直流屏蓄电池内阻监视系统设计方案.doc

直流屏蓄电池内阻监视系统设计方案1.1 直流屏及蓄电池简述：发电厂与变电站中的电力操作电源采用的都是直流电源，它为控制负荷与动力负荷以及直流事故照明负荷等提供电源，是电力系统控制、保护的基础。直流屏由交配电单元、充电模块单元、降压硅链单元、直流馈电单元、配电监控单元、监控模块单元及绝缘监测单元组成。主要应用于电力系统中小型发电厂、水电站、各类变电站，与其他使用直流设备的用户（如石化、矿山、铁路等），适用于开关分合闸及二次回路中的仪器、仪表、继电保护与故障照明等场合。根据不同电压等级要求，蓄电池组由若干个单体电池串联组成，是直流系统重要的组成部份。正常运行时，充电单元对蓄电池进行浮充电，并定期均充。当交流失电情况下，直流电源由蓄电池组提供。电力系统常用的蓄电池组有：Ø 高镍电池Ø 防酸隔爆铅酸蓄电池Ø 阀控式密封铅酸蓄电池目前电力系统、通信等部门广泛使用阀控式密封铅酸蓄电池，其具有以下特点Ø 一般情况下，无需维护（补水、加酸）Ø 自放电小Ø 内阻小、输出功率高Ø 有自动开启、关闭的安全阀（当蓄电池严重过充，产生过量的气体使蓄电池内部压力超过正常值时 ,气体将通过自动开启的安全阀排出，并在安全阀上装有滤酸装置，以防酸雾排出。当压力恢复到正常值后，安全阀自动关闭）；1.2 当前检测方法介绍阀控式密封铅酸蓄电池被称为“免维护电池”只是避免了开口式电池挥发的酸气对设备及人员造成的伤害，方便运输与安装，不需要额外人工加液而已。实际上，阀控式密封铅酸蓄电池在使用中存在许多安全隐患，厂家标注在浮充状态下使用年限为10年以上，实际使用中，蓄电池可能在三年就出现劣化，使用不到五年的蓄电池就得淘汰，正如美国电气电子工程工程师协会、 标准委员会委员、阀空电池组组长、电化学蓄能系统公司总裁David Feeder所描述：阀空电池的无需维护特性，的确造成用户的误解，它虽然无需维护，但是并不意味着无需进行常规的管理维护工作，必须意识到无需维护绝不意味着无需管理。阀空电池不能采用一般传动的测试方法来确定其充电与健全情况，应采用实效的方法来测量它。VRLA电池是一个复杂的电化学系统，早期失效因素很多，很难掌握。蓄电池的使用寿命与很多因素相关，比如工作环境、温度、端电压、充放电速率等等；按照木桶理论，整个电池组性能与性能最差的单体电池的性能密切相关，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，影响系统的高效安全运行，经常造成电网事故扩大。为保证直流操作电源供电的可靠性，必须对蓄电池组运行参数进行全面的监测。实践证明，电池与电池组的在线监测与电力运检部门的定期检测同样重要与必须；当前有以下几种对电池的检测方法：Ø 电力运检部门使用传统定期检测方法，按照IEEE-450-1995与IEEE-1188推荐维护标准，每年一次对电池组进行测量，通常利用放电试验得到的电池放电曲线能较为准确的描述蓄电池的性能，但放电试验却不宜常做，因为对电池组进行放电试验，会影响到电池组的使用，市电停电不能及时切换，造成危险；进行深度放电会缩短电池使用寿命，因此无法满足日常管理的需求；Ø 另外，市面上出现较多在线容量测试法（电池巡检仪）：在放电状态下，对蓄电池组中的单体电池的端电压进行巡检，找到端电压下降最快的那只，将其认定为落后电池，再利用核对放电仪器，对该节电池进行核对放电，检测出其容量，即代表该电池组容量。该方法可以较快地判定电池组中部分或者个别落后活劣化电池，但还不足以准确测定电池的好坏程度，仅使用一个定性测量的参考，并且受电池巡检仪精度影响，误差较大，同时不能作为日常监测的需求；Ø 电导（内阻）测量法：向蓄电池两端加一个已知频率与振幅的交流电压信号，测量出与电压同相位的交流电流值，其交流电流分量与交流电压的比值即为电池的电导。