蓄电池故障预警装置在变电站的应用(1)

一、引言

在电力系统和计算机网络高度发达的社会，为避免电力异常带来的服务中断，除尽可能提高供电系统可靠性外，在很多场合都使用蓄电池来提供不间断电源供应，避免意外停电带来的影响，在电力系统内部的直流供电系统中更是大量使用蓄电池。

电力系统中使用最多的蓄电池是阀控铅酸蓄电池(Valve Regulated Lead Acid Battery—下面简称VRLAB)，它也是目前最为广泛应用的蓄电池。

VRLAB采用了阴极吸收技术，因而在运行中无需加水维护，在进入市场的初期，VRLAB被称为“免维护”电池，而且宣称使用寿命可达到10-15年。VRLAB的出现给整个蓄电池行业带来了一场革命，引发各行各业特别是电力与通信行业对VRLA电池的巨大需求。

在经过十年多的VRLAB的大量应用过程中，VRLAB显露了一些缺点，其使用寿命并没有达到人们的预期。有关资料表明，VRLAB在使用3-4年后，很大一部分电池组就难以通过容量检测，少数能超过6年。在实际使用中，只有很少用户能够真正具备条件定期检查蓄电池并对蓄电池作定期容量测试，很多情况下是在市电停电后才发现蓄电池损坏或放电容量达不到设计要求，因此造成的停电损失巨大。

海南电网海口供电局下属变电站中分布了各类VRLAB两万多节。在实际的使用过程中，很多蓄电池在使用了4-5年后都不能通过核对性容量放电。为了提高海口供电局维护蓄电池的能力，有效延长蓄电池的使用寿命。海口供电局于2009年1月在下辖220kV变电站采用了由鼎尔特公司开发的DLT_B8500型蓄电池故障预警装置，帮助维护人员掌握蓄电池的性能情况，及时更换落后蓄电池。

二、测量原理

测量阀控鉛酸蓄电池端电压无法反映电池的实际容量特性，而通过测量内阻能够立即判断严重失效的电池或存在连接问题的电池,给出报警信息。阻抗分析是电化学研究中的常用方法，是电池性能研究和产品设计的必要手段。

备用场合使用的VRLAB一般容量很大，在几十到数千安时，电池的内阻值很小，随电池容量的增大，内阻减小，例如3000Ah的电池，其内阻值一般在30-50微欧。由于阻值低，电池正负极输出直流电压，要准确测量内阻是有一定难度的，尤其是在线测量时电池端存在充电纹波和负载变动时的动态变化。采用交变频谱法测量有效的解决了由于充电机纹波和负载变动造成的测量不准的问题。

当使用受控电流时，ΔI = Imax Sin(2πft),产生的电压响应为：

ΔV = Vmax Sin(2πft + φ)

若使用受控电压激励，ΔV = Vmax Sin(2πft),产生的电流响应为：

ΔI = Vmax Sin(2πft - φ)

两种情况的阻抗均为：

即阻抗是与频率有关的复阻抗，其模 |Z|= Vmax/Imax, 相角为φ。

从理论上讲，向电池馈入一个交流电流信号，测量由此信号产生的电压变化即可测得电池的内阻。

R = Vav/Iav

式中 Vav----为检测到交流信号的平均值;

Iav ---- 为馈入交流信号的平均值

在实际使用中，由于馈入信号的幅值有限，电池的内阻在微欧或毫欧级，因此，产生的电压变化幅值也在微欧级，信号容易受到干扰。尤其是在线测量时，受到的影响更大，采用基于数字滤波器的内阻测量技术和同步检波方法可以部分克服外界干扰，获得比较稳定的内阻数据。

同步检波方法电路结构简单，如图-1所示，由时钟触发同步激励信号和检波电路的相位。

从测量准确度和测量方法上来说，此法不仅可以准确测量出蓄电池的欧姆电阻，而且还可以测量出蓄电池的极化电阻，客观的反应了蓄电池的容量和寿命的综合指标，是国际上认可的方法。

装置由控制单元、检测模块、内阻模块、相关软件和辅助部件构成，一个控制单元可接入多个检测模块，完成对不同只数和不同电压规格的蓄电池组的监测管理。