CN101769994A - 阀控式密封铅酸蓄电池50%放电容量测试方法 - Google Patents

Abstract

一种阀控式密封铅酸蓄电池50％放电容量测试方法，属电力工程用铅酸蓄电池的不离线放电测试方法。其步骤为：将保安装置并联在被评估蓄电池组的出口熔断器两端，再断开熔断器，使保护装置串入蓄电池至直流母线的供电回路中；采用蓄电池放电测试仪对蓄电池组进行不离线50％放电容量测试：以10小时率放电电流，放电5小时进行的核对性放电；当放电达到5小时，任一只电池端电压均不低于1.95V时，停止放电测试并恢复对蓄电池组进行充电；反之，需按相关标准规定进行深度活化，重复两次测试，确定该蓄电池组剩余容量是否不低于80％C₁₀。本方法简单、直观、有效，能保证测试全过程不中断被测蓄电池组对设备的供电。

Description

阀控式密封铅酸蓄电池50%放电容量测试方法

技术领域

本发明涉及电力工程用阀控式密封铅酸蓄电池组的容量状态评估，通过对阀控铅酸蓄电池5小时不离线放电测试方法及其放电终止电压值的研究，实现一种安全、快速的电池容量状态评估方法——“50％放电”，满足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》标准对变电站仅有一组蓄电池的安全测试要求。

背景技术

阀控式密封铅酸蓄电池组通过“人工放电负载”，按0.1C₁₀的电流值进行恒流放电并计时，当蓄电池组中任一只电池端电压达到放电终止电压，停止放电。放电电流值与放电时间之积为被测试蓄电池的实际容量。当该容量小于80％额定容量C₁₀时，将认定该蓄电池进入衰退期，不能继续使用。

目前评估蓄电池容量衰退的主要技术有：

采用“全容量核对性放电”，通过“人工放电负载”按0.1C₁₀的电流值进行恒流放电并计时，当蓄电池组中任一只电池端电压达到放电终止电压，停止放电。放电电流值与放电时间之积为被测试蓄电池的实际容量。当该容量小于80％额定容量C₁₀时，将认定该蓄电池进入衰退期，不能继续使用。该方法直观、准确，由于电力行业标准和规范规定“任何时候蓄电池组都不允许脱离母线”，无法对只安装了一组蓄电池的变电站直流电源系统采用该方法。

采用“蓄电池内阻或电导”，从蓄电池失效机理可知，像正极板腐蚀、失水、负极板硫酸盐化等，都会在蓄电池内阻或电导上得到反映。但国内相关研究报道表明蓄电池容量与其内阻或电导没有很好的相关性。所以蓄电池的内阻或电导测试可以发现部分失效蓄电池，但无法确定蓄电池剩余容量和判别容量衰退。

采用“监测电池单体电压”，在浮充状态下，监测蓄电池组各单体电压值，要求对超过平均值±50mV(电力行业标准)以上的蓄电池进行更换，即判为不合格。除极板极耳或汇流条严重腐蚀、断裂的等外，即使蓄电池容量已严重衰退，但在浮充状态下电压显示仍在正常范围内，所有电压监测中很难反映蓄电池容量状况。

上述技术方案中，“全容量核对性放电”是通过100％深度放电测定剩余容量，对蓄电池性能进行评判的最为直接的、有效的测试方法，它真实地反映了被测蓄电池具备的放电能力，是目前能被所有接受的、唯一的检测评判蓄电池的方法。

目前采用“全容量核对性放电”测试工作量非常大，不论是离线还是在线式测试，在测试的后期(容量放出一半以后)，对电力工程的直流电源系统都具有潜在的危险。“50％放电容量状态评估方法”在“全容量核对性放电”的基础上，只需原来一半的时间、放出约一半的额定容量，即可对被测蓄电池组的放电能力做出准确的判定。同时采用本发明人自行研制的放电保安装置，在蓄电池组处于热备用状态下，安全地完成不离线放电测试和电池容量状态评估。

发明内容

本发明的目的是提供一种能用于电力工程的直流电源系统，简单、直观、安全、省时地进行阀控式密封铅酸蓄电50％放电容量测试方法，以满足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》标准对变电站仅有一组蓄电池的安全测试要求。