电导是频率的函数，不同的测量频率下有不同的电导值，在较低的频率下，电池电导与电池容量的相关性很好，一般测量频率在30hz左右，根据不同容量的电池其测试频率也会有所调整。电池容量越小，其内阻就越大，电导值就越小。电导法能准确找出失效的电池，实验结果表明：电池容量降低到50%以下时，其内阻与电导会有较大变化，40%以下时，会有明显变化；并且该方法能够满足日常监测的求；1.3 电导（内阻）测量法原理VRAL蓄电池的交流等效阻抗Z模型如图1所示，图中R1,R2为正、负电极的极化电阻，C1,C2为正、负电极的极化电容，R为蓄电池的欧姆电阻，L为引线电感。图1 VRAL蓄电池的交流等效阻抗模型国内外很多研究资料表明：蓄电池内阻与其剩余容量有着密切关系，如图2所示：在剩余容量50%的区间内，蓄电池内阻变化很小，当剩余容量小于50%时，其内阻明显增大。因此可以通过监测蓄电池的内阻间接反映蓄电池的剩余容量情况；图2 VRAL蓄电池内阻与剩余容量的关系曲线1.4 电池巡检模块FXJ-22模块介绍FXJ-22电池巡检模块管理单元测量范围包含了2V,6V与12V等级的电池,可以独立使用，也可以配合WZCK-21微机直流监控来使用。本身带485通信；1.4.1技术参数：Ø 环境温度：-10度到大于55度Ø 大气压力：80-110KpaØ 相对湿度：不大于90%（25度时）Ø 工作位置：垂直，最大斜度不大于5°Ø 使用地点：应具有防风沙、雨、雪；无腐蚀性气体，无爆炸性气体的环境1.4.2性能与特点：Ø 采用AVR单片机，运行速度快，高可靠性Ø 使用软件看门狗与BOD掉电检测，可极大的提高系统的稳定性及可靠性Ø 采用专门芯片，测量精度高、抗干扰性能优异Ø 独立设置尾电池参数，方便电池分组及接线1.4.3其技术数据：Ø 端电压/内阻检测量程：2V/10m；12V/50m。 （跳线设定）Ø 电压检测精度：满量程±0.2 % Ø 内阻检测精度：满量程±5 %Ø 通信接口：RS485,1位起始位+8位数据位+1位停止位Ø 电源:DC 90-260V 纹波系数不大于5%1.4.4工作流程：² 端电压监测流程：模块上电后，轮流切换相应光继电器，将单只电池的电压引入模块，通过专用芯片进行模数转换及数据处理，完成后以中断的方式通知CPU读出数据，CPU依据读出的数据计算出电池电压，并与设定的过压值与欠压值对比，连续三次发生越限时，将产生过压或欠压的报警信息。² 内阻检测工作流程：模块上电后，轮流切换相应光继电器，将内阻检测激励电流注入单只电池；同时将检测电压引入模块，通过专用芯片模数转换及数据处理，完成后以中断形式通知CPU读出数据，CPU依据读出的数据计算出电池内阻。在更改模块的挡位设定后，必须对测量模块重新上电，保证运行参数的正确性；1.4.5端子描述：01-20号采样端子用于连接19只电池，1号端子应连接1号电池的正极，2号端子应连接1号电池的负极及2号电池的正极，以此类推，20号端子应连接19号电池的负极30号端子用于连接RS485通信接口的A，31号端子用于连接RS485通信端口的B，32号端子用于RS485通信接口的地线。1.4.6通信规约：采用标准MODBUS规约，支持02功能码（遥信命令）、03功能码（读定值命令）、04功能码（读遥测命令）、10功能码（写定值）、11H功能码（报告从机ID）具体通信规约，待整理1.5 待沟通项ü 由于采用电导（内阻）测量法，必须引入外部交流电源激励，现场是否条件；ü 现场直流屏是否具有监控单元？部分监视数据可能监控单元重合，实际是否只是需要在线监测内阻？ü 蓄电池单体电池数量是多少？因为需要配置巡检模块数量第 7 页