蓄电池组在线均衡系统在电力行业的应用

1蓄电池组在线均衡系统在电力行业的应用一、电力系统直流系统蓄电池典型事故案例分析直流电源在发电厂和变电站就相当于人身上的血液一样重要，所有开关的分、合闸、微机保护、自动控制都依赖于直流电源。据中国电力网不完全统计：变电站及电厂直流电源事故中，由蓄电池问题而引起的占83%以上：1、2013年4月29日14时52分32秒220KV滥坝变110KVII母、I母相续发生三相故障，110KV母差保护动作，因直流电源损坏，只跳开5个110KV开关，其余10个开关未跳开，随后主变保护动作，1、2号主变三侧开关仍未跳开。后由滥坝站5回220KV线路的对侧保护动作跳闸，滥坝变全站失压。此次事件共造成2个220KV变电站全站失压，5个110KV变电站全站失压，1个220KV变电站110KV母线失压，2个110KV变电站部分失压。事故暴露的问题：220KV滥坝变电站双套蓄电池故障（直接原因），在220滥坝变电站发生110KV母线三相故障引起站用间交流电压降低，10KV电压下降到68%Ue,导致两套充电机退出运行时，因220KV滥坝变电站双套蓄电池失效率，2造成开关未完全跳开，故障无法隔离，需由滥坝变对侧220KV线路后备保护动作切除故障。蓄电池失效原因分析（直接原因）：蓄电池组为惠州海志电池有限公司产品，两组300Ah，2006年12月投运。检测结果显示，三个蓄电池的内阻达到欧姆级(分别是1组81号和2组68号、104号)，对蓄电池组的正常供电形成极大阻碍。解体检测表明该批蓄电池故障状况为部分电池内部出现不可逆硫酸盐化，同时硫酸盐化引起的极耳严重腐蚀现象。事故时，在冲击负荷的影响下，一组蓄电池组中81号电池、二组蓄电池组中68、104号电池损坏，两组电池输出电压大幅度下降，致使全站大部分开关、保护和自动装置不能正常工作。2、2010年5月17日19时18分，大唐淮北发电厂D号机负荷300MW，机组厂用电源640开关跳闸，机组解列，汽轮机跳闸，D号机ETS系统发“DEH故障”首出信号、发变组保护C柜发“热工保护动作”信号机组跳闸。原因分析：故障录波显示640开关跳闸时，机组运行信号正常，640开关跳闸为首出;发变组保护无故障信号，无保护动作记录;电网系统电压正常，母差、失灵保护、高周切机联切无任何信号，无保护动作记录。跳闸后，检查640开关控制回路绝缘，跳闸线圈、跳闸中间继电器动作电压正常。根据上述情况，结合现场设备实际分析：由于640开关跳闸回路中的跳闸继电器TJ动作功率偏小(实测为2W);回路中的控制电缆长度超过了400m，长电缆存在对地电容效应，在蓄电池组存在漏液造成直流系统正对地电压偏低(实测52V)时，当直流系统发生某个较大的干扰时(如大功率负载启动、或某个瞬间接地)，造成直流系统电压瞬时较大波动或冲击，并在控制长电缆中的电容回路中产生冲击电流，进而导致跳闸继电器TJ动作。3、郑州热电厂发电机定子接地保护动作跳闸分析。郑州热电厂3号发电机为典型的发电机变压器组(发变组)单元接线，发电机为东方电机厂生产的QFSN-200-2型，机组于1992年投运，现处于稳定运行期。2001-11-18，3号发电机处于正常运行状态，当时机组带有功负荷125MW，无功负荷25Mvar，对外供热量160t/h。事故经过:凌晨01：35，3号机集控室铃响，中央信号盘发出“保护回路故障”和“故障录波器动作”光字，随即喇叭叫，中央信号盘又出“发电机定子接地”、“主汽门关闭”、“断水保护动作”、“远方跳闸3动作”、“6kV配电装置故障”光字，发变组表计无明显冲击，发变组控制盘发电机出线开关Ⅲ建石1、灭磁开关Q7、励磁调节柜输出开关Q4绿灯闪光，除副励电压表外，发变组其它表计均无指示。原因分析：此次事故原因通过电气检修做交、直流耐压试验及更换发电机出线电压互感器2YHA后，发电机重新零起升压正常的情况看，可以确认为是发电机出线电压互感器2YHA相对地绝缘降低，造成发电机定子接地保护动作引起。