CN114887258B - 基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流消防系统 - Google Patents

Abstract

基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流消防系统，蓄电池屏BAT1和BAT2由多个蓄电池模组上下堆垛串联组成，温度传感器和受控气溶胶灭火装置与蓄电池模组上的蓄电池模组控制器电连接，蓄电池模组上的蓄电池模组通讯接口与通讯管理机通讯连接，在蓄电池屏BAT和BAT内设有蓄电池屏温度传感器和蓄电池屏消防系统，在蓄电池室内设有蓄电池室温度传感器和蓄电池室消防系统。结合蓄电池屏和蓄电池室的消防系统及消防控制器的控制，使得整个直流系统的磷酸铁锂蓄电池可由三级消防进行布控，使得电池失控时能够尽快地对故障点进行灭火作业，能够充分防止火势的蔓延，将故障消灭在初始状态。

Description

基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流消防系统

技术领域

本发明涉及变电站直流系统技术领域，具体涉及一种基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流消防系统。

背景技术

磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分解，即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，因此拥有良好的安全性。长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次磷酸铁锂电池，而磷酸铁锂动力电池，循环寿命达到2000次以上，标准充电（5小时率）使用，可达到2000次。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就1-1.5年时间，而磷酸铁锂电池在同样条件下使用，理论寿命将达到7-8年。综合考虑，性能价格比理论上为铅酸电池的4倍以上。

由于以上特性，磷酸铁锂电池在新能源动力电池中得到了广泛应用，也将其成本优势充分发挥。但在变电站直流系统中，蓄电池部分由于技术传承原因，一直使用铅酸蓄电池，铅酸蓄电池自放电率较高，自放电电流1mA/ Ah，只有通过长期浮充电保证满容量。磷酸铁锂电池自放电率较低，基本不需要补充自放电容量，若长期浮充电会导致锂电池过充电，增加其危险性，因此其不能在直流系统中直接用磷酸铁锂蓄电池进行替换，且磷酸铁锂蓄电池与变电站的直流系统匹配的安全性也需要进行长期的试验研究。

为了保证磷酸铁锂蓄电池在变电站直流系统中的应用，还需要对电池的消防进行性完善的处理，由于蓄电池出现短路、泄露等引发热失控时，在5到10秒内火势即能扩大到无法控制，需要能够对蓄电池火势进行迅速控制的消防系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流消防系统，能为磷酸铁锂蓄电池的直流系统提供全方位高保障的消防措施。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流消防系统，包括供电直流母线KM+、KM-，供电直流母线KM+、KM-上连接有直流充电屏CHC、磷酸铁锂蓄电池屏BAT及直流馈电屏DISC， 直流充电屏CHC和直流馈电屏DISC放置在直流负荷室内，磷酸铁锂蓄电池屏BAT放置在蓄电池室，直流负荷室和蓄电池室之间设有隔墙，供电直流母线KM+、KM-穿过隔墙将两边的屏连接起来，磷酸铁锂蓄电池屏BAT内设有充电控制屏CHG以及两套并联连接的蓄电池屏BAT1和BAT2，蓄电池屏BAT1和BAT2由多个蓄电池模组上下堆垛串联组成，每个蓄电池模组内设有温度传感器和受控气溶胶灭火装置，温度传感器和受控气溶胶灭火装置与蓄电池模组上的蓄电池模组控制器电连接，蓄电池模组上的蓄电池模组通讯接口与通讯管理机通讯连接，在蓄电池屏BAT1和BAT2内设有蓄电池屏温度传感器和蓄电池屏消防系统，在蓄电池室内设有蓄电池室温度传感器和蓄电池室消防系统，蓄电池屏温度传感器和蓄电池屏消防系统、温度传感器和蓄电池室消防系统都与消防控制器电连接，消防控制器与通讯管理机通讯连接。

上述的蓄电池模组由放置在蓄电池模组盒体内的多个蓄电池串联连接组成，在盒体端部伸出正负电极柱并与上下的蓄电池模组进行连接，蓄电池模组盒体上设有与蓄电池模组控制器电连接的蓄电池模组显示屏，蓄电池模组显示屏用于显示单个蓄电池状态参数，蓄电池模组控制器与蓄电池模组通讯接口通讯连接，受控气溶胶灭火装置放置在蓄电池模组盒体正中。

