摘要：站用直流系统是为给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器操作提供直流电源的电源设备。直流系统电源正常情况是由充电机提供，电源来源于站用交流逆变转换；在站用交流失电情况下直流系统电源需要系统内配备的蓄电池提供。蓄电池可靠运行直接关系到电力系统安全可靠运行，在电力事故案例分析中发现不少事故是由于蓄电池在应起作用时不能起到相应作用引起的事故。本文论述一种蓄电池开路续流及告警装置的研究，装置应用可减少蓄电池故障引起的电力系统事故。
关键字：蓄电池开路；开路续流；蓄电池维护
1概述
站用直流系统蓄电池维护手段众多，但在众多手段中缺少蓄电池开路故障在线监测及蓄电池开路故障反措的设备；然而近年来不少电力系统事故是由于蓄电池开路故障引发的，以下列举几个检索的案例：2013年4月29日贵州六盘水220kV滥坝变电站、2013年8月1日陕西渭南220kV石堤峪变电站因电池开路造成保护拒动；2014年7月17日辽宁本溪220kV东风变电站因电池开路造成远动失信。蓄电池开路故障常有发生，且故障可能给电力系统带来较为严重的事故，但目前规程没有明确对蓄电池开路故障进行监测与反措。
本文研究一种蓄电池开路续流及告警装置，能够有效监测蓄电池开路故障并在蓄电池开路故障发生时能够有效续流，避免直流系统蓄电池开路故障引起电流系统发生重大事故。
2蓄电池开路故障分析
2.1导致蓄电池开路故障原因
蓄电池开路故障没有预见性，故障发生突然，与蓄电池其他故障如酸化、漏液、短路等故障相比，缺少了性能渐变过程。其原因是蓄电池的结构决定的。其内部结构分为接线端子、密封胶、汇流排、正极板、隔板、负极板、外壳以及电解液构成。其中极板与汇流排间采用的工艺是焊接工艺，在大电流情况下可能会脱落导致蓄电池开路。即浮充状态下表现良好的蓄电池可能在均充或大电流放电情况下发生开路故障，日常维护工作中常遇到蓄电池核容放电能够正常放电，如出现瞬间充电机不受控，电流过大会导致蓄电池开路故障发生。所以蓄电池开路故障除了渐变老化发生开路故障外还有可能在大电流冲击下发生开路故障。
2.2蓄电池开路故障危害
蓄电池开路故障危害大，不及时处理可能导致电力系统发生重大事故。蓄电池开路故障可能造成的电力系统保护拒动事故、设备失电和蓄电池损坏等。
保护拒动事故
在电力系统一次设备发生故障时，为了避免更大损失，保护装置检测到一次设备故障发生时会启动重合闸装置，在直流系统充电机交流进线电源瞬间失去情况下，就需要直流备用蓄电池提供操作电源；若此时蓄电池发生开路故障，电力系统就会发生保护拒动事故。
设备失电
直流系统正常情况下，系统电源由充电机提供；在站用交流电源故障时，直流系统电源需要由蓄电池提供，按照设计要求蓄电池应能正常提供2小时事故电源；若此时蓄电池发生开路故障，没能提供事故电源导致设备失电。
蓄电池损坏
蓄电池正常情况下运行在浮充状态，即蓄电池需要充电机为其补充自放电消耗掉的电能；若蓄电池开路故障发生时间过程未能及时发现处理，蓄电池组长期没有得到补充充电，可能导致整组蓄电池损坏。
3蓄电池开路续流及告警装置设计
3.1蓄电池开路续流原理
单体蓄电池异常故障时，将故障蓄电池自动续流，而不影响整组正常对外供电。如图3-1所示，在蓄电池组中的每个蓄电池并联“蓄电池开路续流装置”。当蓄电池组放电时，任意节电池开路，蓄电池组的放电电流Id将自动不间断地经蓄电池开路续流装置续流，如图中粗红线，可确保蓄电池组正常工作，防止保护控制等装置拒动。
图3-1续流装置安装图示
图3-2采样温度开关信号电路
开路续流装置由大电流二极管、散热器和安装支架组成，二极管作用是在电池发生开路故障时导通，从而实现不间断给负载提供电流；散热器作用是给二极管散热；安装支架根据现场电池设计，便于安装，不需要另外接线。
3.2蓄电池开路检测原理
在散热器上安装40℃温度开关，当二极管过流时温度开关闭合，设计电路采样温度开关信号，然后往后台传输，从而实现蓄电池开路告警功能。
如图3-2所示，采样温度开关量信号电路初始状态Q1和Q2截止，不会发出告警信号。K1为温度开关，二极管过流发热，温度开关导通及K1闭环，K1闭环后R4和R5构成Q2的偏置电路从而Q2导通；R1、R3和导通的Q2构成Q1的偏置电路从而Q1导通；D1接J1的2脚和6脚接主机告警继电器线圈后再接GND，Q1导通后通过D1形成继电器有效驱动电路，从而发出告警到后台；D1为发光LED，导通发光起到提示作用。续流后，散热器降温，温度开关断开，但此时Q1和Q2均在导通状态；导通的Q1、R2和R5构成Q2的偏置电路从而Q2导通；R1、R3和导通的Q2构成Q1的偏置电路从而Q1导通；保证在人员前往处理故障前告警信号和LED指示继续保持。
如图3-3所示，J2为设备电源输入，通过电源处理电路后输出VCC15V电源；电源通过开关K2接入电路板LED指示电路以及J3后接到采样温度开关信号电路对应J1；J3的2脚和6脚接采样温度开关信号电路对应J1的2脚和6脚为温度开关量信号输出脚，若有信号输出则取得继电器RELAY，继电器闭合后告警信号由J4往后台设备传输，从而实现蓄电池开路故障远程告警功能。
检修人员查看到告警信号后，到现场查看设备所有采集开关量信号电路，LED亮起的为对应开路故障电池；对故障电池处理完后，重新分合K2开关，系统电路复位。
图3-3蓄电池开路检测主机原理图
4运行效果分析
本次研究的蓄电池开路续流及告警装置在公司选取了两套直流装置投入运行，在验收期间模拟蓄电池开路故障，装置能够正常续流且告警，运行效果良好。
5总结
通过这次研究，有成果蓄电池开路续流及告警装置，能够解决电力系统直流系统蓄电池开路故障检测问题，还具备蓄电池开路故障反措及续流功能；避免蓄电池开路故障给电力系统造成严重事故。研究成果有现场运行案例，运行情况良好，成果可以在电力系统推广使用，可保证电力系统更可靠运行。
论文作者:徐峰,王严
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/25
标签：蓄电池论文; 开路论文; 故障论文; 装置论文; 发生论文; 电路论文; 电源论文; 《基层建设》2018年第34期论文;