(1)建备1开关未联动；由于建备1开关为老式多油开关，开关机构动作慢，合闸时间长，6kV厂用电电源开关为真空开关，开关机构动作快，合闸时间短，而BZT装置一次自投回路原设计是在6kV厂用电开关合上后合闸命令即消失，由于两开关动作时间不同，造成建备1开关在机构未合到位时就返回。(2)UPS直流电源未联动，原因为UPS直流蓄电池组连接线出厂时由于压接质量不好，致使多股导线在线鼻子处断线，再加蓄电池组运行中由于长期充放电，使其中一极连接线剩下的几股导线也被烧断，造成蓄电池组正负极回路开路，在UPS交流电源失电时，蓄电池组投不上，UPS装置对外供电中断，使机、炉用热工监视仪表无指示。4、电力行业直流系统蓄电池的运行隐患蓄电池组构成的直流控制电源系统，有很高的可靠性，整个蓄电池组故障造成停止供电的可能性极小。因为蓄电池组的故障，总是首先在个别电池中发生，而且其发展过程缓慢，这时及时发现和消除蓄电池故障成了重中之重，而不至波及整个蓄电池组可靠的、不间断的供电。特别现国网、南网110KV及以上的站几乎都采用智能一体化电源系统，智能一体化电源系统是为全站交直流设备提供可靠的工作电源，所以其输出包括380V/220V交流电源、220V/110V直流电源、48V通信用直流电源。其中通信电源不单独设置48V蓄电池及充电装置，而是使用DC/DC电源模块直接挂接于直流母线。同样地，逆变电源也是挂接于直流母线，对重要交流负荷（如计算机监控设备、事故照明等）供电。一体化电源系统就只配置了一套蓄电池组，所以要保证蓄电池组构成的直流控制电源系统能可靠的、不间断的供电，蓄电池的正确使用和维护是个关键。过去，开口式蓄电池维护起来比较麻烦，因为蓄电池在使用的时候要分解电解液中的水，所以要定期检测电解液的比重，蓄电池的电压等参数，消耗的电解4液，要定期加水来补充。而后又有密封式的蓄电池出现，主要以阀控式铅酸蓄电池为主，由于不需加水，所以阀控式铅酸蓄电池从一开始便被称为免维护电池，而生产厂家又承诺该电池的使用寿命为10~20年（最少为8年），这样就给国内的技术和维护人员一种误解，似乎这种电池既耐用又完全不需要维护，许多用户从装上电池后就基本没有进行过维护和管理，因而在90年代初国内使用的VRLA电池出现了很多以前未遇到的新问题，例如，电池壳变形、电解液渗漏、容量不足、电池端电压不均匀等。这些现象不单在国内，就是在比我国早采用VRLA电池的国外也同样存在。实践证明，VRLA电池端电压与放电能力无相关性，VRLA电池和电池组在运行过程中，随着使用时间的增加必然会有个别或部分电池因内阻变大，呈退行性老化现象，实践证明，蓄电池组的性能取决于该电池组中性能最差那节电池的性能（木桶效应），而不是以平均值或额定值（初始值）为准，当电池的实际容量下降到其本身额定容量的90%以下时，电池便进入衰退期，当电池容量下降到原来的80%以下时，电池便进入急剧的衰退状况，衰退期很短，而且蓄电池组都是串连起来，如果有一节发生问题，则整组都将失效，这时电池组已存在极大的事故隐患。二、蓄电池运行与维护的电力行业标准1、根据中华人民共和国电力行业标准，《DL/T724—2000电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》的6.34节：“6.3.4阀控蓄电池的运行维护a)阀控蓄电池在运行中电压偏差值及放电终止电压值应符合表1的规定。表1阀控蓄电池在运行中电压偏差值及放电终止电压值的规定V。表1阀控蓄电池在运行中电压偏差值及放电终止电压值的规定阀控式密封铅酸蓄电池标称电压（V）2V6V12V运行中的电压偏差值（均衡度）±0.05±0.15±0.3开路电压最大最小电压0.030.040.065差值放电终止电压值1.805.40（1.80×3）10.80（1.80×6）2、根据国家电网公司编写的《直流电源系统运行规范》的第十五条阀控蓄电池的运行及维护第十五条阀控蓄电池的运行及维护（三）阀控蓄电池在运行中电压偏差值及放电终止电压值应符合表1规定（四）在巡视中应检查蓄电池的单体电压值，连接片有无松动和腐蚀现象，壳体有无渗漏和变形，极柱与安全阀周围是否有酸雾溢出，绝缘电阻是否下降，蓄电池通风散热是否良好，温度是否过高等。