CN113466707A - 一种用于现场校验蓄电池巡检装置的标定电池及方法 - Google Patents

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李晶
罗洋
林树胜
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Abstract

本发明公开了一种用于现场校验蓄电池巡检装置的标定电池及方法,本发明基于Thevenin的扩展模型,通过模拟阀控铅酸蓄电池内部故障或异常的内阻变化及范围,其变化量以定值增量或定挡增量叠加的方式实现,形成待测定标定电池,然后采用标准的两点测定法对待测定标定电池分别进行基准值和包含附加变量标准电阻各定值或定挡总阻值的标定,以此形成了标定电池,将其作为标准源,得到校验现场巡检测试设备内阻值测量误差的“内阻量值传递标准源”,以进行现场蓄电池巡检装置校验,从而提高现场巡检装置的监测可靠性,避免蓄电池安全隐患甚至失效引发电网安全事故所造成的经济损失,全面提升直流电源的可靠性、安全性。

Description

一种用于现场校验蓄电池巡检装置的标定电池及方法
技术领域
本发明属于发输变电技术领域,具体涉及一种用于现场校验蓄电池巡检装置的标定电池及方法。
背景技术
直流电源系统是为发电厂、变电站(以下简称厂站)中的继电保护、监控系统及安全自动装置等提供工作及控制电源的重要组成部分,其性能直接影响到厂站是否能够安全稳定运行。固定安装的阀控铅酸蓄电池组是厂站用直流电源系统的核心设备,虽然蓄电池组在平时处于备用状态,但却能够在厂站交流失电或其它事故状态下保证为厂站用直流电源系统持续提供满足要求的直流电源,成为此时厂站用电负荷唯一的能源供给者。为了保障阀控铅酸蓄电池组能够处于良好,运行单位投运了大量的蓄电池巡检装置。但其交接验收和后期运行状况(如测量蓄电池参数的准确度等)的校验,一直缺乏行之有效的技术手段。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种用于现场校验蓄电池巡检装置的标定电池。
本发明通过下述技术方案实现:
一种用于现场校验蓄电池巡检装置的标定电池,该标定电池通过在选定的阀控铅酸蓄电池一极柱端串接可切换不同微欧级阻值的“变量标准电阻”构成,该“变量标准电阻”用来模拟阀控铅酸蓄电池内部故障或异常的内阻变化范围,其变化量以增量或增量叠加方式实现。
优选的,本发明的阀控铅酸蓄电池极柱端串接的“变量标准电阻”采用经过校验的大功率高精密电阻或高精度分流器。
优选的,本发明的阀控铅酸蓄电池内部故障或异常时内阻值的变化量以“变量标准电阻”增量值的方式实现具体为:
所述变化量以“变量标准电阻”增加20%~100%的阻值实现。
优选的,本发明的阀控铅酸蓄电池内部故障或异常时内阻值的变化量具体以定值增量或定挡增量叠加的方式实现:
所述变化量定值按照增加20%、50%或100%实际测定的阻值增量实现;
或者,所述变化量定挡按照10%、20%、30%或40%的增量叠加实现。
优选的,本发明使用符合GB/T19638.1标准的“两点测定法”的测试设备分别测定阀控铅酸蓄电池内阻值和蓄电池一极柱端串接“变量标准电阻”后的总阻值,形成标定电池。
另一方面,本发明还提出了一种用于现场校验蓄电池巡检装置的方法,包括:
以标定后的本发明所述标定电池作为标准信号源,对现场蓄电池巡检装置进行校验。
优选的,本发明在对现场蓄电池巡检装置进行校验之前还包括对选定的便携式电池巡检仪进行测量误差修正,修正过程具体包括:
采用选定测量误差较小的便携式电池巡检仪,在测定时同时对标定电池进行对比测试,得到该便携式电池巡检仪与“两点测定法”测试设备的测量误差修正,对该便携式电池巡检仪进行修正。
优选的,本发明的对现场蓄电池巡检装置进行校验过程具体包括:
采用现场蓄电池巡检装置与修正后的便携式电池巡检仪,同时对现场安装的阀控铅酸蓄电池内阻值和标定电池内阻值进行对比测试,测量期间还需要标定电池采用定值方式或定档方式调整变量标准电阻增量(变化量),即可得到该现场巡检装置的测量误差,从而完成现场蓄电池巡检装置的内阻测量误差校验。
本发明具有如下的优点和有益效果:
本发明基于Thevenin的扩展模型原理,在选定的阀控铅酸蓄电池一极柱串接高精度大功率的“变量标准电阻”,形成待测定标定电池。是通过调整附加“变量标准电阻”值来模拟阀控铅酸蓄电池内部故障或异常时的内阻值变化,其变化量以变量标准电阻采用定值增量或定挡叠加增量的方式实现。然后采用标准的“两点测定法”对待测定标定电池进行测定,以此形成了标定电池,将其作为标准源,得到校验现场巡检测试设备内阻值测量误差的“内阻量值传递标准源”,可实现对现场蓄电池巡检装置进行校验,从而能够提高现场蓄电池巡检装置的监测可靠性,提升电力厂站用直流电源系统的安全运行水平,避免蓄电池安全隐患甚至失效引发电网安全事故所造成的经济损失,全面提升直流电源的可靠性、安全性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为蓄电池内阻Thevenin模型等效电路。
