铅酸蓄电池充放电的监测和控制

林立鹏,郑晓玲，吴江一

(1.广东电网责任有限公司 佛山供电局， 广东 佛山 528000；2.国网重庆电力公司 江北供电分公司，重庆404100)

铅酸蓄电池充放电的监测和控制

林立鹏1,郑晓玲2，吴江一1

(1.广东电网责任有限公司 佛山供电局， 广东 佛山 528000；2.国网重庆电力公司 江北供电分公司，重庆404100)

随着我国经济的发展，对供电系统的稳定性要求越来越提高，进而提高了对变电站蓄电池及直流电源的要求。我国电力系统变电站所使用的蓄电池维护技术成本较高，效果也不太理想，最终影响了蓄电池的性能。本文分析了铅酸蓄电池充放电的监测和控制指标、蓄电池在线监测系统组成及系统应用的实际效果。

铅酸蓄电池；充放电；监测；控制

National Grid Chongqing Electricity Company，Chongqing 404100，China)

在变电站直流供电系统中，蓄电池的作用非常重要，其主要功能是为变电站的二次系统提供电力保障，使其更加稳定、安全、可靠，实现变电站的控制和保护，实现通信设备有序运行；所以，加强蓄电池的稳定性和充放电检测、控制，确保其提供给负载的实际容量，对电力设备的安全运行意义重大。在变电站直流系统中应用的铅酸蓄电池一般为阀控式密封铅酸蓄电池，由于阀控式密封结构比较特殊，因此对于蓄电池的运行状况不能准确把握，一旦蓄电池发生故障，将会给电力系统造成不可估量的损失。

由于蓄电池供电可靠性对电力系统的影响较大，因此很多电力企业采用先进的蓄电池监测方法确保蓄电池的正常运行。广东电网责任有限公司佛山供电局应用蓄电池在线监测系统对蓄电池的运行进行监测，以提高电力系统运行的稳定性。应用蓄电池在线监测系统之后，降低了工作人员的蓄电池运行维护工作量，并实时掌握蓄电池的运行状态和相关的性能变化，可以防患于未然，避免问题的发生，保证变电站直流系统运行的安全稳定性[1-2]。

1 铅酸蓄电池充放电的监测和控制指标分析

蓄电池的性能和使用寿命与蓄电池在工作时的电压、温度、充放电电流、内阻和容量有关。当蓄电池充电电压过大时，会加剧蓄电池内部水的电解反应，最终导致蓄电池干涸继而寿命终止，同时还会加剧腐蚀蓄电池内部正极板栅，损坏蓄电池内部结构；而蓄电池过度放电时，会生成大量硫酸铅，导致蓄电池电极钝化，失去供电作用；蓄电池内部温度过高，会出现热失控现象，导致内部硫酸流出来污染设备和环境。而当蓄电池充放电电流过大时，正极板收缩太快且不均，使正极板弯曲膨胀变形，影响蓄电池寿命；充电电流过小时，会导致蓄电池负极硫酸盐化，使其性能下降。在设计蓄电池监测系统时,可以将这些参数设置极限值,当检测到有蓄电池参数达到这些极限值时，给管理维护人员报警,可有效减少因蓄电池故障带来的损失。

通过上述分析可知，变电站蓄电池需要监测的指标较多，如充放电电流、蓄电池组的组电压、单体电池的内阻、电压和温度等数据。判断蓄电池使用寿命的长短往往是依据电池的剩余容量能否满足机房的基本工作要求。通过放电检测判断电池实际容量的方法风险极大，工作量大，且耗电费时，频繁地对蓄电池进行深放电还会降低自身容量；因此，深放电无法满足蓄电池定期维护的要求，所以一般采用其他方式进行，目前蓄电池在线监测系统的应用较为广泛[3]。

蓄电池在线监测系统应该具有下述功能：实时获得铅酸蓄电池组内阻、电压的相关信息，通过电池内阻、电池电压的测试，判断蓄电池性能趋势，及时发现蓄电池运行过程中潜在的问题，并自动对蓄电池进行在线维护，如在线对单体蓄电池的充电电压进行均衡调整。此外，系统还应该具有蓄电池组性能分析软件，基于蓄电池组电压离散性的蓄电池分析数学模块实现对蓄电池实际容量的计算，为远程蓄电池监测维护及查询分析提供有效的手段。

