
我們用BDS-256/MPM-100和SCT-200兩種系統(tǒng)分別進行了電池內阻及電池容量的測試試驗，結果表明無論采用BDS-256/MPM-100系統(tǒng)還是SCT-200系統(tǒng)進行測試維護，相對偏差滿足－30％≤B≤30％的概率都大于70％，所以可以說兩種電池容量測試維護系統(tǒng)方法都是可行的。
在定期檢查時應用SCT-200系統(tǒng)，比在用BDS-256/MPM-100系統(tǒng)時準確度要好些，即偏離真實值的情況要少。
應用SCT-200系統(tǒng)，則更方便簡捷一些。
綜上所述，兩種方法都是可行的，但應盡量避免再利用蓄電池電壓進行換算，實際上蓄電池電壓進行換算對運行沒有太大的意義，而應用蓄電池內阻衡量蓄電池容量。
6 結語
蓄電池內阻是影響蓄電池容量變化的一個重要因素。通過對大量現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行分析，得出了用測量蓄電池內阻的方法判斷蓄電池的容量。通過BDS-256/MPM-100系統(tǒng)和SCT-200系統(tǒng)，實現(xiàn)了變電站蓄電池組容量在線監(jiān)測的自動化。
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