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摘要：蓄电池健康运行是直流系统功能实现的保障，但目前对于蓄电池的运维管理无法实现蓄电池健康监测的要求，许多站用维护方法无法有效记录和发现蓄电池组的运行问题。本文将通过蓄电池故障和监测方法分析，说明蓄电池状态监测的可行性和重要性。
关键字：蓄电池、状态管理、状态检测
引言
蓄电池是变电站直流系统的重要组成部分，当系统电源发生故障停电时，作为后备电源保证继电保护装置和动作机构等能正常触发，进而有效控制故障风险。但是近年来由于不恰当的维护方法，导致蓄电池组运行寿命偏短且出现故障电池的时间越来越早。
大部分变电站蓄电池组维护方法仍不完善，电池组容量检测仅通过定期核对性放电进行蓄电池容量校核，这种核容维护方法间隔周期长，无法及时发现故障电池；而定期人工巡检缺少详细的数据统计、单体长期运行记录，不能有效反映问题；装置巡检，现在市场采用的蓄电池电压巡检仪，只能检测蓄电池电压，对于其他特征量没有记录，在蓄电池状态判断和特征研究等方面缺少实验依据。
蓄电池故障
从现场运行记录和相关研究报告收集中发现，蓄电池组损坏有三大原因：硫化、失衡、热失控。其中硫化原因占了目前蓄电池损坏原因的80%以上。
蓄电池硫化是指蓄电池内部极板表面上附着一层白色坚硬的结晶体，充电后依旧不能剥离极板表面转化为活性物质的硫酸铅，这就是硫酸盐化，简称为“硫化”。
蓄电池失衡是指由于制造工艺问题、无法做到每只蓄电池的特征性能绝对平衡，在日常管理维护下如不注意蓄电池个体性能差异以同样方式运行或者维护，将导致单体差异越发明显，最终使单体电池性能落后。
蓄电池热失控是指蓄电池在恒压充电过程中电池电流和电池温度发生积累性的增强作用并逐步损坏，表现为蓄电池发热、充鼓。
这三种损坏方式存在密切的内在联系，究其原由都是不恰当维护方式或者不合理运维操作引起，因此，需要建立大数据分析体系，对蓄电池组及单体电池的状态参数进行详细记录，提高监测维护水平。
蓄电池状态管理
目前很多变电站对于蓄电池组的管理记录过于简单，大部分监测装置只停留在蓄电池电压监测和数据显示阶段，对于蓄电池状态分析、安全防护、信息管理等领域还没有涉及，对于单体电池的状态监测也没能实现。随着变电站智能化管理的发展，这样程度的监测运维是远远不够的，需要建立大数据分析体系，对蓄电池组、电池单体的状态参数进监测、记录、分析，提高蓄电池运维管理水平。
本文所描述的蓄电池状态分析系统以如图系统功能架构模式进行分析和开发。
图1 蓄电池状态分析系统
在故障抢修过程中，蓄电池组为直流系统母线各极设备负荷提供电压电流，稳定供电时间又取决于蓄电池组容量，可见这些都是至关重要的考量参数。
另一方面，每只蓄电池单体的电压、内阻、温度都与自身运行性能息息相关，任何一只电池出现故障，都可能导致整组蓄电池发生供电故障，单体电池的状态参数与蓄电池组性能密不可分。以2V额定电压的蓄电池为例，通常一组蓄电池由104只电池组成，虽然生产工艺和批次相同，但是每只蓄电池个体的特征参数仍然存在差异，其中就可能存在性能比较差的电池个体，在一段时间运行之后成为落后电池。当蓄电池组中某只蓄电池发生容量下降，那么在进行事故放电时，这只蓄电池单体放电容量会提前到达临界值，进而引起电池内阻上升、发热，影响整个蓄电池组事故供电与变电站事故维护和安全。
而蓄电池状态分析系统的功能之一就是通过日常数据采集和分析评估，提前发现性能落后的电池单体，并通知运行人员进行维护。蓄电池状态分析系统通过网络获取就地蓄电池监测装置的实时采样数据，并根据研究内容的需要进行存储记录，对蓄电池组和电池单体同步保留整个寿命周期动态记录，能够提供详细运行数据作为进一步研究参考，帮助诊断蓄电池健康状态。
