摘要：变电站内各类设备的日常直流供电是由直流系统将交流电转化后实现的，在正常运行期间，蓄电池组处于浮充电状态，实际不带负载，仅在发生事故导致全站交流系统失电的情况下，蓄电池组才作为变电站的应急电源为设备提供直流电源，蓄电池组的稳定供电是迅速处理事故、恢复电网运行的重要保证。本文提出了以并联智能蓄电池模块为核心，通过升压后并联的方式，取代串联式接线，为负载提供直流供电，解决了传统方式下的诸多问题，有效提升了直流系统运行的可靠性。
关键词：变电站；蓄电池；并联；智能模块
1导言
根据统计，每年由于交流系统失电，改为暂由蓄电池组提供应急直流电源的变电站数量仅为很小一部分，在这很少的数量中，因为蓄电池组故障而引起的全站直流失电事故仍时有发生，从概率的角度讲，蓄电池组目前并不可靠。
2直流系统接线方式
变电站中直流系统的接线方式有以下几种：单母线接线方式、单母线分段接线方式、互联的单母线接线等，被广泛采用的多为单母线分段接线方式。单母线分段接线方式根据直流系统与蓄电池组及充电装置的连接方法不同，又分为两组蓄电池、两套充电装置的单母线分段接线以及两组蓄电池、三套装置设备的单母线分段接线，对充电设备来说，可以选择三套充电设备的容量一样，也可以选择其中的两套容量一样另外一套不一样。正常运行状况下，一段直流母线连接一组蓄电池和一套充电设备，另外一套充电设备作为备用通过双向转换开关可以选择连接到直流Ⅰ母线或Ⅱ母，另外作为其它两套充电设备的备用设备，备用充电设备也可以对任意一组蓄电池进行充电。
单母线分段，两组蓄电池，三套充电装置的接线特点是直流系统采用该方式运行时，连接在Ⅰ、Ⅱ段直流母线间的联络开关，系统正常运行时处于断开状态，一组蓄电池各为一段直流母线供电，蓄电池和与它对应的高频开关充电装置同时接在某一段直流母线。充电设备都装设有用于监控的微机监控设备，备用的充电设备用来公用。其中Ⅰ、Ⅱ段直流母线各装设有一台微机型绝缘监察装置，对所带直流馈线支路的电压输出、绝缘电阻（包括正对地绝缘电阻、负对地绝缘电阻）以及对地电压值来监测并对其进行显示。每组蓄电池组均装有蓄电池巡检仪，负责将单个蓄电池的单体电压值、蓄电池的温度等相关数据送达到直流监控系统，实现对蓄电池相关数据的显示以及掌控。该接线方式应用范围包括500kV变电站、220 kV重要变电站。
单母线分段，两组蓄电池、两套充电装置接线特点是Ⅰ、Ⅱ段直流母线分段运行，并在Ⅰ、Ⅱ段母线间装设有联络开关，联络开关在系统正常时处于断开状态，一组蓄电池各为一段直流母线供电，蓄电池和与它对应的高频开关充电装置同时接在某一段直流母线上。充电设备都装设有用于监控的微机监控设备，两套装置之间可以相互备用。其它配置与单母线分段，两组蓄电池、三套充电装置的接线相同。该接线方式应用范围包括220kV变电站、110 kV重要变电站。
实际运行中，变电站直流系统的接线方式与所带负荷的供电级别、日平均负荷的大小，允许失电时间的长短有密不可分的关联。根据系统所带直流负荷的性质不同，直流母线还可分为控制母线和合闸母线两种，控制母线是一种带经常性直流负荷的母线，而合闸母线一般用于为变电站其它设备提供瞬间的大电流。控制母线可以与合闸母线直接连接，或者是控制母线经过调压设备从合闸母线获得。
3蓄电池并联模式的提出
为解决蓄电池在串联方式下单节蓄电池质量、连接线影响整组电池的可靠性、不能在线更换维护、新旧电池难以匹配、冗余配置不经济、使用维护成本高等问题，蓄电池并联的技术方案一直在进行探索和试验，但由于技术条件不能满足要求，迟迟无法实现。随着电力电子技术的飞速发展，交流转直流、直流转直流、通信协议及模块设计等技术的成熟为解决串联蓄电池的各种问题提供了有效的手段，实现蓄电池并联的技术条件已然具备。
