蓄电池组开路检测回路及其控制方式的应用研究

蓄电池组开路检测回路及其控制方式的应用研究

张晓宇池莲庆

(1.广东电网有限责任公司教育培训评价中心广东广州510000；

2.广东电网有限责任公司茂名供电局广东茂名525000)

摘要：蓄电池组出现开路会影响系统稳定，并可能导致各种事故。因此，设计一种新的检测装置对蓄电池组进行系统检验，对于保证蓄电池组开路检测回路的正确性，确保供电安全是很有必要的。本项目旨在改进传统蓄电池开路检测方式，并在此基础上提出新的检测蓄电池组开路的方法，提高回路检测的准确性。

关键词：开路检测；回路；控制方式

绪言

在正常运行状态下，蓄电池组是处于浮充状态的，而如果此时蓄电池组中的部位出现诸如断线等开路问题的话是很难被发现的。而作为唯一的通信、变电站保护、应急、自动化等领域的备用电源，蓄电池组对紧急情况下出现的故障切除、倒闸、系统稳定等问题有直接影响。因此，当使用蓄电池组当作备用电源时，如果不能及时发现问题，电力系统的保护、通信、安稳及其它应急系统将不能正常使用，继而会导致设备故障和电力事故。

在这种状况下，需要通过一种不同于传统开路检测的手段研发检测蓄电池组开路的回路装置，能够实现在无负荷甚至轻负荷状态下的检验。比如，在供电前通过采取关联回路上施加额外电源，提前用精度很高的仪器对CI、PT的变比正确性进行检测，对母线及变压器的差动进行校验，重点保护失磁、阻抗等重点方面的方法，使这些保护的投入运行能够确保回路和极性的正确，从而不会出现因回路问题而导致的停电、维修、改动线路等问题。本项目提出的检测回路装置不仅可以对回路进行检测，确保回路的正确无误，而且在革新了传统的送电方式的基础上，它避免了实验过程中经常出现的CT开路现象，使这一影响继电保护的主要因素彻底消除，从而确保了生产的安全性。

1关于蓄电池组开路的研究

1.1蓄电池开路的概念

当蓄电池间的连接出现问题，或者当蓄电池内部因素导致蓄电池断开连接且市场超出指定时间时，就可以说蓄电池组存在开路问题。

1.2蓄电池开路带来的负面影响

在电力系统中，蓄电池组为母线提供可靠、稳定的持续电源，以此确保二次保护装置的工作能够正常进行，并确保断路器可以对闸的重要设备进行分合。在运行过程中，当蓄电池组和母线出现开路问题，此时的电器设备故障将导致短路的出现，而这时母线的电压大幅下降，整流装置无法发挥作用，由此必然导致继电保护装置的操作电压消失，相关断路器不能通过分闸切断出现故障的问题点，而短路会导致供电设备被大范围损毁，最终导致供变电设备在很大范围内长时间停电。

近些年，蓄电池组开路导致的事故屡见不鲜，比如，电气设备出现故障无法分闸并造成设备被大面积烧毁，或者导致严重事故危机，不仅造成巨大财产损失，也对正常的运输生产造成了严重影响，因此可以说，蓄电池组开路带来的负面影响是很大并且程度很严重的，而解决这一问题是确保供电安全和实现正常运输、生产、生活的必由之路。

2蓄电池组开路的原因分析

蓄电池组与母线连接的回路中包括保险、连接端、开关、电流表等组成部分，而蓄电池组运行过程中的很多原因都会导致蓄电池开路问题，比如转换开关无法正常接触、操作失误、材质问题等。大体上来说，蓄电池组出现开路问题的原因可以从以下几方面来分析。

2.1转换开关无法正常接触

在大部分蓄电池组充放电回路中，转换开关一直发挥着投入或者撤除蓄电池组的作用，或者发挥实现主用、备用蓄电池切换的作用。当投入蓄电池组时，转换开关如果无法正常接触或者未在正确的转换位置，则会导致蓄电池组开路。

2.2连接端接触不良或连接线断开

蓄电池组与母线的连接需要借助于连接端，连接线，转换开头，保险连接。在运行过程中，连接端之间的接触不良，连接线断开，连接端遭到损毁等都会导致蓄电池组及母线出现开路，并影响到蓄电池组的正常供电。

2.3熔断保险出现故障

在蓄电池充放电回路上，熔断保险的作用是当蓄电池充放电回路出现短路等故障时可以在短时间内熔断，从而避免蓄电池组被烧损或者爆炸。然而，蓄电池组在运行了一段时间后，必然会存在材质老化、熔断器不能承受充放电过程中的电流额度、充放电回路出现短路等问题，这些会导致熔断保险出现故障，继而会造成蓄电池组回路开路。

2.4蓄电池内部存在开路

经过长期充放电过程后，蓄电池组的老化现象必然会出现。如果蓄电池组的出厂质量也不符合标准的话，其运行过程中可能会存在引出端子或极板脱落的问题，导致蓄电池组内部的两极板出现开路，继而引起蓄电池组与母线的开路。如果蓄电池组开路，则将无法进行正常的充放电。而当系统的供电被断开后，蓄电池将无法继续作为后备电源进行能量供给，从而导致系统瘫痪。

3蓄电池组开路检测回路的检测原理

在分析蓄电池组开路的概念及其原因后，通过监测充电机均充、浮充电流的状态，就可以判别蓄电池组是否存在开路，再根据所设定的蓄电池组中的单体电压，及采样线接入蓄电池中的节数，就可以具体判断蓄电池组出现开路的部位。该监测过程的实施过程具体如下：

