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基于浮充电流法判断蓄电池运行状态技术研究与应用

2020-03-24 09:43:43 《科技资讯》 2020年1期

苏淑敏 何春 吴文健

摘? 要:站用直流电源系统作为二次设备的工作电源,其安全可靠性要求非常高;蓄电池组作为直流系统的后备电源,电力规程明确要求站用直流电源系统不能不带蓄电池组运行。然而因器件故障等原因,蓄电池可能脱离直流母线;传统的直流系统无蓄电池详细状态监测(集中监控只监测蓄电池均充和放电状态),对蓄电池脱离母线故障没能及时告警,直流系统无蓄电池组运行会可能导致电力系统事故扩大化。该文研究蓄电池状态电流监测技术,高精度全量程采样蓄电池状态电流,通过蓄电池组状态电流判断蓄电池组状态,针对蓄电池组脱离母线故障发出告警,给检修人员提供检修依据。

关键词:均充电流? 浮充电流? 蓄电池组放电电流? 蓄电池脱离母线

中图分类号:TM910.6 ? ?文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2020)01(a)-0026-03

站用直流电源系统是应用于水力、火力发电厂,各类变电站和其他使用直流设备的用户,为给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。直流电源系统的电源由充电机模块和蓄电池组构成,系统正常运行情况下负荷由充电机提供,充电机还提供蓄电池组的充电电流;蓄电池组作为直流电源系统后备电源,长时间运行在浮充状态,当直流系统故障或者站用交流失压或者一次设备重合闸充电机输出功率不够时,蓄电池组输出电流保证直流负荷正常工作。所以运行的直流电源系统不能缺少蓄电池组。

蓄电池组到直流母线间连接由电缆和保护器件组成,人为因素或者器件故障可能导致蓄电池回路异常,发生脱离母线故障。直流电源系统成套设备没有配备蓄电池脱离母线故障监测专用设备,直流系统集中监控器对蓄电池的监控技术有限不能完全监控蓄电池状态,导致现阶段蓄电池脱离母线不能正确告警。

近年来有不少研究单位研究各式各样蓄电池组脱离母线告警装置,多是采用调压法进行测试,这种方法需要在直流系统动力回路增加器件或者需要跟充电机进行通信控制,增加系统的不稳定性,所以得不到推广应用。虽然发现脱离母线故障的危害性大,限于技术原因,没有合适的设备进行故障监测。

1? 蓄电池状态电流分析

蓄电池组状态有均充电、浮充电和放电状态,均充电过程分为均流充电(0.1C)和均压充电的过程,电流最大控制在0.1C内;浮充电依据电流特性而定,查询资料知在25℃时阀控式铅酸蓄电池浮充电流约合0.42mA/Ah;直流系统故障电流极大,设计回路承载电流不得小于5.5I10。站用蓄电池组容量在200~800Ah之间,则均充电流几十安培,浮充电流几十到几百毫安,重合闸电流最大可能有几百安培。

站用直流系统成套设备有设备监测蓄电池状态电流,成套设备蓄电池回路部分原理图如图1所示。

站用直流电源系统电池组回路如图1所示,蓄电池组出线经过熔断器、蓄电池状态电流监测分流器、隔离开关然后接入直流系统母排。中间接有蓄电池电压采样表和蓄电池核容放电开关。

限于直流系统成套设备技术原因,主回路承载能力设计满足5.5I10,蓄电池状态电流监测分流器容量比较大,集中监控器只能测量安培级别的电流,即只能准确测量均充状态和放电状态,不能准确测量浮充电流。

所以有必要研究蓄电池全状态电流检测技术,不改变蓄电池现有回路情况下准确测量蓄电池状态电流,从而判断蓄电池运行状态。

2? 监测蓄电池状态电流技术研究

站用直流系统设计时安装分流器参数为75mV不同容量的分流器,容量选择满足5.5I10,分流器容量设计参数表参考表1。

根据表1所示,统计6种站用直流系统常用容量蓄电池和直流系统蓄电池回路配备的分流器容量。依据“25℃时阀控式铅酸蓄电池浮充电流约合0.42mA/Ah”的可知不同容量蓄电池对应的浮充电流值,If=0.42C;依据不同分流器可推算浮充电流状态下分流器响应电压,设分流器容量为IB,响应电压Vmin,则有:Vmin=If/IB×75mV。由此可推算需要检测电压范围见表2。

根据表2所知,需设计电路能够准确测量0.03~75mV间电压,然后换算成电流即可。

电子电路元件工作电源3.3V,选用2.5V的稳压电压芯片设计AD基准电源,电路输入有正向电流和反向电流,需要做一倍抬高,所以AD最大电压为1.25V。考慮电路零点漂移等影响测量,AD采样最小值大于80mV。

设计放电电路一,放大倍数Au1,Au1=80/0.03≈2666倍;该电路放大电压最大值Vmax1=1250/2666=0.468mV。则有设计放大电路一,放大倍数2666倍,放大信号范围约为0.03~0.46mV。

设计放电电路二,电压最小范围设计到0.45mV;放大倍数Au2,Au2=80/0.45≈177倍;该电路放大电压最大值Vmax2=1250/177=7.06mV。则有设计放大电路二,放大倍数177倍,放大信号范围约为0.45~7mV。

设计放电电路三,电压最小范围设计到6.9mV;放大倍数Au3,Au3=80/6.9≈11.59倍;该电路放大电压最大值Vmax3=1250/11.6=107.76mV。则有设计放大电路三,放大倍数11.6倍,放大信号范围约为6.9~75mV。

项目需要设计个放大电路,放大倍数分别为2666倍、177倍和11.6倍,满足站用直流电源系统蓄电池全状态电流高精度测试。电流检测档位自动切换,切换条件是放大倍数大的电路接近饱和就切换到下一个放大倍数小的电路就行运算即可。

3? 研制蓄电池脱离母线告警装置

该方案设计浮充电流采样判断蓄电池脱离母线故障装置,采用系统现有分流器采样蓄电池组浮充电流,电流采用做到宽范围高精度,实现精确采样浮充电流的目标,从而准确判断蓄电池脱离母线故障。

如图2所示,研制设备接入原系统需要取直流系统电源和并接在现有分流器上进行电流采样。装置设计电源电路、检测电路和控制电路,实现在线监测浮充电流判断蓄电池脱离母线故障功能;装置设计LCD触摸屏人机交换、LED告警指示和告警信号节点输出等外围电路。

4? 结语

该文分析浮充电流值大小,总结蓄电池回路电流范围,数据理论分析实现宽范围高精度采样蓄电池全状态电流方法,可依据该方法设计浮充电流采样判断蓄电池脱离母线故障装置,在不改变直流系统主回路情况下监测蓄电池状态,保证直流系统安全可靠运行,为电力系统提供优质服务。

参考文献

[1] 邱关源.电路(上、下册)[M].北京:高等教育出版社,1987.

[2] DL/T 5044-2014,电力工程直流电源系统设计技术规程[S].

[3] GB/T 19639.2-2014,通用阀控式铅酸蓄电池第2部分:规格型号[S].

[4] 徐海明,王全胜.变电站直流电源设备使用与维护:阀控密封铅酸蓄电池[M].北京:中国电力出版社,2007.

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