变电站蓄电池开路将严重威胁电网运行稳定性，现有开路续流装置通常分散布置于每节蓄电池，控制难度及可靠性等问题突出。为此，国网重庆市北供电公司变电二次运检班创新团队在2024年第3期《电气技术》上撰文。提出一种简易、可控、可靠的变电站蓄电池开路故障定位及集中式续流方法。

研究背景

蓄电池组是变电站直流系统的重要备用电源，在站用交流电源消失后承担着为整个变电站内继电保护等重要设备供电的任务。国家电网公司在《国家电网设备〔2018〕979号文件》中明确提出：站内直流电源系统运行时，禁止蓄电池组脱离直流母线。

目前，蓄电池开路故障的检测及定位主要依赖人工例行巡视，缺乏自动、可靠的开路续流装置，难以满足电力系统的高可靠性要求。因此，亟需提出蓄电池开路故障定位及自动续流方法。

论文所解决的问题及意义

现有的开路故障定位方法需要全过程实时采集蓄电池电压、内阻等参数，极少判断充放电状态，增加了数据处理量与运行维护难度。为此，本文首先比较蓄电池及直流负载电流，确定蓄电池充放电状态。

然后，在非人为放电状态下，基于蓄电池电压及内阻，检测并定位开路故障。最后，利用集中式续流装置完成精准、可靠续流。由于蓄电池广泛应用于飞机、机车、新能源发电等系统中，本文所提方法有望拓展至其他应用场合。

论文方法及创新点

1. 判断蓄电池非人为放电状态

变电站直流系统典型结构如图1所示。蓄电池的充放电状态可由各电流量确定，分为以下四种情况：

1）放电试验时，需要将蓄电池组脱离直流母线，则充电电流IB = 0但IM ≠ 0；

2）充电时，蓄电池为浮充或均充状态，IB > 0；

3）交流失电，蓄电池带直流负载时，IB < 0；

4）交流失电且蓄电池开路时，IB = 0且IM = 0。

图1 变电站直流系统典型结构

2. 开路故障检测与定位方法

上述情况3）与4）需要进行故障定位并自动续流开路蓄电池。当第i节蓄电池满足判断条件时，即确定为开路蓄电池，完成故障定位，流程如图2所示。

图2 故障定位流程

3. 集中式续流方法

以108节蓄电池为例，续流装置结构如图3所示。

图3 集中式续流装置结构

在仿真过程中，蓄电池最初为浮充状态，t=0.1s时交流失电，以第1节蓄电池故障为例，带负载后内阻增加，直到超过阈值Rset=1mΩ，最终完成故障定位及续流，如图4所示。

图4 内阻越限时故障定位及续流波形

交流失电后，以第1节蓄电池故障为例，判断第1节蓄电池电压越限，即V1<Vset，完成故障定位及续流，如图5所示。

图5 电压越限时故障定位及续流波形

由于仿真模型难以有效评估集中式续流装置的动作时间及准确性，本文采用实验平台进行验证。实验装置为圆盘式集中续流装置，适用于蓄电池数量较少的场合，如图6所示。

图6 实验平台

利用空气开关模拟开路故障，实验波形如图7所示，可分为以下四个阶段：

① 蓄电池处于浮充阶段，IB≈0，IM≈6A，V4≈2.25V，VM≈18V。

② 交流失电后，蓄电池处于放电阶段，IB≈-5.7A，IM≈5.7A，V4≈2.1V，VM≈17V。

③ 第4节蓄电池开路后，蓄电池处于开路阶段，IB=0，IM=0，V4≈-15V，VM=0。

④ 故障定位及续流成功后，蓄电池处于放电阶段，IIB≈-5A，IM≈5A，V4=0，VM≈15V。

图7 蓄电池开路故障定位及续流实验波形

可以看出，所提方法仅需5s即可完成故障定位及续流，能够可靠、精准、及时地完成蓄电池故障自动续流。

结论

针对变电站蓄电池的开路故障风险，本文提出了一种简易、可靠的故障定位及集中式续流方法，分析了蓄电池充放电状态与直流负载电流的关系，基于蓄电池电压及内阻，设计了故障定位方法，实现了集中式续流。仿真及实验结果表明，本文所提故障定位方法能够精准定位故障蓄电池，从交流失电到续流成功用时约5s，极大程度地保证了直流负载正常运行，提升了直流系统的可靠性。

团队介绍

国网重庆市北供电公司变电二次运检班由22人组成，包括1名高级技师、5名技师。班组以“立足企业生产要求，满足实际工作需求”为创新准则，曾获得“全国优秀质量管理小组”,“全国电力职工技术创新成果奖三等奖”等荣誉。

本工作成果发表在2024年第3期《电气技术》，论文标题为“变电站蓄电池开路故障定位及集中式续流方法”，作者为谢翔杰, 魏桃胜, 贺星煚, 甘洪丽, 许晓艳。