蓄电池在线监测仪的研制与应用
发布时间：2013-12-28
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蓄电池在线监测仪
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0 引言 变电站的直流电源是保证继电保护及自动化装置和断路器正常工作的关键设备。优质、可靠的操作电源是电力系统得以正常运行的重要保证，其稳定运行对防止破坏性事故扩大和设备严重损坏至关重要。但是，运行...
0 引言
变电站的直流电源是保证继电保护及自动化装置和断路器正常工作的关键设备。优质、可靠的操作电源是电力系统得以正常运行的重要保证，其稳定运行对防止破坏性事故扩大和设备严重损坏至关重要。但是，运行中的个别蓄电池因干涸发热、极板老化、漏液、欠充、过放、内阻增大、容量降低、爆炸等原因，很快就会失效，还会因腐蚀造成蓄电池之间的连接导线接触不良、断线。由于不能及时发现，经常造成电网事故扩大。为此，我们研制了BT系列蓄电池在线监测仪，从而有效地防止了上述事故的发生。
1 现有技术及缺陷
在常规情况下对蓄电池组的监测只有控母电压监测继电器，它仅监测浮充状态下整组蓄电池电压，对单节蓄电池损坏很难发现。测量电解液的传统方法对广泛使用的胶体蓄电池和阀控式密封蓄电池又无从下手。目前，国内有蓄电池电压巡检仪、蓄电池电导测试仪和内阻容量测试仪等仪器。蓄电池电压巡检仪仅测量蓄电池端电压，而且是在蓄电池浮充状态下进行测量，不能反映蓄电池的运行状态。蓄电池电导测试仪和内阻容量测试仪虽然在一定程度上能测量蓄电池的运行情况，但由于是定期测量，无法及时发现有故障的蓄电池。因此，人们只好用电压表每天测量一次浮充状态下单节蓄电池电压，但不能反映蓄电池容量及内阻。在这种情形下，市场需要一种在线监测蓄电池运行状态及价格低廉的监测装置来实现对单个蓄电池的状态监测。
2 监测仪的工作原理及设计方案
正常运行时，并联的充电机提供控母电流，蓄电池组浮充，合闸脉冲大电流则由蓄电池组提供。充电机停电时，蓄电池组提供控母电流和合闸、分闸等脉冲大电流(有的开关合闸时约100A甚至200A的大电流持续数百ms)。
2. 1 工作原理
在蓄电池使用过程中，不允许对其进行深度放电，否则将会严重影响蓄电池的寿命。蓄电池过放电时，电压反应低；最重要的是蓄电池出现内阻过高，在有放电电流时，内阻高的电池端电压压降就大。另外，蓄电池本身内部极板短路、开路或者蓄电池容量明显不足时，蓄电池的端电压也会降低或者为0。因此，对蓄电池的端电压下限进行监测，可有效地发现上述蓄电池故障。监测仪的工作原理就是捕捉每节蓄电池的最低电压并与设定值进行比较，发现低于设定值时立即报警。
该监测仪由基准电压电路、比较器、寄存器、声光报警电路、信号远传电路、自检复位电路等组成。按所测蓄电池类型设定基准报警电压，提供给比较器，单节蓄电池的端电压也送人比较器，两个电压进行比较，当蓄电池端电压低于设定的基准报警电压时，发报警信号，并存储在寄存器内，直至由运行人员复位后重新开始。另外，将正常指示灯的点亮电压设定在蓄电池额定电压与基准报警电压之间，作为预报警。
2．2 功能设置
要求对每一节蓄电池进行监测，具有正常指示、故障蓄电池指示、故障声光报警、远程故障报警、自检、复位等功能。
BT-12／18型蓄电池在线监测仪是针对12V， 18组蓄电池研制的，安装在变电站的直流屏上。当单节蓄电池电压降为11．7V时，相应的正常指示灯熄灭，可及时引起巡视人员的注意，及时判断蓄电池是否欠充或有其他故障。当一次大电流合闸(或其他操作)时，如果某一节蓄电池在较大电流放电瞬间电压降至10．8V(即12V的90％)以下，监测仪立即发出声光报警信号，相应蓄电池的故障指示灯燃亮，并保持故障指示；无人值班变电站可通过RTU将报警信号远传给调度。
该监测仪具有自检功能。由于长期运行不报警，为了判断监测仪能否正常工作，增设了自检功能。将面板上的挡位开关打到“自检”位置，故障指示灯全亮；再打到“当地”位置，有报警声；然后打到“远程”位置，有远程报警信号发出。
2．3 功耗及安全要求
变电站有可能全站停电或蓄电池充电装置因其他原因无法充电，在设计时充分考虑了该仪器的耗电量，因而采用高内阻、低功耗电子元件。经实际测试，每台仪器功耗小于2．5W，平均每节蓄电池耗电小于0．14W。在电路中还增设了限流电阻，为了防止电子元件损坏而对蓄电池造成短路，在与每节蓄电池连接的导线中装设了保险丝，确保蓄电池安全。
2．4 安装设计
由于目前使用中的直流电源屏都没有在线监测装置，因此，外型设计为外挂式和镶嵌式两用，以满足不同场合的要求。
3 应用实例
目前，在已安装的数个变电站中，已成功地检测出一个变电站(运城顺郭变电站)的蓄电池故障。刚开始安装监测仪时指示正常，1个多月后运行人员报告，有两节蓄电池报警。研制人员与检修人员赶到现场，复位后指示正常；用电压表测量这两节蓄电池电压正常，让运行人员进行了一次合闸操作，结果这两节蓄电池故障指示灯又燃亮；检修人员用蓄电池容量测试仪进行测试，发现这两节蓄电池比其他蓄电池的容量明显降低，更换蓄电池后一切正常。
4 结语
从理论和实践上看，蓄电池在线监测仪能有效地监测蓄电池早期故障。当运行中的电力设备还能正常合闸、分闸时，就已经发现蓄电池的故障，这正是我们研制该仪器的初衷。
以往变电站所使用的蓄电池，由于没有在线监测手段，为防止出现事故，一般都要定期进行更换，而实际上还能继续使用，或者因某一节或几节蓄电池有问题而导致全部更换。随着蓄电池制造技术的进步，蓄电池使用年限不断延长，定期更换的时间又规定得很保守。这些问题都给企业造成很大的浪费。安装该在线监测仪后，就可以放心地使用蓄电池，直至使用到蓄电池的最终寿命，因而可以大大减少更换蓄电池的费用。
该监测仪为变电站的“心脏”——蓄电池提供了必要的监测手段，从而能够实时地反映蓄电池的运行状态，把运行人员从每天测量一次蓄电池电压的繁琐劳动中解脱出来，为电力系统安全运行发挥了重要作用。
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