变电站蓄电池在线监测及远程自动维护

变电站直流系统主要由蓄电池组、整流器、直流变换器和直流配电屏等组成，正常运行时充电机为负荷供电的同时对蓄电池组进行浮充。当交流失电时, 蓄电池组转为放电状态，由直流系统为事故照明、交流不停电电源和事故润滑油泵等提供不间断供电。但如果直流系统也出现故障，失去直流电源供电的断路器无法自动跳闸，造成保护拒动事故范围扩大，将给电力系统带来巨大损失。

△ 220kV直流系统典型接线图

蓄电池组是变电站的动力来源，负责为电力系统运行提供电能，作为直流系统的核心组成部分，其稳定可靠运行为变电站的运行提供了安全保障。由于蓄电池组维护工作量大，自动化程度不高，尤其是核容维护时需依赖移动维护设备人工核容，存在设备多且重、接线繁多，操作复杂，风险性大等问题，蓄电池组的维护一直是困扰运维人员的难题。

1）阀控铅酸蓄电池寿命短、开路后果严重。

阀控式铅酸蓄电池组长期处于浮充状态，充放电电流小，电压长期稳定不变，难以察觉蓄电池组故障隐患，可能在关键时刻因容量不足等电池性能下降问题，导致电网事故扩大。

2016年6月18日，某省330kV变电站在电缆沟着火后，由于直流系统异常导致事故扩大，最终3台主变烧毁，8座110kV变电站失压，直接损失负荷28万千瓦。

2）通过测试单体电池电压的方法，对蓄电池组浮充电流状况掌握不够充分。

2015年某省供电公司投运的一组500Ah电池，2018年核容测试合格，2019年5月在线内阻监测装置监测到2只单体内阻接近1.5mΩ，随后检修人员将其拆除，实测2只电池已经开路。

某110kV变电站2组蓄电池分别于2012、2013年投运，2017年核容测试均合格，列入2019年技改储备但未能出库，2019年9月连续开路。

3）核容试验周期内可能存在开路风险，工作量大，人手严重不足。

《2018国家电网公司十八项电网重大反事故措施》5.3.3.4中要求新装电池2年一次核容放电试验，4年后每年一次核容放电试验。在实际执行过程中，充放电1次至少需要两天测试时间，时间跨度长，周期内蓄电池组的稳定性无法保证。核容放电试验由专业技术人员携带放电仪到现场操作，耗费大量人力物力财力，并且存在人为操作失误等潜在危险。武汉豪迈电力针对以上运维难点，广泛收集站用直流系统运行经验和意见，根据直流行业相关标准，设计研发了MDC-2000 变电站蓄电池综合监测及远程自动维护系统，取代了传统人工维护模式，实现蓄电池组的实时在线监测与远程在线核容性放电维护。

△ MDC-2000 蓄电池综合监测及远程自动维护系统

1）在线状态监测：系统监测部分通过将单体电池监测模块、跨接模块、交直流监测单元、蓄电池组监测单元等功能模块接入直流系统，实现直流系统状态的在线监测，其中单体电池监测模块加装在每个单体电池表面用于监控电池内阻、电压、温度等重要数据。单体电池跨接模块加装在单体电池极柱上用于将单体电压异常的电池从直流系统隔离。交直流监测单元与蓄电池组监测单元分别监控充电机与蓄电池组的状态。系统通过站内通讯线路将监控数据传输给远方管理。

2）远程回馈式核容维护：系统远程核容部分由综合主机、放电切换装置、逆变回馈放电模块及其他辅助单元组成。正常情况直流屏充电装置给直流负载供电，同时给蓄电池组浮充电，蓄电池组处于备用状态。通过在直流母线和蓄电池组间串接蓄电池在线放电切换装置，对蓄电池组进行状态切换。放电时，蓄电池通过二极管与直流母线连接，此时蓄电池不能充电，但可以在交流失电时给直流负载紧急供电。主控单元控制源逆变器将蓄电池的直流电能逆变成380V交流电反馈回交流电网用（注入电网的电流谐波、功率因素等满足GB/T 30427要求）。通过设定放电过程中的电流值，实现蓄电池组的核容（半核容/全核容）放电试验。

△蓄电池组远程自动维护系统

系统特点：

在线浅放电均衡维护：蓄电池长期浮充对蓄电池的寿命影响很大，可定期进行10%左右的浅放电，延长蓄电池使用寿命，避免长期浮充对蓄电池均衡性的影响。

小电流检测蓄电池完整性：通过对蓄电池浮充电流、熔断器电压及接点的检测，判断蓄电池是否离线脱网。采用分段式小电流直流放电法进行在线内阻测试，可有效监测蓄电池极板断裂、电池开路、电解液干涸等运行中难以发现的隐性严重缺陷。

防孤岛保护功能：通过对交流侧电压、相位和频率的检测，自动适应调整逆变角度，当交流失电时，能及时终止逆变放电，保证直流母线的供电正常。

核容过程的多重复合保护：远程实时监控蓄电池的放电状态，设置多重保护，当出现网络通信、放电负载通信、电流不可控、单体电压、总电压、温度等异常时，可自动停止放电，并直接切断放电主回路，以保证放电过程安全可靠。

本地及后台核容过程可视化：监控终端软件可实时监视变电站直流系统模拟图，动态显示直流主回路开关合分状态、母线电压、蓄电池电流、交流电压、电流、交流开关工作状态、单体电池电压、内阻及温度、交流窜入有效值等。用户管理模块可增加或删除管理人员名单，设置系统管理员、操作人员、一般浏览人员等管理权限，防止误操作。

△ MDC-2000 变电站蓄电池综合监测及远程自动维护系统应用现场

目前，MDC-2000 变电站蓄电池综合监测及远程自动维护系统已在全国各大变电站得到广泛应用，实现了直流系统的在线状态监测和数据分析，以及远程控制各站各组蓄电池的自动放充电核容，大幅度提升了变电站智能化水平，有效保障了电力的安全稳定运行。