变电站蓄电池组电压主动均衡维护装置的研制与应用

引言

作为继保自动化、通信后备电源使用的铅酸阀控蓄电池,因为成本低,安全性非常高,在世界范围内广泛使用。变电站的蓄电池组往往由两组或以上单体蓄电池组成,每一组中的不同单体端电压多多少少会有差异,而铅酸阀控蓄电池对电压一致性要求很高,根据南方电网直流系统运行规范,其在运行状态的电压偏差不能超过50mV,开路状态的电压偏差不能超过20mV。在实际运行过程中,由于技术上的原因,大部分变电站的蓄电池组不能满足上述要求,从而缩短了蓄电池组运行寿命,也给整个继电保护系统带来了安全隐患。为解决上述问题,结合近些年广泛应用的电压均衡管理技术,研制针对铅酸蓄电池的电压主动均衡装置显得尤为重要。

1装置原理

电压均衡装置是将每个装置分别并联在每节蓄电池上,实现长时间在线的动态均衡,装置连接图如图1所示。均衡装置跟电池接通后即开始正常工作,在检测所连接的电池电压的同时可以通过均衡线路检测其他电池电压,最后计算出电池组平均电压,与电池电压进行比较。利用开关电源技术,可以将能量从高电压电池转移到低电压电池,采用双向能量转移的方式,任何一个高电压电池的电量,可以同时并行转移到任何一个低电压电池,从而实现电压均衡。

均衡系统中,每节电池对应一个均衡装置,每个均衡装置内部是一个隔离的双向变换器,原理示意图如图2所示,这是一个高效高精度双向变换器电路。

每个均衡装置可以根据第一均衡线和第二均衡线计算出平均电池电压,将每节电池的电压与平均电压进行对比,如果某节电池电压大于电池组平均电压,则控制均衡装置将该节电池放电到均衡线,通过均衡线给其他电压小于电池组平均电压的电池充电。所有电池的充电、放电是并行进行的,从而具有较快的均衡速度。高精度比较保证了均衡精度,高效率保证了很小的均衡损耗,高可靠性保证了电池组的长期安全运行。

2现场实施

2.1加装均衡维护装置前后的蓄电池组参数变化

对220kV大良变电站2#蓄电池组加装蓄电池均衡维护装置,在测试中,2#蓄电池组第97号电池的电压为2.25V,容量为296Ah,整组蓄电池电压端差为20mV。加装均衡维护装置之后,三个月后再次测试2#蓄电池组电压等参数,97号电池的电压降为2.24V,容量为299Ah,整组蓄电池电压端差降为10mV,满足南方电网公司相关技术规范要求。

经过一年运行,对2#蓄电池组再次进行测试,结果如图3所示,整组蓄电池电压、电导及容量参数均处于非常健康的状态。

2.1未加装均衡维护装置的备用蓄电池同期参数变化情况

由于根据南方电网公司直流系统相关技术规范,同一变电站继保蓄电池室必须安装不同品牌的蓄电池,因此我们选取该品牌同一批次的另一变电站#1蓄电池组进行参数对照。根据测试报告,该组蓄电池最大电压端差为30mV,电压容量均正常。

未加装均衡维护装置的石楼变电站#1蓄电池组经过一年运行后,参数出现了明显变化:电压端差升为40mV,其中72号、105号电池甚至出现容量告警,如图4所示。

3结语

在大良变电站#2蓄电池组试用均衡维护装置一年时间后,再次采集该组蓄电池的电导测量数据,同时采集该品牌同一批次、同型号、同时安装的未加装均衡维护装置的石楼变电站1#蓄电池组的电导测量数据,对两组蓄电池的电导测量数据进行的分析表明:在端差较小的蓄电池组中使用均衡维护装置,对蓄电池的健康稳定运行有积极的意义,同时,也使得新旧电池的混合使用有了潜在的机会,从而为电网蓄电池的安全稳定运行带来了重要的积极影响,并提高了蓄电池资产报废净值。