蓄電池在線監(jiān)測自動(dòng)化及其實(shí)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(yán)重、迅速。整組電池充電的特性是，如電池組內(nèi)有一個(gè)或幾個(gè)內(nèi)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(shí)，老化電池因容量小，將很快充滿。充電器會(huì)誤以為整組電池已充滿而轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(shí)間縮短。如不定時(shí)檢測，及時(shí)找出老化電池給予調(diào)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(yùn)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(duì)性放電法。這種方法是將運(yùn)行中的蓄電池退出運(yùn)行，靜置24小時(shí)后，用電阻對(duì)蓄電池組進(jìn)行放電，放電電流控制在0.1C。每小時(shí)對(duì)整組電壓和單只蓄電池電壓進(jìn)行記錄，到規(guī)定時(shí)間內(nèi)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(shí)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(jìn)行退出處理，影響了核容的準(zhǔn)確性。
經(jīng)過總結(jié)多年的工作經(jīng)驗(yàn)以及查閱國內(nèi)外科技資料，我們發(fā)現(xiàn)蓄電池的內(nèi)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(nèi)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(yùn)行。這種方法具有簡單快捷、安全可靠的特點(diǎn)，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(nèi)阻在線監(jiān)測自動(dòng)化的工作原理
直流放電法測內(nèi)阻是一個(gè)接近蓄電池工作方式的測試方法,但蓄電池內(nèi)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(dá)到30A以上，才能準(zhǔn)確地測試電池組每塊電池的內(nèi)阻值。依此類推，我們?cè)囼?yàn)的直流放電電流高達(dá)30～70A，是由控制模塊(主機(jī))按編程信號(hào)順序接通每節(jié)電池向負(fù)載模塊(RTM)放電的閥門開關(guān)，每節(jié)電池向負(fù)載模塊大電流30～70A放電，時(shí)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(fù)載模塊(RTM)承載和采集放電電池的電流，DCM和RTM均有相應(yīng)的電壓和電流感應(yīng)器件，測定負(fù)載模塊斷開的瞬間的電壓差，據(jù)此計(jì)算出準(zhǔn)確的電池內(nèi)阻值（Rin=ΔV/I），DCM、RTM和控制模塊均有儲(chǔ)存記錄并將相關(guān)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(nèi)阻測量原理圖
3 試驗(yàn)結(jié)果分析
現(xiàn)場試驗(yàn)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(gè)變電站多個(gè)型號(hào)的部分蓄電池組設(shè)備進(jìn)行了內(nèi)阻與容量關(guān)系的測試研究工作。以佛山市220kV桃源站蓄電池組設(shè)備為例，求出容量的相關(guān)曲線和特性關(guān)系曲線圖，如圖2所示。
圖2 蓄電池內(nèi)阻定檢測試折線圖
由圖中可剔除出內(nèi)阻異常的＃19蓄電池單體。以在線監(jiān)測內(nèi)阻測試法，＃19蓄電池單體內(nèi)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(dòng)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(nèi)阻測試法則有較好的前瞻性，更為客觀、準(zhǔn)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(yùn)行。
從上面的測試結(jié)果看，可以用蓄電池內(nèi)阻在線監(jiān)測裝置代替蓄電池電壓巡檢裝置，蓄電池內(nèi)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(nèi)阻檔案，實(shí)時(shí)掌握蓄電池實(shí)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(nèi)阻測試技術(shù)的高級(jí)綜合應(yīng)用設(shè)備，這種系統(tǒng)的獨(dú)特之處是能對(duì)蓄電池存在的任何問題提供早期的預(yù)報(bào)。通過測試蓄電池內(nèi)阻的方法，系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢查到每個(gè)電池單體的情況，并可靠地預(yù)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(shí)時(shí)掃描采集與蓄電池有關(guān)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(nèi)阻和連接電阻。
2）控制模塊：連續(xù)查詢所有的DCM，存儲(chǔ)相關(guān)的數(shù)據(jù)、確定報(bào)警、控制內(nèi)阻測試并負(fù)責(zé)與外部的計(jì)算機(jī)通訊。
3）負(fù)載模塊(RTM)：這個(gè)模塊中帶有電源和控制電路，作為測試蓄電池內(nèi)阻時(shí)的負(fù)載。
BDS-256的配置是一個(gè)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(gè)DCM，每個(gè)DCM可監(jiān)測48節(jié)電池，每個(gè)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(gè)負(fù)載模塊。
5 SCT-200電池容量測試維護(hù)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(duì)整組容量測試不失為一種經(jīng)濟(jì)合理的折中方法。同時(shí)由于SCT-200有自動(dòng)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(yīng)用于蓄電池的抽檢和活化。
蓄電池的特性告訴我們，當(dāng)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(guān)鍵，它必須滿足控制母線直流負(fù)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(jìn)行了電池內(nèi)阻及電池容量的測試試驗(yàn)，結(jié)果表明無論采用BDS-256/MPM-100系統(tǒng)還是SCT-200系統(tǒng)進(jìn)行測試維護(hù)，相對(duì)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(hù)系統(tǒng)方法都是可行的。
在定期檢查時(shí)應(yīng)用SCT-200系統(tǒng)，比在用BDS-256/MPM-100系統(tǒng)時(shí)準(zhǔn)確度要好些，即偏離真實(shí)值的情況要少。
應(yīng)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(yīng)盡量避免再利用蓄電池電壓進(jìn)行換算，實(shí)際上蓄電池電壓進(jìn)行換算對(duì)運(yùn)行沒有太大的意義，而應(yīng)用蓄電池內(nèi)阻衡量蓄電池容量。
6 結(jié)語
蓄電池內(nèi)阻是影響蓄電池容量變化的一個(gè)重要因素。通過對(duì)大量現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出了用測量蓄電池內(nèi)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(shí)現(xiàn)了變電站蓄電池組容量在線監(jiān)測的自動(dòng)化。
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