本发明的目的是这样实现的：一种阀控式密封铅酸蓄电池50％放电容量测试方法，按以下步骤进行：

a)、先将保安装置并联在被评估蓄电池组的出口熔断器或直流空开两端，检查确认接线无误后，再拉开出口熔断器或直流空开，使保安装置串入蓄电池组至直流母线的供电回路中；由于保安装置的逆止作用，充电装置不再向蓄电池组充电，只向经常性负荷提供电源，蓄电池组处于热备用状态；采用蓄电池放电特性测试仪作为外加人工负载对蓄电池组进行不离线“50％放电”容量测试：以10小时率即0.1C₁₀放电电流，放电5小时进行的核对性放电；

b)、当出现蓄电池端电压下降过快或其他异常现象时，合上出口熔断器(直流空开)，恢复对蓄电池组充电；

c)、当交流中断等事故用电时，蓄电池组将无间隙地提供直流电源，同时保安装置发出报警并断开人工放电负载，停止蓄电池组放电测试，蓄电池组退出热备用状态转入运行工作状态；

d)、在放电保安装置的保护下，采用人工放电电阻按10小时率放电电流进行不离线放电测试；当放电达到5小时，任一只电池端电压均不低于1.95V时，停止放电测试并恢复对蓄电池组进行充电；反之，需按DL/T724-2000标准规定进行深度活化，重复两次测试，确定该蓄电池组剩余容量是否不低于80％C₁₀。

上述“50％放电”容量测试终止电压为：置信度在90％～99.5％之间时，置信下限在1.951V～1.952V之间。

上述蓄电池放电特性测试仪的型号为：美国Alber公司的BCT-2000。

本方法发明的积极效果是：

长期以来，电力系统对蓄电池状况的判定是采用10小时率的核对性放电进行容量测试，其放电时间需要8～10小时，放电完成后蓄电池组的恢复充电需要12小时以上。特别是110kV及以下电压等级的变电站，往往仅安装了一组蓄电池，若正在进行核容试验过程中，系统出现故障而直流装置交流电源又中断，此时蓄电池组剩余的容量对应紧急事故用电是非常危险的。虽然DL/T724-2000《发电厂变电所蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》规定了对单组蓄电池的核容试验只能放出额定容量C₁₀的50％容量，且蓄电池组端电压不得低于2V×N(N-蓄电池只数)。但对于运行的蓄电池组如何对应50％容量，该规程并未定义，所以实际测试中运行维护单位采取的方式是五花八门，放电时间有5小时，有4小时等各不相同，最重要的是放电完成后没有判断依据，即放了4、5小时对蓄电池组的容量或状况仍旧没有结论。

本方法通过50％放电终止电压值的确定，使电力工程用阀控式密封铅酸蓄电池组，在50％放电深度内就能完成容量状态评估测试。采取必要的安全技术措施后，不离线在短时间内就能发现失效蓄电池。传统的全容量核对性放电需要8～10小时，恢复充电至少需要12小时，完成一组蓄电池核容至少耗时20小时以上。采用50％放电不但放电时间减少一半，而且放出容量也不超过一半，这样被测试蓄电池组恢复充电的时间也相应减少了一半，较过去可省时10小时左右。本方法适用于电力工程所有站用阀控式密封铅酸蓄电池组，以及所有合格的“人工放电负载”(蓄电池放电特性测试仪)和直流电源专业维护人员，方法简单、直观、有效，能保证测试全过程不中断被测蓄电池组对需要的设备供电，避免了蓄电池组全充全放给电力系统带来的安全隐患和事故风险。

随着电网的不断扩大，变电站数量的不断增加，每个变电站至少都有一组蓄电池，现已造成了维护人员疲于奔命，设备维护的效率等问题已凸现出来，阀控式密封铅酸蓄电池50％放电容量评估方法，省时、省电、省工。由于及时掌握蓄电池性能，对控制突发性电力事故及设备检修制度向状态检修制转变，对电网的安全运行都具有重大意义，无论从“节能减排”保护环境，还是保障供电让民众安居乐业，其社会效益都是巨大的。

