倪苗升 陈晓彬
广东电网有限责任公司揭阳供电局
摘要：电力系统中，蓄电池组作为直流设备的备用电源，其实际运行的电池个数与充电监控器中的整定个数不一致会导致蓄电池长期处于过充电状态，严重损坏整组蓄电池质量。本文从站用直流系统的配置和充电整定原则，实际运维中电池组存在的过充隐患和误操作等方面论述，并基于现有的设备，提出一种实时判断个数不一致和断线的监测方法，对杜绝电池实际个数与整定个数不一致导致的严重后果进行探讨。
关键词：直流系统；电池个数；充电整定值；在线监测；断线监测。
一、站用直流系统的配置和充电整定原则
电力系统中，变电站采用直流系统为站内继电保护装置等直流设备提供可靠的工作电源。站用直流系统主要由充电机、蓄电池组、电池巡检仪、电流表、电压表、联络把手等部分组成。其中，充电机作为主供电源，正常运行时输出一定的直流电压，为全站直流负荷提供电源[1]；蓄电池组作为备用电源，正常运行时与充电机及直流负荷保持连接，当充电机发生故障时，由蓄电池提供直流电源，保证全站直流负荷在一定时间内保持正常运行。由于蓄电池组与充电机保持连接，平时充电机为直流负荷提供电源的同时，对蓄电池组进行浮充。每隔一段时间，充电机将从浮充状态自动转为均充状态[2]；巡检仪用于采集每一节电池的实时电压，用于检测电池组每一节的实时状态。每节正常的电池两端电压为2.25V左右，当某节电池被移除时，巡检仪采集到的该节电池电压为0V；电池组两端接入直流母线处有直流电压表，用于采集整组电池组的端电压。整定人员对充电机的浮充输出电压整定原则为：2.25V*蓄电池个数；均充输出电压整定原则为：2.35V*电池个数。
二、实际运维中电池组存在的过充隐患和误操作
蓄电池组要定期进行核容维护，当核容过程发现个别电池质量损坏严重时，必须把该电池退出运行。此时这组蓄电池组的实际电池个数少于额定个数，将导致以额定电池个数整定的电压值对非额定个数电池组进行长期的充电。
具体的，在110V直流系统的变电站中，蓄电池组额定电池数为54个/组。浮充电压整定为：2.25*54=121.5V；均充电压整定为：2.35*54=126.9V。假设在蓄电池核容检修过程中退出2个蓄电池且未及时补充。这时实际运行的电池个数为52个。在平时浮充状态下，每个电池实际承受的电压平均值为：121.5/52=2.34，接近均充状态（2.35V）。而自动转均充过程中，每个电池实际承受的电压平均值为：126.9/52=2.44V。意味着整组蓄电池在平时运行中实际上长期处于均充状态或者比均充更为严重的强制充电状态。这将严重影响整组蓄电池组的质量和使用寿命。
在实际运行中，容易发生以下两种误操作：①未核对实际运行电池，直接将按额定电池个数整定的定值输入值监控器执行；②个别电池退出运行时，未及时更改相应的浮充电压和均充电压等定值。以上任一种误操作都导致整组电池长期处于过充电状态，严重损坏电池质量和寿命，甚至引起保护拒动等严重事故事件。目前防止此种误操作的手段完全依靠定值执行人员的主观把控。急需一种防止蓄电池长期过充电的自动检测手段，在实际运行个数与整定个数不一致时发出告警，提醒工作人员及时处理。
3、实时判断个数不一致和断线的监测方法。
本文探讨一种能实现对蓄电池实际运行个数与整定个数是否不一致以及电池巡检仪是否发生断线的实时监测方法，原理叙述如下：
3.1利用电池巡检仪电压与直流电压表采集的电压两者结合，得出可靠的电池实际运行个数。
为防止巡检仪采集每节电池端电压的接线中发生个别断线（发生断线的该节蓄电池实际在运行中，但采集到的电压为0V），导致误判电池实际个数，本方案结合蓄电池组端电压与巡检仪采集到的每节端电压进行比较综合判断，即：Ux=U1+U2+……+UM，P=Ux/S，其中，Ux为巡检仪采集到的每节电池端电压之和，U1、U2、……、UM分别为巡检仪采集的各节电池电压值，P为巡检仪采集的电压不为0V的蓄电池端电压平均值，S为巡检仪采集的电压不为0V的蓄电池个数。