首先，设定检测蓄电池组的总电池节数及前段电池的节数，然后，设定判断是否存在开路的单体开路电压的门限阈值，完成这些步骤后就可以进行蓄电池组的实时监测。在检测过程中，当浮充电流在0.3A以下时，需对前段或后段的平均电压进行检测，并将该平均电压与之前所设定的开路电压的门限值进行比较，当开路电压的门限值大于平均电压需要进行延时，之后再对前段或后段的平均电压与开路电压的门限值进行对比，然后就可以得出结论。

分别在蓄电池组两端接入电压线，记为和，然后在蓄电池组中的任意一节中接入一个抽头，记为。蓄电池组共有A节电池，前段有节电池，后段有节电池。将检测到的和的电压值记为，和的电压值记为，则，与的和为整个蓄电池组的电压U。将蓄电池的单体开路电压标记，则，通过分析、、U及的数值则可判定蓄电池组是否处于开路。设蓄电池的前段平均电压为，后段平均电压为。因为,，所以根据此式可以得出包括蓄电池前、后段单体电池的平均电压和，之后将其与单体开路电压对比。当，则可认定蓄电池后段电池存有开路；当，则蓄电池前段电池存有开路；当和的值均小于的值，则开路处于蓄电池组两端；当和的值接近于零，则蓄电池的前端和后段都存有开路。除了对蓄电池组的电压进行分段检测外，还可借助精度很高的CT对蓄电池组的浮充电流进行监测，一次来检测蓄电池组是否存有开路故障。

4蓄电池开路检测回路的设计及控制方式

之前通常用的蓄电池组开路检测回路是先通过指示灯检查连接CT根部至保护装置的电流线，再利用干电池和毫安电流表对保护所用电流的极性是否与装置一致进行检测，最后对整个回路进行通电测试。本项目则提出一种与实际运行状态更为接近的实验方法。首先，检测充电器及电池的状态，并进行信息融合，对充电器的工作状态进行分析和判断。①当充电器无法正常工作时，CPU发出指令对连接充电器两端的电线电压进行检测，如果存有电压，则连接充电器与电池间的电线处于连通状态；如果未存有电压，则可断定连接充电器与电池间的电线处于开路状态。②当充电器正常工作时，则需要借助CPU检测充电器的浮充状态。如果处于浮充状态，则需要通过以下两种方式对连接充电器与电池间的电线的开路状态进行判定：第一种方式是对充电电压的波动进行检测，第二种方式是将电子开关接入连接线回路中，并借助CPU对电子开关的开、关进行定时控制，在检测绝缘栅双极型晶体管两端电压是否恢复的基础上，对是否存在开路进行判断。

在这一操作流程中，由于电流是一次通过并直接作用在设备上，可以直接观察各相电流、差流及河流的数值大小，因此电流能够正确显示就可判定回路正确。这种检测方法不仅能够一次性对整个回路的正确性，还可以对变比的正确性进行验证，因此更具实用性。虽然这种方法要求前期进行一段时间的准备，但通电后只需对保护装置进行电流监测，而无需表计进行任何测量，因此测量过程更加快捷、方便，同时也可保证测量的准确性。

5蓄电池组开路检测回路的主要技术难点及应对措施

在实际的监测应用过程中，受制于包括装置的不同检测精度、不同的短路位置及可承受电流、进行通流模拟需要不同的电源容量、变压器短路的阻抗不同等因素，这一检测方法不能运用到所有情况中，为了提高该方法的适用性，还需要针对上述问题开展下面的一系列工作。

第一，在分析现有研究成果的基础上确定如何对不同蓄电池单体进行电流分配，并建立相应的数学模型进行分析。第二，对蓄电池特性及CT参数进行分析并计算，综合包括差动、阻抗、母线差动等多方向性保护的原理，及测量电度表、监测装置等方面的原理，并综合考虑蓄电池组开路检测回路可能会出现的状况。这些工作中的主要技术难点是需要检测到精度不低于1mA的信号。由于目前所使用的电流钳的精度最高只能达到10mA，因此，为了实现使该检测方法更加实用的目标，必定需要继续研发、提高测量电流装置的精度。

结论

本项目中的研究对目前针对蓄电池组开路进行检测的回路中存在的问题进行了分析，并在此基础上提出了一种新的回路检测方法。使用该检测方法对提高蓄电池组开路检测准确性有很大帮助，并能增强电力系统的稳定性，因此其应用前景很广。该研究旨在克服现有检测方法的技术缺陷，提供一种新型的蓄电池组开路检测回路，并争取实现方法全面、结果可靠、保障蓄电池组能够真正发挥作用的目的。本研究在融合多种信息的基础上，利用决策系统对电池间的连线情况进行分析并继而判定其是否存在开路；根据蓄电池组的工作状态，在不同监测点对电压和电流的值进行采样，据此判断是否存在开路。采用该检测方法判断蓄电池组的开路情况可以确保检测的正确性。而且，该检测方法可以应用到大规模的系统中，从而降低了该检测方法的成本，因此其不仅具有市场发展潜力，而且能够实现一定的经济效益。

参考文献

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作者简介

张晓宇，出生1982年12月15日，性别男，籍贯广东湛江，学历研究生，职称电力工程师，研究方向：电力工程技术，从事的工作：技能专家站管理。

池莲庆，出生1972年9月16日，性别男，籍贯广东茂名，学历本科，职称高级技师，研究方向：电力工程技术，从事的工作：变电运行。