2 蓄电池在线监测系统组成

蓄电池在线监测系统主要包括直流互感器、主控模块和多个节点。系统主要对蓄电池的参数进行在线监测，如电压、内阻和电流、环境温度等。主控模板和电缆之间不直接相连，它们之间存在六芯扁平电缆，形成一个监测网。从电气设计方面来讲，主控模块与节点之间的交流通信是完全隔离的，测量数据通过节点模块进行读取，然后在主控模板的存储空间中进行缓存，此时，就能通过智能口查询系统的相关参数了，参数的输出通过液晶显示的方式实现，这就是在线监测系统的一个数据采集、输出过程[4]。

蓄电池参数信息采集层采集变电站的蓄电池信息，支持接入RS485和RS232两类串口信号，将采集的数据转化成RS-232信号，被主控制器单元识别、接收。直流电流互感器和蓄电池的充放电主回路相接，采集其充放电电流数据，经过A/D转换，直接传输到主控制器。将采集的数据和主控制器中设定的数据进行比较，如果采集的数据超出设定数据的范围值就会通过相应的软件进行调节，控制硬件操作，从而及时控制蓄电池。

主控模块负责接收和发送蓄电池数据，控制和显示现场状态。系统接收到蓄电池在线监测、直流电源充电装置信号之后，检查数据可信度，统一建模，存储并显示，发送到上位机。主控模块的数目可以根据实际需要设置多个，采集的信息经过处理之后存入数据库，分析直流设备状态和蓄电池的性能[5-7]。

主控模块对各个子程序进行控制时，通过调用各个模块的子函数实现数据采集的后处理、系统初始化、故障管理、SOC估算、通信调试及数据发送等。系统主控制板和上位机之间通过通信模块实现蓄电池的数据传输。

该系统为用户提供了标准RS485和RS232两种不同的接口通信，同时与管理中心的计算机连接形成另一个远程分布式的检测系统。管理中心的计算机(也就是监测主机)是该系统的信息交互接口，对外展示蓄电池的充放电等信息。工作人员可以通过监测主机定时发布信息，并完成相关的报表，方便蓄电池相关参数信息的使用。监测主机接收电池电压数字信号后，采用CPU对其进行分析和处理，并显示相关的处理结果。在运行状态下，蓄电池一旦发生异常，会发出警报。在放电状态下，计算机监测放电程序和电池的放电特性，判别蓄电池的好坏，显示判别结果，找出失效电池并自动终止放电，可应用蓄电池组性能分析软件对蓄电池的实际容量进行计算。

3 系统实际应用分析

蓄电池在线监测系统的主站端机房的运行环境如下：相对湿度为≤20%～70%；机房温度为10～40 ℃(空调设备故障)，16～26 ℃(空调设备运行)；供电电源为交流(220±2%)V，接地电阻为≤0.5 Ω；UPS电源正常时，频率为(50±0.2%)Hz，UPS电源故障时，交流为(220±5%)V , 频率为(50±0.5%)Hz ；防干扰，防尘。蓄电池在线监测系统在广东电网责任有限公司佛山供电局运行之后，能够实时在线监测铅蓄电池的充放电过程，显示蓄电池的运行状态。蓄电池实时数据界面如图1所示。

图1 蓄电池实时数据界面

运行期间，系统的性能较好，能够准确监测蓄电池的相关数据，表现出一定的稳定性和准确性。以其中1组蓄电池的监测电压和内阻数据为例进行说明，其测量数据见表1。

表1 变电站蓄电池的电压和电阻测量数据对比

从表1可以看出，蓄电池在线监测系统采集的蓄电池电压和内阻的测量数据与人工用蓄电池内阻(容量)测试仪等采集的数据相比，系统监测数据的准确性较高，并且运行十分稳定，可以降低由人工测量带来的数据的偏差；因此，该系统可作为蓄电池监测的主要系统，降低了工作人员的工作量。该系统在变电站运行期间十分稳定，很少出现故障，但是应注意系统的日常维护，只有系统维护好，才能实现对蓄电池的在线监测、诊断和报警。蓄电池在线监测系统通过丰富的图表实现了对蓄电池的远程监控，并能直观地反映蓄电池的运行状况。系统具有报警功能，可以减少排查故障所花费的时间，使蓄电池一直处于良好的工作状态。在线生成的蓄电池内阻测试和性能分析报告节省了测试蓄电池电压及内阻的时间，减少了用工成本，而且，变电站交直流在线监测系统所具有的数据查询、用户管理、报表管理、实时通信、参数管理、录波浏览和系统设置等人性化功能，缓解了巡视和维护人员的工作强度，提高了维护工作效率。