根据该电压和与电压表采集的整组蓄电池组端电压是否一致，判断巡检仪是否发生断线以及得出可靠的电池实际运行个数，原理如下：
①当┃Uh-Ux┃<W1时（即Uh与Ux一致），则巡检仪没有发生短线，此时电池实际运行个数Y=S；
②当┃Ux-Uh┃>=W1时（即Uh与Ux不一致），发出巡检仪断线告警。
其中，Ux为巡检仪采集的各电压之和，Uh为电压表读取的电池组端电压值，W1为较小误差值，用于判断Ux和Uh是否一致。此时，电池实际运行个数为电池组端电压与电池平均值之比，即：Y=Uh/P=Uh*S/（U1+U2+……+UM），其中，Y为电池实际运行个数，Uh为直流电压表采集的电池组端电压，P为巡检仪采集的电压不为0V的蓄电池端电压平均值。
下面以一个简单的例子来更好地说明和验证本方案的原理和效果：假设某组蓄电池额定个数为4个，电压分别为：2.24V，2.18V，1.70V,2.22V.经过电池核容检修，其中第3个电池退出运行。退出之后电压表读取的蓄电池组端电压为Uh=2.24+2.18+0+2.22=6.64V。本方案中的端电压误差值W1取1V，电池个数误差值W2取0.2个。电池巡检仪没有发生断线时，其采集到的蓄电池数据分别为：2.24V，2.18V，0V,2.22V.此时Ux=2.24+2.18+0+2.22=6.64=Uh，即巡检仪采集电压之和与电压表读数一致；则电池实际运行个数Y=3个（采集数据中不为0V的电池个数）。假设巡检仪第2个电池断线，其采集到的蓄电池数据分别为：2.24V，0V，0V，2.22V。此时Ux=2.24+0+0+2.22=4.46，┃Uh-Ux┃=（6.64-4.46）=2.18>W1，即巡检仪采集电压之和与电压表读数不一致，报巡检仪断线告警；此时采集到的数据中不为0V的电池平均电压P=（2.24+2.22）/2=2.23V，电池实际运行个数Y=Uh/2.23=6.64/2.23=2.98≈3个。
以上简单案例说明，不管电池巡检仪是否发生断线，本方案都能够可靠得出准确的电池实际运行个数。该案例中电池组只有四个电池，实际电池组有54个电池或者108个，个数越多，其精确性越高，越能准确得出电池实际个数。
3.2根据监测出的实际电池运行个数与整定值结合，判断是否不一致。
按照整定原则：浮充定值=2.25*电池个数；均充定值=2.35*电池个数。即整定电池个数=浮充定值/2.25。即：Z=F/2.25。其中，Z为整定电池个数，F为浮充电压整定值。在上述简单案例中，其整定的浮充电压F=2.25*4=9V，即整定电池个数Z=4个。利用实际电池个数与整定电池个数作比较，不一致时发出告警信号。即：当┃Z-Y┃>W2时，监控机发出电池个数不一致告警信号。其中，W2为较小误差值，用于判断Z与S是否一致。在上述简单案例中，┃Z-Y┃=（4-3）=1>W2，报电池个数不一致告警，提醒工作人员马上修改相关定值项。工作人员在移除运行中的电池之后，必须马上进行浮充电压与均充电压等相关定值的修改，否则，在上述简单案例中，浮充值9V加在实际运行的3个电池上，每个电池平均浮充电压3V，实际上处于严重过充状态，且长期存在，其整组所有电池的质量将迅速衰退。
4、总结
本方案利用巡检仪检测到的每节电池电压值之和与电池组电压互感器采集到的数值作比较，两者一致时说明电池巡检仪正常；两者不一致时说明巡检仪发生断线，并发出告警信号，实现在线判别电池巡检仪是否发生断线，在检测到断线时发出告警信号，从技术上防止电池巡检仪断线导致对个别电池检测不到位，影响直流系统安全运行。同时，当巡检仪发生断线时，根据电池组端电压除于采集到的电池电压中不为0的平均值得出实际运行个数，在线判别实际电池个数与整定个数是否一致，在检测到不一致时发出告警，从技术上防止电池个数不一致导致的整组电池长期处于均充甚至过充的状态。
参考文献：
[1]候运红，郭亚昌，苗梅.变电站直流系统配置方案的探讨[J].山西电力，2009(06).
[2]刘黎华，刘海梅. 浅析220kV及以下变电所直流系统的设计与选择[J].中小企业管理与科技，2010(12).