图2为蓄电池内阻参数组成示意图标定电池。
图3为本发明的标定电池等效电路。
图4为本发明的现场校验原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例
尽管GB/T19638.1标准规定了阀控铅酸蓄电池的内阻水平,并定义了标准的“两点测定法”用以测量蓄电池的内阻值及误差规定,但是“两点测定法”需要进行短时大电流平稳控制和测量(比如800AH的电池需要进行5s、1600A的电流放电控制),这种测量方法和测试设备只适用于实验室。蓄电池的内阻测量误差缺乏统一的测试评判标准,相关的国家认证实验室也无法提供标准的真实测量值,来应用于现场安装的蓄电池巡检装置或相关内阻测量设备的校验,导致了目前阀控铅酸蓄电池内阻监测、检测和比对无标准认定的困境,一直存在不同的测量设备所测得的内阻值不同,可是又无法认定那个设备的测试结果符合真实值的尴尬处境。因此,本实施例一种用于现场校验蓄电池巡检装置的标定电池,根据Thevenin模型,结合阀控铅酸蓄电池内部故障机理的分析,提出了能人工定量模拟内部故障的“标定电池”模型,解决了现场内阻无校验标准的难题。
Thevenin等效电路模型具有物理意义清晰、RC阶数较少、电路结构简洁等优点,工程应用已经能够较好体现出阀控铅酸蓄电池的静态与动态特性,所以Thevenin等效电路已经成为研究与工程应用较为广泛的一种阀控铅酸蓄电池模型。Thevenin模型由一个理想电压源E,欧姆电阻R1,极板间电容C和极化电阻R2组成,如图1所示。
蓄电池内阻包含电能传导回路中的所有元部件,放电电流流经:极柱、汇流排、板栅、板栅与涂膏、涂膏、隔膜、电解液,蓄电池的内阻可以看作是这些元部件电阻的串联,如图2所示,其中Rj代表内部极柱电阻,Rh代表汇流排电阻,Rs代表板栅电阻,Rst代表板栅与涂膏间电阻,它们一起构成欧姆电阻R1。而Rt代表涂膏电阻,Rd代表电解质电阻,Rg代表隔膜电阻一起构成极化电阻R2。也即由欧姆电阻R1和极化电阻R2等效蓄电池内阻。
阀控铅酸蓄电池的内阻不是常数,因为在充放电过程中,蓄电池内部的活性物质的构成、电解液浓度和温度都在随着时间的变化而不断变化。
阀控铅酸蓄电池的内阻与环境温度、电池的充电状态和放电速率等都有关系,各阀控铅酸蓄电池组的电池巡检装置对采样与计算时蓄电池内部电感、电容的动态处理,直接影响着监测的准确性。由阀控铅酸蓄电池等效模型的Thevenin模型分析可知,当蓄电池内部发生正极板软化、负极板硫化和失水等异常时,都会导致相对应的电阻值会出现增大的趋势。
由此,本实施例在阀控铅酸蓄电池一个极柱端串联连接高精度大功率的可切换不同微欧级大功率的变量标准电阻R3,如图3所示,通过调整附加变量标准电阻R3值来模拟阀控铅酸蓄电池内部故障或异常时的内阻值变化,其变化量以定值增量或定挡增量叠加的方式实现。定值方式其变化量按照增加20%、50%和100%实际测定的阻值增量实现。定挡方式其变化量可按照10%、20%、30%、40%的增量叠加实现,例如按10%增量叠加,则内阻的变化量每档分别有20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%的增量;当按20%增量叠加,则内阻的变化量每档分别有20%、40%、60%、80%、100%的增量。上述内阻的变化量基本覆盖了阀控铅酸蓄电池巡检装置的测量范围,由此形成待测定标定电池。
本实施例通过在实验室采用标准的“两点测定法”对待测定标定电池在20%~100%阻值范围内进行测定,以此形成了标定电池,将其作为标准源,得到校验现场巡检测试设备内阻值测量误差的“内阻量值传递标准源”,可实现对现场蓄电池巡检装置进行校验。同时每一次现场校验测量过程,所有对现场巡检监测影响的因素(如接触电阻、监测引接线电阻)都包括在内,则能更客观地反应出现场安装后阀控铅酸蓄电池组巡检装置实际内阻的测量能力和性能。
在目前的应用环境下,即使标定电池的测试结果与GB/T19638.1标准的“两点测定法”有一定差异,但如果测试设备具有良好的稳定性、可重复性和灵敏性,测试结果误差满足电力工程现场应用的需求,通过内阻变化加之其他如电压、电流等综合评价,也可以推断蓄电池性能的变化,避免蓄电池安全隐患甚至失效引发电网安全事故所造成的经济损失,全面提升直流电源的可靠性、安全性。
本实施例提出的标定电池具体应用过程包括:
(1)制作基于Thevenin模型的标定电池。