上述的蓄电池屏消防系统由放置在蓄电池屏BAT1和BAT2的蓄电池屏主动灭火器和环绕蓄电池模组的蓄电池屏灭火管路组成，蓄电池屏灭火管路呈上下组合的长方形管路，蓄电池屏主动灭火器与蓄电池屏灭火管路连接，在蓄电池屏主动灭火器上设有蓄电池屏灭火控制阀，蓄电池屏灭火控制阀由消防控制器电连接控制，蓄电池屏灭火管路上设有正对蓄电池模组的灭火孔。

上述的蓄电池室消防系统设有放置在蓄电池室并正对磷酸铁锂蓄电池屏BAT的蓄电池室主动灭火器，蓄电池室主动灭火器由消防控制器控制。

上述的蓄电池室设有门体，门体上设有闭门器和门体磁吸装置，闭门器锁止器和门体磁吸装置由消防控制器电连接控制。

上述的充电控制屏CHG上设有人机交互屏，人机交互屏与消防控制器通讯连接。

本发明提供的一种基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流消防系统，利用蓄电池模组的组合封闭结构及检测电路，能对每块蓄电池的状态进行检测并进行封闭的消防布控，再结合蓄电池屏和蓄电池室的消防系统及消防控制器的控制，使得整个直流系统的磷酸铁锂蓄电池可由三级消防进行布控，使得电池失控时能够尽快地对故障点进行灭火作业，能够充分防止火势的蔓延，将故障消灭在初始状态。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为直流系统的平面布置示意图一；

图2为直流系统的平面布置示意图二；

图3为磷酸铁锂蓄电池屏BAT的平面布置示意图；

图4为蓄电池模组的组合示意图；

图5为蓄电池模组的结构示意图；

图6为蓄电池模组的俯视图；

图7为蓄电池屏消防系统示意图；

图8为蓄电池屏消防系统管路连接示意图；

图9为消防控制器的电气连接示意图；

图10为蓄电池模组电气原理示意图；

图11为受控气溶胶灭火装置电气连接示意图；

图12为蓄电池模组通讯接口电气连接示意图。

图中：直流负荷室1、蓄电池室2、隔墙3、消防控制器4、通讯管理机5、人机交互屏6、蓄电池屏温度传感器7、蓄电池模组显示屏8、蓄电池模组通讯接口9、受控气溶胶灭火装置10、蓄电池模组盒体11、上盖12、蓄电池组温度传感器13、蓄电池模组控制器14、蓄电池屏主动灭火器15、蓄电池屏灭火管路16、蓄电池屏灭火控制阀17、灭火孔18、蓄电池室温度传感器19、门体磁吸装置20、蓄电池模组21、蓄电池22、电池检测转换芯片23、蓄电池室主动灭火器24、通讯芯片25。

具体实施方式

如图1-12中所示，基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流消防系统，包括供电直流母线KM+、KM-，供电直流母线KM+、KM-上连接有直流充电屏CHC、磷酸铁锂蓄电池屏BAT及直流馈电屏DISC， 直流充电屏CHC和直流馈电屏DISC放置在直流负荷室1内，磷酸铁锂蓄电池屏BAT放置在蓄电池室2，直流负荷室1和蓄电池室2之间设有隔墙3，供电直流母线KM+、KM-穿过隔墙3将两边的屏连接起来，磷酸铁锂蓄电池屏BAT内设有充电控制屏CHG以及两套并联连接的蓄电池屏BAT1和BAT2，蓄电池屏BAT1和BAT2由多个蓄电池模组21上下堆垛串联组成，每个蓄电池模组21内设有温度传感器13和受控气溶胶灭火装置10，温度传感器13和受控气溶胶灭火装置10与蓄电池模组21上的蓄电池模组控制器14电连接，蓄电池模组21上的蓄电池模组通讯接口9与通讯管理机5通讯连接，在蓄电池屏BAT1和BAT2内设有蓄电池屏温度传感器7和蓄电池屏消防系统，在蓄电池室2内设有蓄电池室温度传感器19和蓄电池室消防系统，蓄电池屏温度传感器7和蓄电池屏消防系统、温度传感器19和蓄电池室消防系统都与消防控制器4电连接，消防控制器4与通讯管理机5通讯连接。