附图说明

图1-1是MATLAB软件检验样本满足正态分布运行结果截图；

图1-2是MATLAB软件程序运行后，得到置信度90％～99.5％之间时，置信下限结果截图；

图2-1、图2-2分别是在熔断器和直流空开条件下，不离线放电测试安全措施原理接线图；

图2-3、图2-4分别是在熔断器断开和直流断开条件下，蓄电池放电时，不离线放电测试安全措施工作状态原理接线图。

具体实施方式

本发明50％放电电容量测试(或状态评估)方法，是以10小时率(0.1C₁₀)放电电流，放电5小时进行的核对性放电。对应的是100％放电深度的一半，放电曲线是与100％放电深度核对性放电前5个小时的放电曲线相吻合，放电终止条件对应剩余容量为80％额定容量(C₁₀)的终止电压值，故最终对被测蓄电池组容量判别，是依据现行标准、规范的统一规定进行的，即“终止电压达到1.8V时，剩余容量不得低于80％额定容量(C₁₀)”。

本发明通过发明人相关课题研究，对四川电力系统2005年至2009年中，23个电业局放电数据进行了收集和筛选。分析了品牌差异、测量引入误差和电池温度等对数据的影响，利用数理统计与概率分析的方法确定了80％C₁₀对应的5小时放电电压值域。只需传统方法一半的测试时间，即可完成一组电力工程用10小时率2V阀控式密封铅酸蓄电池的容量评估。

具体研制过程如下：

采用“人工放电负载”(如蓄电池恒流放电特性测试仪)，对各品牌、各种规格的蓄电池进行C₁₀全容量核对性放电，同时得到了各蓄电池在放电第5小时的放电电压值，和10小时放电终止时的剩余容量；当放电达到第5个小时前，其放电电压值已达到“50％放电容量状态评估方法”的放电终止电压值1.95V，则该组蓄电池实际容量小于80％C₁₀；反之，当放电达到5小时后，其放电电压值尚未达到上述放电终止电压值1.95V，则可判定该组蓄电池实际容量大于80％C₁₀；

对四川电力系统2005年至2009年中，23个电业局放电数据进行了收集和筛选，其中80％C₁₀电池5小时放电电压有效样本进行区间段处理后统计分析，样本频数拟合曲线近似于正态分布。使用MATLAB数理统计与概率分析软件对所获取的80％C₁₀电池5小时放电电压有效样本数进行随机分布的假设检验，运行结果“接受原假设”，即认为在显著性水平α＝0.05下，样本满足正态分布(见附图1-1)。

由于对应80％C₁₀的“50％放电”终止电压值是一个概率不低于所要求值的区间下限的统计量。所以，设80％C₁₀电池5小时放电电压X₁，X₂，…，X_n是服从正态分布N(μ，σ²)的样本。当σ²未知时，下限置信区间为

。通过MATLAB程序运行后，在置信度90％～99.5％之间时，置信下限在1.9523～1.9515之间变化，确定了剩余容量为80％C₁₀的蓄电池放电第5小时的放电电压值域(见附图1-2)；

由于电力工程对蓄电池实际容量低于80％额定容量(C₁₀)时，要求立即更换即判定其不合格，所以剩余容量为80％C₁₀的蓄电池放电第5小时的放电电压值，就是“50％放电容量状态评估方法”的放电终止电压值；

研究“50％放电”是为了解决变电站只安装了一组蓄电池，按规定又不能脱离直流母线进行核对性放电。为此采用自行研制的放电保安装置，在保证运行安全条件下，完成不离线放电测试。