并联蓄电池模块原理如下图所示：
并联用智能蓄电池模块原理框图
1）电压实现原理。为每节蓄电池单独配置匹配的交流转直流充电模块和直流升压模块，由CPU智能回路控制，组成一个智能蓄电池模块，蓄电池电压为12 V，通过升压装置，每个模块都可以独立输出220 V或110 V的直流电压。
2）电流实现原理。以110 kV变电站为例，一般情况下，各类设备的常规直流负荷不超过10A，设为10A，按2倍负荷配置，只需配置输出电压为220V输出电流为2A的智能蓄电池模块10组，并联后，可满足20A的负荷需求。
3）容量实现原理。变电站交流系统失电后，由蓄电池供应设备的直流负荷，加上事故照明等应急负荷，按照蓄电池组持续放电4小时放电电流20A计算。单节蓄电池持续放电4小时放电电流为2A，按能量守恒定律，对于单节蓄电池，2A*4H（240V）=40A*4H（12V）=160AH（12V），即为满足实际需求，所配置的单节蓄电池容量为200AH即可。
通过将多个智能蓄电池模块并联，组成满足实际电压、电流和容量需要的并联蓄电池模块组。通过这种并联的模式取代传统设计中的由多块蓄电池串联达到额定电压，由充电模块为蓄电池组整体充电，由蓄电池巡检设备维护整组蓄电池的配置模式。
4蓄电池并联模式应用分析
4.1与传统串联蓄电池组的区别
1）以多个智能蓄电池模块并联的模式取代常规设计的”充电机+蓄电池组+蓄电池巡检”装置组合，解决常规串联蓄电池组的单节蓄电池质量影响整组、无法进行在线维护、新老电池性能不匹配等问题。
2）可以将不同性质负荷（如开关操作电源与保护测控装置电源）进行分组配置，通过不同智能电池模块并联分别供电的模式减少负荷间干扰，一组负荷发生问题时不会影响其他负荷，提升了直流系统的可靠性。
3）可以按负荷容量的需求配置并联模块数量，不同地点的负荷可以分散布置电源系统，解决了传统蓄电池组需集中布置，占地面积较大，配置不灵活的缺点。
4.2采用并联蓄电池组的优势
1）提高直流系统可靠性。避免传统蓄电池串联方式下，单只蓄电池质量、连接线影响整组电池可靠性问题。
2）实现直流系统在线维护。并联蓄电池模块组可通过CPU智能控制单元进行在线单节蓄电池的维护，如单个模块出现故障，可隔离后直接更换模块，不影响蓄电池组的整体运行。
3）实现蓄电池标准化和模块化。并联智能蓄电池模块将交流转直流充电、直流升压、智能控制、电子通信等技术进行了集成化，形成了标准化的模块设计，出现故障可直接更换，大大降低了运行维护的工作量。
4）运行维护成本低。并联蓄电池组组屏数量少、占地面积小，建设成本降低，运行中可实现直流系统在线维护，节约了二次维护成本，通过智能管理模块实时了解蓄电池模块信息，节约了管理投资。
5结束语
充分了解蓄电池的运行机理，采用先进高质量的直流设备，通过合理的维护手段及科学的维护方法，可以有效地提高变电站蓄电池的运行效率，从而延长其使用周期，减少供电企业在这方面的投资，保证了直流系统乃至整个电网的安全、可靠运行。
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[3]陈芳，芦兴，胡伟.浅议变电站直流系统运行维护的现状和对策[J].中国电力教育，2009（S2）.
论文作者:秦力,姚婷,段惠琴,赵锦明
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：蓄电池论文; 母线论文; 变电站论文; 模块论文; 接线论文; 系统论文; 负荷论文; 《电力设备》2018年第34期论文;