表1阀控蓄电池在运行中电压偏差值及放电终止电压值的规定阀控密封铅酸蓄电池标称电压（V）2V6V12V运行中的电压偏差值±0.05±0.15±0.3开路电压最大最小电压差值0.030.040.06放电终止电压值1.805.40（1.80×3）10.80（1.80×6）目前，电力行业充电机只能对整组电池组充电，无法对单节电池的电压、电流进行调整，从而无法保证国家行业标准中关于电池均衡性的要求。国标中要求电池的均衡性在2.5%以内，事实上运行的电池的均衡性很多运行场合大于10%，严重影响电池组的使用寿命及可靠性。使用单位和管理单位，往往只重视备用电源的设备部分的维护和管理，而忽视电池组的重大作用，殊不知断电的危险很大程度上就潜伏在电池组。整组电池充电的特性是，如电池组内有一个或几个内阻变大的老化电池，其容量必然变小，充电器给电池组充电时，老化电池因容量小，将很快充满。充电器会误以为整组电池已充满而转为浮充状态，以恒定电压和小电流给电池组充电。其余状态良好的电池不可能充满。电池组将以老化电池的容量为标准进行充放电，经多次浮充--放电--均充--放电--浮充的恶性循环，容量不断下降，电池后备时间缩短。三、针对以上蓄电池运行隐患，我们的解决方案目前，用充电机对一组串联的蓄电池组进行在线充电，无法保证蓄电池组中每节蓄电池的均衡充电，往往由于蓄电池组中某节蓄电池的端电压变化（变高或6变低），而导致其它蓄电池处于过充电或欠充电状态，长时间的这种状态势必大大降低蓄电池组的使用寿命，增加系统的安全隐患。传统的蓄电池组充电曲线是定期（720h）的强充电，目的是对蓄电池组中的性能落后蓄电池进行补偿性充电，恢复它的容量，但这种充电方式往往把蓄电池组中好的蓄电池过充了，大大降低了电池组的使用寿命以及可靠性。现有市场上出现很多蓄电池的维护设备，它们最多只能在线检测单体电池的端电压、容量及内阻进行在线监测，无法对蓄电池组进行在线均衡、在线活化。LBE300蓄电池组在线均衡系统，是针对目前蓄电池的维护技术和蓄电池的特性进行深入研究，对蓄电池组进行全方位的维护方案，从根本上解决蓄电池组运行的安全性能问题。系统以全新的设计理念，通过采集蓄电池组中的维护参数，按国家标准参数进行维护管理，在提高蓄电池性能，减少维护工作的同时，可以快捷有效地检测出失效蓄电池，预测蓄电池性能变化趋势，修复性能落后的失效蓄电池，还可以均衡各蓄电池组单体电压，预防过充、欠充等现象，可延长蓄电池使用寿命；另外，均衡装置配有标准的以太网及RS485通信接口，可将采集数据上传至直流屏监控，直接在直流监控查看蓄电池全部数据。在线均衡功能：蓄电池在线均衡装置能在线均衡每节电池，使他们工作在相同的电压状态，防止因蓄电池过充或欠充而导致蓄电池组快速老化。可自动对单节电池进行均衡调整（也可手动进入强行均衡状态），使各节电池的性能均衡一致，延长电池组使用寿命。在线活化功能：蓄电池组在线均衡装置能对性能落后的单体电池进行在线活化，防止蓄电池长期浮充电导致硫酸盐化，延长蓄电池组的运行使用寿命两陪以上，减少环境污染，具有良好的社会效益和环保性。在线监测功能：LBE300蓄电池组在线均衡系统是在线对电池组的全面监测和深入监测，不同于一般的电池监测设备，可全面在线监测电池常规参数和内在参数，通过监测设备与电池连接，实时采集和报告电池组电压、单体电压、充放电电流、温度等运行参数，并针对性地对蓄电池进行在线均衡、活化管理，有效地弥补了人工检查的弱点，同时也大大延长了蓄电池组的运行使用寿命，提高了在线运行蓄电池组的可靠性及性能。7四、蓄电池组在线均衡系统在电力行业的应用情况1、蓄电池组在线均衡系统在五大发电集团及中国电企的应用情况LBE300（系列）蓄电池组在线均衡系统已成功应用于中国五大发电集团（中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华