变电站直流电源系统蓄电池组的使用问题及替代改进简析

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摘要： 直流电源变电站的供电系统当中有着极其重要的作用，直流电源系统蓄电池组的主要作用为：分合闸的操作以及控制、保护变电站的通信设备、变电站的自动装置操作机械以及为调节设备的传动机构提供电源，必要的时候还能够为事故提供照明的电源。因此，直流电源系统蓄电池组的性能和可靠性对变电站的整个供电系统的正常工作有着直接的影响。

当前，我国变电站的直流电源系统一般采用蓄电池作为系统的储能元件，蓄电池组的容量在选择上应当满足以下条件：(1)为合闸等的冲击性负荷提供其所需要的最大放电的电流;(2)为经常性的负荷持续地提供所需电源。可因为蓄电池的功率密度较小，导致其大电流的输出能力较差，为了保证变电站直流电源操作的可靠性，应当选择大容量的直流电源系统的蓄电池组。可由于粗电池组在使用上存在一定的缺陷，因此需要变电站的相关人员拥有较高的职业素质和技术水平，同时可对其进行替代改进。

1 变电站直流电源系统蓄电池组存在的缺陷

变电站的直流电源系统的蓄电池组由于长时间得处在浮充电的备用状态以及对其维护缺乏及时性，将会导致诸多问题的出现。比如镐镍电池，由于对其多级串联操作将会引起故障率的增加;倘若任一电池出现故障将会导致整个蓄电池组无法正常地工作;个体的差别将会导致电池电压缺乏均衡性任何一节电池有问题，都将影响整个蓄电池组的正常工作;蓄电池组的充电电流过大将会引发“析氧反应”等。由于变电站直流电源系统的蓄电池组的充电装置相对较为复杂，因此要求其配备的充电机能可依照电池充电曲线进行限压、限时以及限流充电。

1.1 镐镍蓄电池组

由于变电站当中的镐镍蓄电池组于加工生产环节中无法保证每一个电池的充电、放电的特征一致，在使用当中使用同一个充电的电源，又必须向同一个负荷放电，导致个别电池性能差越来越大，对整个装置的性能产生一定消极的影响。由于镐镍蓄电池组于工作当中长时间地处在浮充的状态，致使浮充电流过大，使得电解液当中的水电解成为氢与氧，氢气与氧气混合是危险的爆炸气体，倘若通风条件较差将会出现极大的事故。

1.2 密封的铅酸蓄电池组

因为镐镍蓄电池组的维护量过大，因此免于维护的密封错酸蓄电池组得到广泛的运用。可是密封铅酸蓄电池组由于以下原因导致其使用寿命相对短暂：(1)对温度较为敏感。当工作环境超过25 摄氏度时，每升高10 摄氏度其寿命将会缩短一半;(2)过度放电。由于密封铅酸蓄电池组会过度地放电，而当蓄电池被过度地放电至输出的电压是零时，将会导致电池的内阻越来越大，电池的充电与放电的性能便越来越差，密封铅酸蓄电池组的使用寿命便会越短。

2 变电站直流电源系统蓄电池组的替代改进

2.1 超级电容器单独储能直流电源系统的可行性

在中小型的变电站中，其经常性的负荷通常比5A 还小。依据电力工程的规定，直流电流系统所控制的母线电压波动范围是85%至110%Un，当电压为220V 的时候，所控制的母线电压波动范围是：187V 到242V 之间。当所控制的母线电流比2A 还小时，将保证30s 的跳合闸能力。于实际的运用当中，应当配备多台的电容作为备用，在极端的情况之下，经常性的负荷将达4A，维持母线的电压可数十秒。对于任一继电保护，由于动作时间可在数秒之内完成，有较为充足的跳合闸能力，因此具有极大的可靠性。由于该种超级电容器的直流电源装置当中没有蓄电池，因此不必有复杂的充电电路，可免于维护。而且超级电容器物理储能相对较为环保，其使用寿命也较长，不但节约变电站的成本，而且符合节能减排的政策。

2.2 超级电容器与蓄电池混合储能直流电源

目前变电站使用的断路器当中，其配备为CD—X 型的电磁操作机构，它的合击电流远在120A 之上，为变电站经常性的负荷电流10 倍多。于进行分合闸的操作中，使得蓄电池大电流地进行放电，对蓄电池造成了严重的损坏，使得蓄电池的使用寿命大大缩短。倘若使用超级电容器储能所组成的直流电源，虽然能够满足分合闸的操作要求，但是对于一些大型的变电站与电网停电之后需要2 到4 小时进行直流供给，由于超级容器的能量密度相对较低，因此无法确保持续性的供电。但是，超级电容器与蓄池所组成的混合储能系统能够较好地这一难题。使用超级电容器，让其承担分合闸的冲击性荷，继而使用容量较小的能量型蓄电池组，便可满足变电站经常性的负荷需求。不仅可保证变电站直流电源系统运行具有可靠性，又可相对降低其成本、减少对其的维护量，并且能够使得蓄电池组避免受到大流的冲击，使其使用寿命延长。由于蓄电池和超级电容器于技术性能方面有着极强的相互补助的性能，蓄电池组的能量密度相对较大，其功率密度相对较小，充电、放电的效率较低，其循环使用寿命较短。而超级电容器则更其相反，超级电容器的功率密度相对较大，充电、放电的效率较高，其循环使用寿命较长，但是其但能量密度相对偏低，因此不适合进行大规模的电力储能。倘若把超级电容器和蓄电池组进行混合使用，将会大幅度地提高其储能的装置性能。

3 总结

变电站的直流电源系统蓄电池组存在维护量大、使用寿命短、缺乏不可靠性等缺陷，因此必须对其进行有针对性地改进替代。而超级电容器直流的储能方案与超级电容器与蓄电池混合储能直流电源两个方案的提高，在一定程度上解决了变电站直流电源系统蓄电池组的缺陷。不仅使得其使用寿命延长，还使得其具有较高的可靠性，满足变电站对于电源供给的需求。

参考文献：

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[2] 张方华.双向DC 一DC 变换器的控制模型[J].中国电机工程学报，2005.

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