蓄电池状态检测方法与分析
硫化检测
蓄电池滞留过久、长期过充或欠充、使用过程中采用大电流放电，都极易造成蓄电池硫化。蓄电池内硫化物质硫酸盐结晶体粘附在极板上，缩减了电解液与极板的反应面积，导致电池容量迅速衰减。硫化发生后的蓄电池单体特征效应与正常蓄电池单体比较，会呈现电压变化快的特点：在放电过程中，同样起始电压下硫化蓄电池电压下降比正常电池快，出现“一放就光”现象；相反在充电过程中，硫化蓄电池电压上升也比正常电池快，出现“一充就饱”现象。
按照硫化电池的成因以及特征现象，可以拟定针对性检测方法：对于滞留时间比较长的蓄电池，应进行充分活化，经检测容量在标准范围内才能投入使用；实时检测蓄电池单体电压过压和欠压情况，保证蓄电池处于合适的工作状态中，对于发生过压和欠压的蓄电池及时告警，由工作人员进行调整；实时监控放电过程电流幅值，防止非允许范围内的大电流放电；记录不同运行状态下的电池单体电压，通过连续时间与整体性能比较找出电压变化快的电池，提前预警。
失衡检测
蓄电池组由多个蓄电池组成，由于生产工艺问题不能保证蓄电池单体性能绝对平衡，而放电和均充又属于整组蓄电池操作，无法控制每节电池单体的变化情况。在充电过程中，容量小的单只蓄电池会最先充满，继续充电将形成过充；在放电过程中，容量小的单只蓄电池会最先放完，继续放电将形成过放；长期如此又没有加以防护的话，将使单只蓄电池性能恶化或损坏。
因此对于单体蓄电池特征参数需要进行整体偏差比较。系统监控充放电电压的合理设置范围，并同时检测蓄电池单体电压平衡度，对于电压偏差较大的个体进行跟踪记录，如果在数个充放周期过程中出现同样的偏差规律，则提前预警，及时跟进该电池单体的均衡措施。
通过多周期跟踪了解蓄电池偏差现象，进而发现蓄电池性能问题。
电池热失控检测
蓄电池严重失水、运行中单体失效故障、浮充电压设置过高、蓄电池房温度过高，都可能造成电池发热量过大，引起热失控。密封式蓄电池由于氧循环抑制了氢气的析出，且与氧气应生成水，虽然消除了爆炸性气体混合物问题，但是使热扩散减少了一种重要途径，蓄电池只能通过电池壳壁的热传导作为放热的唯一途径。伐控铅酸蓄电池过充电过程中产生的热量高于富液型铅酸蓄电池，对于蓄电池温度响应需要着重关注。
增加对蓄电池单体及其运行环境的温度监测，实时评估蓄电池温度变化情况；系统监控设置合理浮充电压，并通过均衡调整每个蓄电池单体的工作电压，防止过充情况；设置充放电安全防护规则，一旦发现运行中单体电池失效故障，及时调整隔离并告警；根据大时间周期蓄电池温度变化趋势进行分析，提前预警温度偏差大的电池单体。
通过系统安全防护措施有效防止蓄电池单体温度失控。
通过蓄电池状态监测系统的实时监控，对蓄电池硫化、失衡、热失控三大故障问题进行针对性防范，有效减少蓄电池不良运行周期，保证蓄电池参数特征处于健康运行状态，延长蓄电池使用寿命。
结语
随着变电站管理智能化发展，未来直流系统将在站用电源运行、站端系统安全中发挥主力作用，因此需要建立蓄电池大数据系统，完善蓄电池模型研究和建立相关监测维护体系，实现蓄电池状态监测，保障蓄电池健康运行。
参考文献
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论文作者:唐毅博1,，葛青青1，黄镠1，高磊1，彭俊驹2
论文发表刊物:《中国电气工程学报》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/24
标签：蓄电池论文; 电池论文; 状态论文; 电压论文; 系统论文; 变电站论文; 性能论文; 《中国电气工程学报》2019年第4期论文;