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FXJ-22电池内阻巡检装置

目前,发电厂、变电站广泛使用蓄电池组作为直流系统的备用电源。起着储备电能,保证电力系统正常运转的关键作用。因此蓄电池组一旦出现问题,造成的后果往往很严重,甚至会造成灾难性的后果。

大量的统计表明,蓄电池组故障绝大多数并不是整个蓄电池组的全部电池问题,而只是其中个别蓄电池性能劣化或连接处接触不良等原因形成的。如果能在线实时地监测到整个蓄电池组中每一块蓄电池的运行状态和性能,并在其性能劣化前发现异常并及处理,就可以预防因蓄电池组故障继而引发系统运行事故。提高供电系统的可靠性和安全性。

目前广泛使用的蓄电池巡检装置,主要是对蓄电池端电压进行监测,但这种监测对于供电系统的可靠性、安全性所起的作用十分有限。究其原因是:即便是性能很差的蓄电池在浮充状态时,端电压的变化并不明显,而等到蓄电池放电时发现异常,往往为时已晚。从上世纪七十年代以来,国际上一些知名的公司和专家,通过深入地研究和探讨,发现通过测试蓄电池的内阻可以较好的判断蓄电池的性能,及时发现性能劣化的电池,从而有效预防因蓄电池组故障继而引发系统运行事故。
我公司研制的FXJ-22 电池内阻巡检装置(模块)采用了国际上先进的数字锁相检测技术,可以在强干扰环境下实时、准确检测电池组内阻。在准确性、抗干扰性、现场安装便捷性等各方面都有突出的特点,有很高的性价比。

1 对蓄电池组各单体电池性能进行在线监测的意义

虽然表征蓄电池性能的指标很多,比如额定容量、电池电动势、电池比能量、温度适应性、使用寿命、储存性能等等,但从备用电源系统角度讲,主要是指蓄电池在特定工况下的“剩余容量”,也就是蓄电池实际可对负载供电的能力(电流×时间)。比如某一标称容量的蓄电池,经充电程序完成后处于浮充工况下,“剩余容量”达不到标称容量,或某蓄电池经放电后,“剩余容量”小于应剩容量,则此蓄电池肯定是性能劣化。

目前广泛使用的电池巡检仪主要是能够发现蓄电池短路、断路和端电压异常等状况,但对蓄电池容量下降很难发现。随着人们对阀控式密封铅酸电池研究的深入,发现蓄电池内阻是衡量电池好坏的一个重要指标。在蓄电池性能逐渐劣化时,其内阻变化可以及时反映出来,而端电压的反应要滞后相当一段时间。因此内阻检测成为电池维护一个重要手段。

理论和实践证明,蓄电池的内阻与蓄电池的“剩余容量”有较好的相关性,是目前最有效的蓄电池性能监测手段。至于蓄电池端电压监测只能用做蓄电池运行状态的参考,不能作为判定蓄电池性能的依据,比如在浮充状态下,性能差别很大的蓄电池,其端电压差别并不明显,甚至有的性能劣化的蓄电池的端电压还高于正常蓄电池。

对在线运行的蓄电池进行实时性能监测,具有重要的现实意义。主要表现在以下几方面。

1.1 可延长整组蓄电池的寿命

以目前普遍采用的阀控式密封铅酸蓄电池(简称VRLA 蓄电池)为例,虽然被称为免维护蓄电池,不同品牌的蓄电池生产厂家标称寿命大多在十几年,而实上,真正使用时既不能不维护,也未见使用十年以上还能保持正常容量的报道这倒不见得是蓄电池的质量问题,多数情况是由于蓄电池的运行条件,尤其是充放电状态所造成的。整组蓄电池充电的特性是,如蓄电池组内有一个或几个内阻变大的劣化蓄电池,其容量必然变小,充电设备给蓄电池组充电时,劣化蓄电池因容量小,将很快充满,充电设备会误判断整组蓄电池已充满而转为浮充状态,以恒定电压和小电流对蓄电池组充电,其余性能正常的蓄电池不可能充满,而蓄电池组将以劣化蓄电池的容量为依据进行充放电,经多次充放电的恶性循环,整组蓄电池的容量将不断下降,蓄电池寿命缩短。如能及时发现性能劣化的蓄电池并进行处理,使蓄电池组始终处于正常的运行工况下,则能明显延长蓄电池组的寿命。有报道说,进行科学管理的蓄电池,其使用寿命可成倍延长。

1.2 提高蓄电池组供电系统的可靠性与安全性

蓄电池组的放电电流或放电时间小于预期指标,往往会引发一些意外的不良后果,甚至造成灾难性后果。大量的统计表明,造成这些后果的原因大多数是由于蓄电池组中个别蓄电池的性能劣化所引发,而并不是整组蓄电池的问题;“FXJ-22 电池内阻巡检装置”通过实时监测每块蓄电池的性能,及时发现蓄电池组中个别性能劣化的电池并发出告警,以便维护部门及时采取措施。可极大提升蓄电池供电系统的可靠性和安全性。

2 蓄电池性能测试的几种主要方法及特点

2.1 目前已被应用的几种蓄电池性能检测方法

2.1.1 核对性放电法测内阻

将完成充电过程的蓄电池离线,以0.1C 恒定电流使蓄电池放电数小时,测电池端电压与厂家提供的蓄电池放电特性曲线对照剩余容量;或放电至厂家规定的终止电压值,放电时间×恒定电流=蓄电池容量。

该方式的主要问题是需要将电池组退出运行状态再进行测量,不能在线监测。

2.1.2 大电流放电法测内阻

美国Alber 公司专利(U.S.Patent No:5,744,962)。
使被测电池以30~70A 电流放电3.25 秒,测量断电瞬间电压差△V 与电流值I 的比值计算出蓄电池的内阻 R 内阻=△V/I。

 该方式需要向电池进行大电流放电,对电池寿命是否有一定的影响目前还有争议。

2.1.3 交流信号注入法测内阻

向被测电池注入恒流交流信号,在电池正负电极端测量与注入信号同相位的交流信号,通过计算可以得到蓄电池的等效内阻。该方式不会对电池产生损伤并可以进行在线监测。我公司研制的FXJ-22 电池内阻巡检装置(模块)既采用了这种方法。

3. FXJ-22 电池内阻巡检装置(模块)性能介绍

3.1  环境参数
环境温度: -10 ℃ ---- +55 ℃
大气压力:  80 --- 110Kpa。
相对湿度:  不大于90%(25℃)。
3.2  性能和特点
采用AVR单片机,运算速度快,可靠性高。
使用软件看门狗和BOD掉电检测,可极大的提高系统的稳定性及可靠性。
采用专用芯片,测量精度高、抗干扰性能优异。
3.3  技术数据
端电压/内阻检测量程:2V/10mΩ;12V/50mΩ。 (跳线设定)
电压检测精度:≦满量程±0.2 % 
内阻检测精度:≦满量程±5 %   
隔离电压:3000VDC(通讯、输入隔离) 
通信接口:RS485,1位起始位+8位数据位+1位停止位
通信速率:9600bps
通信方式:问答式
通讯规约: 采用MODBUS RTU规约,规约详情参见附件2.
通信间隔时间:>200mS
电源:DC 90----260V 纹波系数不大于5%.
 

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