楊怡 歐陽明甫

（中國平煤神馬集團(tuán)電務(wù)廠 河南省平頂山市 467000）

變電站蓄電池故障分析與檢測技術(shù)探索

楊怡 歐陽明甫

（中國平煤神馬集團(tuán)電務(wù)廠 河南省平頂山市 467000）

針對直流蓄電池在運(yùn)行中不好檢測故障的現(xiàn)狀，分析了電池本身出現(xiàn)故障的原因，提出了在線檢測電池內(nèi)阻的方法，解決了變電站備用直流系統(tǒng)故障檢測的技術(shù)難題。

蓄電池；故障；檢測；內(nèi)阻

引言

蓄電池是變電站直流系統(tǒng)重要的組成部分，它肩負(fù)著變電站操作、合閘、照明備用電源的重?fù)?dān)，掌握蓄電池的健康狀況，采取有效針對措施是蓄電池運(yùn)行管理中非常重要的內(nèi)容，也是提高直流系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。

在近幾年的變電站維護(hù)中，蓄電池暴露出越來越多的故障，往往是電池已經(jīng)壞死，我們才能發(fā)現(xiàn)，雖然未對系統(tǒng)造成影響，但卻一直威脅著直流監(jiān)控系統(tǒng)，對二次設(shè)備造成隱患，如何更早，更及時(shí)的檢測電池性能，處理直流系統(tǒng)故障擺在了我們面前。

1 影響蓄電池故障分析

依照國家對廠家的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，蓄電池的使用壽命應(yīng)該在10年以上，但運(yùn)行中，還受諸多因素限制，我們的電池，往往剛投運(yùn)2～3年，就接連發(fā)生個(gè)別故障。影響電池壽命的主要因素如下：

1.1 環(huán)境溫度

蓄電池在環(huán)境溫度25℃時(shí)具有較長的使用壽命，隨著溫度的上升，極板腐蝕會(huì)慢慢加劇，有研究表明，隨著溫度的變化，電池容量有表1變化。

表1 電池容量隨溫度變化而變化

現(xiàn)運(yùn)行變電站直流電池柜把溫度控制在20～25℃。

1.2 充電電壓

電池在長期過電壓，電池出產(chǎn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電壓要求220V，運(yùn)行狀態(tài)不超過230V，但是變電站設(shè)計(jì)電池電壓取自合閘小母線，一般電壓控制在243V，長期的過電壓，電池的內(nèi)部存在長期非正常運(yùn)行狀態(tài)，勢必影響壽命。

1.3 頻繁放電

在站內(nèi)操作過程中，直流母線提供給直流電源，當(dāng)操作過頻繁，電流過大時(shí)，會(huì)從電池消耗電能，尤其是現(xiàn)在35kV的機(jī)構(gòu)分合閘，每次操作，都會(huì)消耗電池電量，甚至出現(xiàn)過因?yàn)椴僮魈?，不能合閘的現(xiàn)象。

1.4 不均勻性充放電

一組電池，當(dāng)某些電池內(nèi)阻增大，同樣是均充、浮充，對個(gè)體的充電電壓就不同，使內(nèi)阻大的電池處在充電不飽和狀態(tài)，它周圍的電池處在過飽和狀態(tài)。放電時(shí)由于大家串聯(lián)，放的電又一樣多。長期運(yùn)行，出現(xiàn)“一顆老鼠屎壞一鍋湯”的現(xiàn)象。

1.5 長期浮充電

長期的充電不放電，會(huì)造成陽極板鈍化，電池內(nèi)阻增大，影響電池容量。目前維護(hù)狀況會(huì)根據(jù)國家電網(wǎng)《直流電源系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)范》及《直流電源系統(tǒng)檢修規(guī)范》的要求，每年都會(huì)對蓄電池進(jìn)行充放電試驗(yàn)。

2 蓄電池檢測技術(shù)分析

由于運(yùn)行環(huán)境受限，我們的電池或多或少的都會(huì)存在壽命下降，電池的故障檢測常見方法有以下幾種：

2.1 放電曲線對比法

測量正常電池的放電電壓數(shù)據(jù)，做出曲線，以此基準(zhǔn)線，對比其他待測電池。缺點(diǎn)是：人為制造放電，對負(fù)載造成不安全；電池放電次數(shù)多，也會(huì)間接減少壽命；日常監(jiān)測一般是淺放電，不易發(fā)現(xiàn)隱患。