采用经过校验的大功率高精密电阻或高精度分流器构成变量标准电阻,串联接在选定的阀控铅酸蓄电池一端极柱上,作为(故障电池)欧姆内阻增加量,能精确、快速、方便地检验蓄电池巡检装置对阀控铅酸蓄电池内阻微小变化测量结果的准确性。
(2)采用两点测定法标定待标定电池。
使用符合GB/T19638.1标准中“两点测定法”的测试设备,测定待标定电池的内阻值作为基准值,再测定包含有附加变量标准电阻的每一定值增量或定挡增量叠加后的阻值,即完成标定成为标定电池。
本实施例还可以选择尽可能精度高的便携式电池巡检仪进行比对测试,得到该便携式电池巡检仪与“两点测定法”测试设备的测量误差修正。
标定电池的稳定性问题是指标定电池经过“两点测定法”测量之后,其值是否与测试前的值保持在可接受的偏差范围内。工程上的主要判别方法是经过多次“两点测定法”,对测量的结果进行比较,如果多次的测量值在一个小误差范围内,那么说明标定电池作为比对源是稳定的。经过研究和实践证明其容量规格、环境温度、多次测量中是否补充充电等对校验的影响,均在工程可接受的偏差范围内。
(3)采用标定电池校验现场装置。
比对测试过的便携式电池巡检仪作为校验装置,以标定电池作为校验的标准信号源,现场蓄电池巡检装置与修正后的校验装置,同时对标定电池和/或现场安装的阀控铅酸蓄电池进行比对测量,即可完成现场蓄电池巡检装置的校验。如图4所示。
另外,分别测量标定电池的基准值和(串接了变量标准电阻的)总阻值,将两次测量值的差值与所串接变量标准电阻的增量值比较,也可计算得到现场蓄电池巡检装置的欧姆电阻测量误差。通过选择标定电池定值增量或定挡增量叠加的变化量,即可得到被校验装置在其巡检测量范围内的测量误差,完成现场电池巡检装置的校验。
同时每一次现场校验测量过程,所有对现场巡检装置影响的因素(如接触电阻、监测引接线电阻)都包括在内,则能更客观地反应出装置现场安装后的监测能力和测量性能。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于现场校验蓄电池巡检装置的标定电池,其特征在于,该标定电池通过在选定的阀控铅酸蓄电池一极柱端串接可切换不同微欧级阻值的“变量标准电阻”构成,该“变量标准电阻”用来模拟阀控铅酸蓄电池内部故障或异常的内阻变化范围,其变化量以增量或增量叠加方式实现。
2.根据权利要求1所述的一种用于现场校验蓄电池巡检装置的标定电池,其特征在于,所述阀控铅酸蓄电池极柱端串接的“变量标准电阻”采用经过校验的大功率高精密电阻或高精度分流器。
3.根据权利要求1所述的一种用于现场校验蓄电池巡检装置的标定电池,其特征在于,所述阀控铅酸蓄电池内部故障或异常时内阻值的变化量以“变量标准电阻”增量值的方式实现具体为:
所述变化量以“变量标准电阻”增加20%~100%的阻值实现。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于现场校验蓄电池巡检装置的标定电池,其特征在于,所述阀控铅酸蓄电池内部故障或异常时内阻值的变化量具体以定值增量或定挡增量叠加的方式实现:
所述变化量定值按照增加20%、50%或100%实际测定的阻值增量实现;
或者,所述变化量定挡按照10%、20%、30%或40%的增量叠加实现。
5.根据权利要求4所述的一种用于现场校验蓄电池巡检装置的标定电池,其特征在于,
使用符合标准的“两点测定法”的测试设备分别测定阀控铅酸蓄电池内阻值和蓄电池一极柱端串接“变量标准电阻”后的总阻值,形成标定电池。
6.一种用于现场校验蓄电池巡检装置的方法,其特征在于,包括:
采用权利要求5所述的经标定后形成的标定电池作为标准信号源,对现场蓄电池巡检装置进行校验。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,在对现场蓄电池巡检装置进行校验之前还包括对选定的便携式电池巡检仪进行测量误差修正,修正过程具体包括:
采用选定测量误差较小的便携式电池巡检仪,在测定时同时对标定电池进行对比测试,得到该便携式电池巡检仪与“两点测定法”测试设备的测量误差修正,对该便携式电池巡检仪进行修正。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的方法,其特征在于,对现场蓄电池巡检装置进行校验过程具体包括:
采用现场蓄电池巡检装置与修正后的便携式电池巡检仪,同时对现场安装的阀控铅酸蓄电池内阻值和标定电池内阻值进行对比测试,测量期间还需要标定电池采用定值方式或定档方式调整变量标准电阻增量,即可得到该现场巡检装置的测量误差,从而完成现场蓄电池巡检装置的内阻测量误差校验。
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