變電站蓄電池組電壓主動均衡維護(hù)裝置的研制與應(yīng)用

引言

作為繼保自動化、通信后備電源使用的鉛酸閥控蓄電池,因為成本低,安全性非常高,在世界范圍內(nèi)廣泛使用。變電站的蓄電池組往往由兩組或以上單體蓄電池組成,每一組中的不同單體端電壓多多少少會有差異,而鉛酸閥控蓄電池對電壓一致性要求很高,根據(jù)南方電網(wǎng)直流系統(tǒng)運行規(guī)范,其在運行狀態(tài)的電壓偏差不能超過50mV,開路狀態(tài)的電壓偏差不能超過20mV。在實際運行過程中,由于技術(shù)上的原因,大部分變電站的蓄電池組不能滿足上述要求,從而縮短了蓄電池組運行壽命,也給整個繼電保護(hù)系統(tǒng)帶來了安全隱患。為解決上述問題,結(jié)合近些年廣泛應(yīng)用的電壓均衡管理技術(shù),研制針對鉛酸蓄電池的電壓主動均衡裝置顯得尤為重要。

1裝置原理

電壓均衡裝置是將每個裝置分別并聯(lián)在每節(jié)蓄電池上,實現(xiàn)長時間在線的動態(tài)均衡,裝置連接圖如圖1所示。均衡裝置跟電池接通后即開始正常工作,在檢測所連接的電池電壓的同時可以通過均衡線路檢測其他電池電壓,最后計算出電池組平均電壓,與電池電壓進(jìn)行比較。利用開關(guān)電源技術(shù),可以將能量從高電壓電池轉(zhuǎn)移到低電壓電池,采用雙向能量轉(zhuǎn)移的方式,任何一個高電壓電池的電量,可以同時并行轉(zhuǎn)移到任何一個低電壓電池,從而實現(xiàn)電壓均衡。

均衡系統(tǒng)中,每節(jié)電池對應(yīng)一個均衡裝置,每個均衡裝置內(nèi)部是一個隔離的雙向變換器,原理示意圖如圖2所示,這是一個高效高精度雙向變換器電路。

每個均衡裝置可以根據(jù)第一均衡線和第二均衡線計算出平均電池電壓,將每節(jié)電池的電壓與平均電壓進(jìn)行對比,如果某節(jié)電池電壓大于電池組平均電壓,則控制均衡裝置將該節(jié)電池放電到均衡線,通過均衡線給其他電壓小于電池組平均電壓的電池充電。所有電池的充電、放電是并行進(jìn)行的,從而具有較快的均衡速度。高精度比較保證了均衡精度,高效率保證了很小的均衡損耗,高可靠性保證了電池組的長期安全運行。

2現(xiàn)場實施

2.1加裝均衡維護(hù)裝置前后的蓄電池組參數(shù)變化

對220kV大良變電站2#蓄電池組加裝蓄電池均衡維護(hù)裝置,在測試中,2#蓄電池組第97號電池的電壓為2.25V,容量為296Ah,整組蓄電池電壓端差為20mV。加裝均衡維護(hù)裝置之后,三個月后再次測試2#蓄電池組電壓等參數(shù),97號電池的電壓降為2.24V,容量為299Ah,整組蓄電池電壓端差降為10mV,滿足南方電網(wǎng)公司相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。

經(jīng)過一年運行,對2#蓄電池組再次進(jìn)行測試,結(jié)果如圖3所示,整組蓄電池電壓、電導(dǎo)及容量參數(shù)均處于非常健康的狀態(tài)。

2.1未加裝均衡維護(hù)裝置的備用蓄電池同期參數(shù)變化情況

由于根據(jù)南方電網(wǎng)公司直流系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)規(guī)范,同一變電站繼保蓄電池室必須安裝不同品牌的蓄電池,因此我們選取該品牌同一批次的另一變電站#1蓄電池組進(jìn)行參數(shù)對照。根據(jù)測試報告,該組蓄電池最大電壓端差為30mV,電壓容量均正常。

未加裝均衡維護(hù)裝置的石樓變電站#1蓄電池組經(jīng)過一年運行后,參數(shù)出現(xiàn)了明顯變化:電壓端差升為40mV,其中72號、105號電池甚至出現(xiàn)容量告警,如圖4所示。

3結(jié)語

在大良變電站#2蓄電池組試用均衡維護(hù)裝置一年時間后,再次采集該組蓄電池的電導(dǎo)測量數(shù)據(jù),同時采集該品牌同一批次、同型號、同時安裝的未加裝均衡維護(hù)裝置的石樓變電站1#蓄電池組的電導(dǎo)測量數(shù)據(jù),對兩組蓄電池的電導(dǎo)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行的分析表明:在端差較小的蓄電池組中使用均衡維護(hù)裝置,對蓄電池的健康穩(wěn)定運行有積極的意義,同時,也使得新舊電池的混合使用有了潛在的機會,從而為電網(wǎng)蓄電池的安全穩(wěn)定運行帶來了重要的積極影響,并提高了蓄電池資產(chǎn)報廢凈值。