摘要：实施无人值守模式以来，对变电站直流系统中最重要的组成部分的监视手段仍采用现场周期测量蓄电池电压及内阻的方法判断蓄电池的好坏，已经不能满足新模式下的安全运行需要，其次，由于蓄电池组采用串联方式一旦出现一组开路情况，事故情况下将无法提供可靠的直流操作电源，极可能造成事故扩大，为此，我们探索应用蓄电池自动跨接技术，在单个蓄电池出现开路时，实现自动跨接，防止蓄电池组整租无法工作，确保事故情况下能够提供可靠的直流电源。
关键词：探索；蓄电池自动跨接技术；降低；蓄电池开路
直流电源做为变电站站用二次设备的核心电源，其运行工况的好坏直接影响到全站甚至电网安全。随着无人值班技术的推广，我公司所辖126座变电站均实施无人值班模式,在运200余组蓄电池，检修维护专业人员只有3-4人，变电站运维专业人员平均每站不到1人，目前各兄弟单位也同样面临站多、人少、维护不过来的问题，尤其是作为直流电源系统重要组成部分的蓄电池组，出现故障率高、常规检查难于发现、维护量极大。虽然调控中心可以通过远动通道获取直流电源的母线电压、电流、模块故障等极少数的几个信号，但诸如蓄电池单体电压、内阻、断路器、隔离刀闸及各馈线开关位置等现场详细运行信息，直流维护人员无法及时准确获取。当单体电池出现严重过充、欠充、内阻增大、容量降低、电池开路等运行异常状况时，不能及时发现电池的劣化情况。
在直流电源中，蓄电池串联成组作为后备电源，一旦充电机失电或故障无法向直流母线供电，需电池将由备用电源转为主电源对直流负荷提供电源，蓄电池的可靠性直接影响着变电站的运行安全。因蓄电池是串联工作方式，任何一只蓄电池出现故障，将直接决定直流电源供电的连续性，任何一只蓄电池开路将造成整个直流母线失压。
近年来，因蓄电池开路问题导致的重大电力事故时有发生,给变电站乃至电网安全带来极大风险。2017年，我公司某站在切换站变低压交流电源时，就曾发生刚一拉开一段交流电源，就发现该段直流电源故障，经检查发现有2只蓄电池故障开路，幸亏当时电网设备运行正常，且直流检修人员在现场，很快对故障蓄电池进行了人工跨接，有效避免了一起因直流蓄电池故障造成事故的重大直流缺陷。因此，及时发现开路电池的同时，研究应用在线维护及自动跨接新技术，是大大提升工作电源的可靠性的重要保障，也是我们研究和努力的方向。
我们知道，常规的蓄电池单体电压巡检，只能检测电池电压高低，无法判断蓄电池的状态，但通过监视蓄电池内阻变化，可及时发现电解液干涸、汇流排极板过度腐蚀等电池高阻或开路故障，发现缺陷重要，如何预防和治理电池开路更为重要，因此研究单体蓄电池开路实时判据及自动跨接技术意义重大。
针对变电站现有设备配置，为了适应智能电网及无人值守变电站发展趋势，把变电站的直流电源系统运行故障控制在校验和初发环节，实现蓄电池在出现开路故障前做到预防、维护、治理，开路故障发生时，能够迅速有效的控制事故范围，把直流电源的智能化建设提高到一个全新的水平和层次，我们公司与邯郸五一八自动化公司合作开发蓄电池自动跨接技术，该跨接技术将为直流电源系统的安全运行提供保障，将为供电系统的安全运行带来可靠保障和社会经济效益。
目前解决问题的技术方案基本思路是，通过实时在线监测各单体电池的电压和内阻，一旦发现内阻出现较大变化，电压较大幅度降低尤其电池极性反转，立即跨接失效电池，在该电池处为电池组电流提供一个新的通道，保证直流母线不间断供电。
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现有跨接方案对比：
一、直流接触器跨接
在各电池两端并联直流接触器，一旦检测到电池开路，立即接通直流接触器，但该方案有接触器投切速度较慢、寿命和控制电源问题。
二、CMOS或IGBT电子元件跨接
采用CMOS或IGBT电子元件作为跨接器件，但控制电源及器件耐击穿性能问题较难解决。
三、二极管+保护电路跨接
二极管+保护电路跨接方式无需工作电源，利用二极管单向导电性，反向并联于电池两端，一旦电池极性反转，二极管自动导通，无时间间隙，但一旦二极管击穿将直接短路电池单体，十分危险，所以必须要附加相应的保护电路。
本着简单、可靠、安全的原则，二极管+保护电路跨接是目前最切合变电站现场实际情况的理想方案。蓄电池开路自动跨接装置采用“二极管+保护电路”方式，无需外接电源的“傻瓜”式结构，二极管反方向并联于蓄电池两端，二极管A端和蓄电池负极相连，K端和蓄电池正极相连，蓄电池正常运行时，二极管K端电压高于A端，处于断开状态，对蓄电池正常运行不构成任何影响。在蓄电池开路极性反转时，二极管A端电压高于K端，零延时自动导通，跨接掉故障蓄电池，从而保证直流母线供电的连续性。
由于二极管击穿将直接短路电池单体，十分危险，所以选择二极管时，必须进行实地考察，摸清变电站的实际负荷，包括冲击负荷和随机负荷，并考虑一定的容量裕度，并串联可恢复保险，以避免因过流而造成二极管损坏；同时在二极管两端并联过电压抑制器，以避免二极管两端瞬间过压，而造成二极管管体击穿短路蓄电池事故。另外，充电机失压、蓄电池开路被跨接后，变电站全部负荷电流流过跨接装置，一旦过热，将可能造成跨接装置故障，因此必须考虑其散热问题，综合考虑各方面因素，跨接装置采用铝型材外壳密封结构，并固定安装于蓄电池架，将可很好地解决其散热问题。
本跨接不仅可以使变电站直流电源系统运行的更加可靠而且提高了蓄电池维护的工作效率、减少了工作人员的劳动强度、改善工作条件，同时能有效避免由于蓄电池离线开路造成保护失灵、开关拒动、通道中断等严重后果，提高电网及变电站一二次设备的安全运行水平，为坚强电网的建设打好基础，对保障电力安全可靠供应具有重要的意义。
结束语
蓄电池组自动跨接技术，极大程度上避免了因单只电池故障造成的整租电池无法正常工作问题，随着无人值守模式的深入推进，全面推广应用变电站蓄电池自动跨接技术已成为有效的技术手段。接下来，我们将在公司所辖35kV及以上变电站推广应用蓄电池自动跨接技术，有效提升变电站直流系统运行的可靠性，最大限度的为变电站的安全稳定运行保驾护航。
参考文献
[1]桂长清.《阀控式密封铅酸蓄电池中的反应》，机械工业出版社,ISBN.9787111261117.
[2]术守喜、元学广、陶鑫、刘惠萍.《阀控密封铅酸蓄电池的寿命及失效分析》.《通信电源技术 》 2006年第06期.
论文作者:苗俊杰1,赵俊蕾2,李博2,赵晶晶2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/26
标签：蓄电池论文; 开路论文; 变电站论文; 电池论文; 故障论文; 内阻论文; 电源论文; 《电力设备》2019年第1期论文;