通过消防控制器4对整个磷酸铁锂蓄电池部分作三级消防布控，一级消防为蓄电池模组21作为布控的基本单元，其内部的多个蓄电池串联连接，且由蓄电池模组控制器14进行监控控制，当蓄电池模组控制器14检测到模组内温度失控时，启动受控气溶胶灭火装置10将气溶胶布满蓄电池模组21，排出模组内空气防止火势；二级消防为蓄电池屏BAT1和BAT2内的消防管路，由消防控制器4检测屏内的蓄电池屏温度传感器7并进行控制；三级消防为蓄电池室2内的消防系统，通过消防控制器4检测温度传感器19并进行控制；消防控制器4通过通讯管理机5与每个蓄电池模组21进行通讯，掌握每块蓄电池的状态。

上述的蓄电池模组21由放置在蓄电池模组盒体11内的多个蓄电池22串联连接组成，在盒体端部伸出正负电极柱并与上下的蓄电池模组21进行连接，蓄电池模组盒体11上设有与蓄电池模组控制器14电连接的蓄电池模组显示屏8，蓄电池模组显示屏8用于显示单个蓄电池状态参数，蓄电池模组控制器14与蓄电池模组通讯接口9通讯连接，受控气溶胶灭火装置10放置在蓄电池模组盒体11正中。

通过蓄电池模组21的闭合结构模式，即方便了接线，又使盒体内部为封闭空间方便进行消防防控。

通过电池检测转换芯片23通过检测电路中电阻中间点的电压或电流参数并进行换算，并将状态传输送至蓄电池模组控制器14，蓄电池模组控制器14将蓄电池的电压、电流及容量在蓄电池模组显示屏8上进行显示，通过蓄电池模组通讯接口9将每个蓄电池模组21的状态参数发送至消防控制器4。

蓄电池模组控制器14采用控制芯片AT89C52，电池检测转换芯片23使用ADC0832，受控气溶胶灭火装置10采用中船重工第七一〇研究所生产的火敌-2.0A气溶胶自动灭火装置(QRR0.080G/K710)，气溶胶自动灭火装置为常态无压力储存,灭火药剂具有防潮、耐温、抗腐蚀等特点,装置具有灭火高效快速、有效期长达十年,体积小重量轻、安装维护便利等优异性能，火灾发生时,气溶胶灭火装置通过无源感温启动或电启动,引发灭火药剂发生作用,迅速产生大量亚纳米级固相微粒和惰性气体混合物,即有弥散流动性特点的热气溶胶,在20秒内以立体全淹没式作用于火灾发生的每个角落。具有快速、清洁、高效、安全、环保的灭火性能,能有效扑灭封闭或半封闭空间火灾。

上述的蓄电池屏消防系统由放置在蓄电池屏BAT1和BAT2的蓄电池屏主动灭火器15和环绕蓄电池模组21的蓄电池屏灭火管路16组成，蓄电池屏灭火管路16呈上下组合的长方形管路，蓄电池屏主动灭火器15与蓄电池屏灭火管路16连接，在蓄电池屏主动灭火器15上设有蓄电池屏灭火控制阀17，蓄电池屏灭火控制阀17由消防控制器4电连接控制，蓄电池屏灭火管路16上设有正对蓄电池模组21的灭火孔18。

当一级消防的受控气溶胶灭火装置10未能正常工作或者未能阻止火势向蓄电池模组21外发展时，蓄电池屏BAT1和BAT2内温度上升，当蓄电池屏温度传感器7处检测的温度值超过设定值时，启动二级消防，消防控制器4控制蓄电池屏灭火控制阀17打开，蓄电池屏主动灭火器15内的灭火介质通过蓄电池屏灭火管路16喷出，对整个蓄电池屏进行消防作业。

上述的蓄电池室消防系统设有放置在蓄电池室2并正对磷酸铁锂蓄电池屏BAT的蓄电池室主动灭火器24，蓄电池室主动灭火器24由消防控制器4控制。

当二级消防未能正常工作或未能阻止火势向蓄电池屏BAT1和BAT2外发展时，蓄电池室2内的温度上升，当蓄电池室温度传感器19检测到温度超过设定值时，三级消防启动，消防控制器4控制蓄电池室主动灭火器24启动向磷酸铁锂蓄电池屏BAT进行灭火作业。