本发明阀控式密封铅酸蓄电池50％放电容量测试方法(测试方法或称判定方法，或称状态评估方法)，按以下步骤进行：

a)、先将保安装置(现有技术)并联在被评估蓄电池组的出口熔断器(直流空开)两端，检查确认接线无误后，再拉开出口熔断器(直流空开)，使保安装置串入蓄电池组至直流母线的供电回路中。保安装置由大功率二极管及其辅助电路构成，二极管的单向导通性使蓄电池组可放电，但不接受充电，即保安装置具备单向阀的作用。由于保安装置的逆止作用，充电装置不再向蓄电池组充电，只向经常性负荷提供电源，蓄电池组处于热备用状态。此时可以利用外加人工负载对电池组进行不离线“50％放电”容量测试。接线原理见附图2-1～图2-4(图2-1和图2-3中，熔断器：RD；放电测试仪：FY；保安装置：U；图2-2和图2-4中，直流空开：ZK；放电测试仪：FY；保安装置：U)。

b)、当出现蓄电池端电压下降过快或其他异常现象时，合上出口熔断器(直流空开)，即刻就能恢复对蓄电池组充电。

c)、当交流中断等事故用电时，蓄电池组将无间隙地提供直流电源，同时保安装置发出报警并断开人工放电负载，停止蓄电池组放电测试，蓄电池组退出热备用状态转入运行工作状态。

d)、在放电保安装置的保护下，采用人工放电电阻按10小时率放电电流进行不离线放电测试。当放电达到5小时，任一只电池端电压均不低于1.95V时，停止放电测试并恢复对蓄电池组进行充电。反之，需按标准规定进行深度活化，重复两次测试，确定该组蓄电池剩余容量是否不低于80％C₁₀。

本方法的主要功能与技术指标：

主要功能：通过设定蓄电池放电特性测试设备的50％放电终止电压值，在5小时内被测蓄电池达到50％放电终止电压值，测试设备自动停止放电。再重复100％深度活化、放电两次测试，放出容量仍小于80％C₁₀，确认测试结果无误，则按照电力行业标准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》和《国家电网公司直流电源系统管理规范》进行处理。

技术指标：阀控式密封铅酸蓄电池标称电压：2V；50％放电终止电压：1.95V；电压测量精度：0.2％；电流控制调节精度：1％；时间测量精度：0.1％。

仪器名称：

蓄电池放电特性测试仪(即放电测试仪)美国Alber公司，仪器型号：BCT-2000；

数字式万用表(美国Fluke公司)，仪器型号：87V。

仪器技术参数：

检测范围：0-1000Ah；电流控制调节精度：±(3A+0.1％)；电压测量精度：±(0.01V+0.1％)；电源要求：120VAC 60Hz或220VAC 50Hz。

Claims (3)

1.一种阀控式密封铅酸蓄电50％放电容量测试方法，其特征是：按以下步骤进行：

a)、先将保安装置并联在被评估蓄电池组的出口熔断器或直流空开两端，检查确认接线无误后，再拉开出口熔断器或直流空开，使保安装置串入蓄电池组至直流母线的供电回路中；由于保安装置的逆止作用，充电装置不再向蓄电池组充电，只向经常性负荷提供电源，蓄电池组处于热备用状态；采用蓄电池放电特性测试仪作为外加人工负载对蓄电池组进行不离线“50％放电”容量测试：以10小时率即0.1C₁₀放电电流，放电5小时进行的核对性放电；

b)、当出现蓄电池端电压下降过快或其他异常现象时，合上出口熔断器(直流空开)，恢复对蓄电池组充电；

c)、当交流中断的事故用电时，蓄电池组将无间隙地提供直流电源，同时保安装置发出报警并断开人工放电负载，停止蓄电池组放电测试，蓄电池组退出热备用状态转入运行工作状态；

d)、在放电保安装置的保护下，采用人工放电电阻按10小时率放电电流进行不离线放电测试；当放电达到5小时，任一只电池端电压均不低于1.95V时，停止放电测试并恢复对蓄电池组进行充电；反之，需按DL/T724-2000标准规定进行深度活化，重复两次测试，确定该蓄电池组剩余容量是否不低于80％C₁₀。

2.根据权利要求1所述阀控式密封铅酸蓄电池50％放电容量测试方法，其特征是：所述“50％放电”容量测试终止电压为：置信度在90％～99.5％之间时，置信下限在1.951V～1.952V之间。

3.根据权利要求1或2所述阀控式密封铅酸蓄电池50％放电容量测试方法，其特征是：所述蓄电池放电特性测试仪的型号为：美国Alber公司的BCT-2000。

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