2.2 單體電壓監(jiān)測法

監(jiān)測運(yùn)行中，電池組中單體電壓過高或者過低的電池。方法簡單，缺點(diǎn)是：不能檢測已壞，但未徹底壞的電池，看到電壓異常的電池可能比較多，中間還包含了被帶壞的電池。

2.3 瞬間大電流法

它是評估電池暫態(tài)放電能力的一種方法，但是代價(jià)高，危險(xiǎn)性大。

總之，以上方法均難以發(fā)現(xiàn)輕度損壞的電池，并且難以確定哪些是被帶壞的，哪些是帶頭壞的。我們現(xiàn)在運(yùn)行的變電站直流系統(tǒng)都配有監(jiān)視單元，其中包括母線電壓監(jiān)視、單體電壓監(jiān)視，浮充或均充電流監(jiān)視。但是，實(shí)際運(yùn)行中，往往還是發(fā)現(xiàn)不了電池本身的故障。根據(jù)文獻(xiàn)和國內(nèi)外大量試驗(yàn)得知，電池的故障與老化，都伴隨著電池內(nèi)阻發(fā)生變大，電阻的變化就成為電池好壞的重要參數(shù)依據(jù)，這種故障，靠每年的電池活化試驗(yàn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

3 解決途徑

目前，蓄電池監(jiān)測技術(shù)大致上經(jīng)歷了三代產(chǎn)品：電池組總電壓監(jiān)測、電池單體電壓監(jiān)測、單體內(nèi)阻監(jiān)測。前兩代技術(shù)已經(jīng)滿足不了設(shè)備的需求，要對內(nèi)阻進(jìn)行檢測，我們建議采用交流法，它應(yīng)該更便于電池內(nèi)阻的測量，“放大交流信號(hào)比放大直流信號(hào)容易得多”，其原因是交流信號(hào)除受限于噪聲外，幾乎可無限放大，而直流信號(hào)的零點(diǎn)漂移與零點(diǎn)多級(jí)放大，嚴(yán)重限制了直流放大器的性能。因此，最好的直流放大器無一例外的采用斬波放大方案，即：先把直流輸入信號(hào)斬波成交流信號(hào)，充分放大后再還原成直流信號(hào)輸出。

與家用蓄電池相比，變電站蓄電池其體積、容量更大，所以內(nèi)阻特別小，一般在毫歐姆級(jí)，甚至低到微歐姆級(jí)。所有等效阻抗的測量方法都應(yīng)遵從歐姆定律：R=V/I，其中：I為加載電流，V為加載電流在被測對象上建立的電壓，若加載電流I恒等于已知單位電流，那么V的采樣值就剛好等于被測阻抗值，再經(jīng)相位校正后可得被測純電阻值。

萬用表測量誤差的根源在于：采樣值V中含有加載電流I在觸導(dǎo)電阻上建立的電壓。顯然，如果直接從被測電阻兩端采樣，采樣值V將不再包括觸導(dǎo)誤差電壓，這意味著V的電壓采樣線必須獨(dú)立于I的電流加載線，因此，排除觸導(dǎo)誤差的關(guān)鍵是把測量線由二線改為四線，其技術(shù)實(shí)質(zhì)是電流加載回路與電壓采樣回路的徹底分離?，F(xiàn)在目前站上為檢測電池單體電壓，本身就接有四線，只是監(jiān)控裝置的軟件沒有功能，如果配合能夠發(fā)送加載合適頻率的電源，在不影響直流系統(tǒng)供電的前提下，是完全有可能實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)阻監(jiān)視的。

4 結(jié)束語

蓄電池內(nèi)部故障很難發(fā)現(xiàn)，如何盡早發(fā)現(xiàn)問題，解決問題是實(shí)現(xiàn)變電站安全供電的首要任務(wù)。根據(jù)前期的查閱規(guī)程及相關(guān)資料，并與廠家技術(shù)人員溝通，發(fā)現(xiàn)檢測蓄電池內(nèi)阻是發(fā)現(xiàn)蓄電池內(nèi)部故障的有效辦法。為應(yīng)對此類問題能夠早解決，在運(yùn)行中提早發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，就應(yīng)該在變電站直流監(jiān)控中引入內(nèi)阻監(jiān)視的單元。

把交流法的測試建立成一套蓄電池內(nèi)阻在線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，通過變電站后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)查看蓄電池組的運(yùn)行狀態(tài)，通過設(shè)定合適的技術(shù)指標(biāo)，做到實(shí)時(shí)控制和監(jiān)測，才能徹底保證蓄電池安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)還能減少人力物力的支出，實(shí)現(xiàn)變電站智能化。

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2016-4-29