上述的蓄电池室2设有门体，门体上设有闭门器和门体磁吸装置20，闭门器锁止器和门体磁吸装置20由消防控制器4电连接控制。

蓄电池室2门体由隔火材料组成，当三级消防启动时，消防控制器4控制门体磁吸装置20启动，吸住门体，放置火势向外蔓延。

上述的充电控制屏CHG上设有人机交互屏6，人机交互屏6与消防控制器4通讯连接。

通过人机交互屏6可以对三级消防的参数进行设定，还可第三级消防的状态参数进行显示。

Claims (6)

1.基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流消防系统，其特征在于：包括供电直流母线KM+、KM-，供电直流母线KM+、KM-上连接有直流充电屏CHC、磷酸铁锂蓄电池屏BAT及直流馈电屏DISC， 直流充电屏CHC和直流馈电屏DISC放置在直流负荷室（1）内，磷酸铁锂蓄电池屏BAT放置在蓄电池室（2），直流负荷室（1）和蓄电池室（2）之间设有隔墙（3），供电直流母线KM+、KM-穿过隔墙（3）将两边的屏连接起来，磷酸铁锂蓄电池屏BAT内设有充电控制屏CHG以及两套并联连接的蓄电池屏BAT1和BAT2，蓄电池屏BAT1和BAT2由多个蓄电池模组（21）上下堆垛串联组成，每个蓄电池模组（21）内设有温度传感器（13）和受控气溶胶灭火装置（10），温度传感器（13）和受控气溶胶灭火装置（10）与蓄电池模组（21）上的蓄电池模组控制器（14）电连接，蓄电池模组（21）上的蓄电池模组通讯接口（9）与通讯管理机（5）通讯连接，在蓄电池屏BAT1和BAT2内设有蓄电池屏温度传感器（7）和蓄电池屏消防系统，在蓄电池室（2）内设有蓄电池室温度传感器（19）和蓄电池室消防系统，蓄电池屏温度传感器（7）和蓄电池屏消防系统、蓄电池室温度传感器（19）和蓄电池室消防系统都与消防控制器（4）电连接，消防控制器（4）与通讯管理机（5）通讯连接。

2.根据权利要求1所述的基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流消防系统，其特征在于，所述的蓄电池模组（21）由放置在蓄电池模组盒体（11）内的多个蓄电池（22）串联连接组成，在盒体端部伸出正负电极柱并与上下的蓄电池模组（21）进行连接，蓄电池模组盒体（11）上设有与蓄电池模组控制器（14）电连接的蓄电池模组显示屏（8），蓄电池模组显示屏（8）用于显示单个蓄电池状态参数，蓄电池模组控制器（14）与蓄电池模组通讯接口（9）通讯连接，受控气溶胶灭火装置（10）放置在蓄电池模组盒体（11）正中。

3.根据权利要求2所述的基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流消防系统，其特征在于，所述的蓄电池屏消防系统由放置在蓄电池屏BAT1和BAT2的蓄电池屏主动灭火器（15）和环绕蓄电池模组（21）的蓄电池屏灭火管路（16）组成，蓄电池屏灭火管路（16）呈上下组合的长方形管路，蓄电池屏主动灭火器（15）与蓄电池屏灭火管路（16）连接，在蓄电池屏主动灭火器（15）上设有蓄电池屏灭火控制阀（17），蓄电池屏灭火控制阀（17）由消防控制器（4）电连接控制，蓄电池屏灭火管路（16）上设有正对蓄电池模组（21）的灭火孔（18）。

4.根据权利要求3所述的基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流消防系统，其特征在于，所述的蓄电池室消防系统设有放置在蓄电池室（2）并正对磷酸铁锂蓄电池屏BAT的蓄电池室主动灭火器（24），蓄电池室主动灭火器（24）由消防控制器（4）控制。

5.根据权利要求4所述的基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流消防系统，其特征在于，所述的蓄电池室（2）设有门体，门体上设有闭门器和门体磁吸装置（20），闭门器锁止器和门体磁吸装置（20）由消防控制器（4）电连接控制。

6.根据权利要求5所述的基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流消防系统，其特征在于，所述的充电控制屏CHG上设有人机交互屏（6），人机交互屏（6）与消防控制器（4）通讯连接。

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