4 结语

变电站蓄电池充放电的在线监测和管理对于直流设备和变电站蓄电池的统一管理与监控非常有利，能够实现信息化、智能化和网络化的维护与管理，为变电站蓄电池的管理工作提供了便利，是一种良好的监测管理手段。通过分析系统采集的蓄电池的参数，可以详细掌握其运行状态，发现其存在的故障隐患，早期诊断，并采取相应的预防控制措施，提高对直流系统的维护水平，有效保障了电力设备的稳定运行，提高了电网的稳定性，降低了电力系统的损失。为了完善系统的功能，使监测更加精确，在线蓄电池监测系统还需要对其进行进一步的研究和改进，并扩充系统的相应辅助功能。今后的研究主要包含下述2个方面：1)扩充系统蓄电池的监测组数，实现对多个变电站的蓄电池组同时进行监测，对这些蓄电池进行统一管理；2)采集大量蓄电池的参数数据之后，能够建立相应的数学模型来表明蓄电池的充放电变化曲线和剩余电量与蓄电池内阻之间的关系，并研究新的算法，使其更加精准地算出蓄电池的预期使用寿命和剩余电量，从而对蓄电池的健康状态进行准确判断。

[1] 杜爱宾,刘延泉.关于蓄电池在线监测系统的研究[J].电子测量技术,2009(10):95-99.

[2] 王强,谢永成,李光升,等.铅酸蓄电池内阻在线测量方法的研究[J].通信电源技术,2010(5):59-61.

[3] 李运涛,曹建刚,董志强,等.蓄电池内阻检测方法研究与实现[J].火炮发射与控制学报,2012(4):59-62.

[4] 刘险峰,倪洪权,张旭,等.蓄电池容量在线检测研究[J].通信电源技术,2009,26(3):51-54.

[5] 黄怡然.基于监控系统的蓄电池容量检测的研究[J].通信电源技术,2007,24(4):21-23.

[6] 沈江，张文斌，全小红,等. 钛酸锂电池荷电状态的试验研究[J].新技术新工艺，2014(1):102-105.

[7] 倪静，祝小冬，陈华,等. Ni-MH电池化成方法的研究[J].新技术新工艺，2014(1):112-115.

责任编辑李思文

液力变矩器工作轮铸造工艺研究项目取得成功

为了提高综合传动装置中的关键零件涡轮、泵轮的制造水平和铸件质量，中国兵器工业集团江麓公司技术中心在2014年开展了“液力变矩器工作轮覆膜砂组合砂芯铸造工艺研究”。经过近一年的努力工作，该项目现已取得一定成效，并通过公司专家组的验收。

“液力变矩器工作轮覆膜砂组合砂芯铸造工艺研究”，首先，进行了铸造工装CAD/CAM设计制造工作，建立了零件三维数字模型、铸件三维数字模型和铸造工装三维数字模型，确保了模具的精度；其次采用覆膜砂芯组合工艺解决了叶片不能拔模的问题，并淘汰了对员工有毒害作用的重金属铋的使用，提高了叶形的一致性。同时优化了铸件的浇注工艺，解决了铸件的缺陷问题。铸造室技术人员还研发了一种专用涂料，提高了铸件的表面质量。通过缩短工艺流程，采取制芯、浇注机械化，生产效率提高50%以上。

——摘自中国兵器工业集团公司网

BatteryChargeandDischargeMonitoringandControl

LIN Lipeng1，ZHENG XiaoLing2，WU Jiangyi1

(1.Foshan Power Supply Bureau, Guangdong Grid Co., Ltd., Foshan 528000, China；2.Jiangbei Power Supply Bureau，

As China's economic development, stability requirements of the power supply system has been increased, thereby increasing the substation batteries and DC power requirements. However, the battery power system substation application of high technology maintenance costs, the effect is not ideal, and ultimately affects the performance of the battery. Therefore, the paper analyzed the monitoring and control of lead-acid battery charge and discharge indicator, battery-line monitoring system components and the actual effect of system applications.

lead-acid battery, charge and discharge, monitoring, control

TM 912

：A

林立鹏(1973-)，男，高级工程师，高级技师，主要从事继电保护安装、调试、运行和维护等方面的研究。

2015-01-15