2023年12月22日发(作者：)

蓄电池充电系统性能分析

【摘要】通过对新旧充电系统的对比，分析我们ΚΠ—1高压变电所继电保护和操作系统直流电源蓄电池充电系统的性能。

【关键词】蓄电池；浮充电；模糊控制；无源PFC技术；脉宽调制技术；主充；均充；浮充

前言

目前，我国发电厂和变电站正在大规模改造直流系统的电源设备，过去采用的相控电源和磁饱和式电源存在稳压、稳流精度差、纹波系数大及对输入电网谐波污染大等缺点，已经不能满足我国电力工程发展的需要，而被体积小、重量轻、效率高、噪音小、稳压稳流精度高和响应速度快的高频开关电源逐步取代，并且可以方便的实现“四遥”功能和N+1冗余备份，使得电力系统运行更可靠。我们6KV高压变电所采用的是HJZ—22020B型高频开关电源模块和HJZ—MC—III型智能监控装置，为蓄电池进行实时监控自动调节充电方式及电压和电流。

1、原电动机—发电机充电系统的缺陷

1.1原系统的不足

该充电系统是为原来普通的铅酸蓄电池充电的，由于蓄电池超过使用期限而更换新的设备即GFM—300型阀控密封铅酸蓄电池，避免了原来兑酸兑水、充放电倒瓶操作等存在的弊端，但是新蓄电池要求充电系统的输出波形和蓄电池的输出波形匹配，以延长使用寿命，而电动机—发电机充电系统输出波形不匹配，而且易出现刷子接触不良导致蓄电池放电、人为调节监控不及时现象，因此我们安装了新的充电系统。

1.2电压平衡

原充电系统采用的是ΠΗ-285型并励直流发电机，功率1.7KW，电压230/320，并励发电机的励磁绕组与电枢绕组并联，如图1所示，励磁电流If由电枢电流供给，这时发电机输出电流I=Ia-If，与输出电流相比If很小，一般为额定输出电流的1%-3%，发电机空载时，Ea=u0-IfRa≈u0，负载后输出电流I，电枢绕组端电压u=IRL，电枢电流Ia=I+If，Ia在电枢内阻上产生电压降IaRa，电枢回路的电压平衡方程式为：Ea=U+IaRa，当负载RL改变时，电枢电流Ia、端电压u和电枢电势Ea都将发生变化。

1.3外特性

并励发电机的外特性是指n=nN励磁支路电阻Rf=常数时u=f（i），即U=Ea-IaRa，它是发电机的主要运行特性，端电压u随输出电流I的增大而下降，

如图2所示，因此与蓄电池要求恒流恒压充电不匹配。

1.4要求波形

2、浮充电及波形

2.1浮充电

我们使用的是GFM—300型阀控密封式铅酸蓄电池，免维护浮充电运行方式。所谓浮充电就是直流设备输出的直流电供电给母线上的经常性负荷，同时以不大的电流（0.03*300/36=0.25A）向蓄电池浮充电，以补偿蓄电池由于电解液及极板中有杂质而产生的自放电所消耗的能量，使蓄电池经常处于满载状态。该充电系统由三个高频开关电源模块和一个智能监控装置组成。

2.2充电波形，见图4。

3、充电系统工作原理

HJZ—22020B型高频开关电源模块采用了无源PFC技术和先进的脉宽调制控制技术（PWM），使得模块效率进一步提高，谐波减小。模块采用三相三线制380VAC平衡输入方式，不存在中线电流损耗，模块交流输入经过尖峰抑制电路和EMI吸收电路，经全桥整流滤波电路将三相交流电压整流为脉动的直流电压，再由输出整流滤波电路，得到稳定的输出电压和电流。在电网电压和负载发生变化时反馈调整电路控制脉宽调制电路，调节脉宽的宽度，使得输出电压电流保持稳定，具有模块欠压、过压、缺相、过流、过热等指示功能。

4、监控系统工作原理

HJZ—MC—III型智能监控装置，是以单片机为核心的工业控制器。采用人工智能和模糊控制的方法，通过霍尔元件采集信号，监测电源系统的工作状态和运行参数，显示于液晶屏上并可实现过压、欠压等报警功能，同时还具有交流断电恢复自动启动等功能。根据对蓄电池的充电取样信息，可按预定的管理程序自动完成充电方式的选择及转换，并可对蓄电池进行动态的管理，使蓄电池始终处于满容量状态下运行，共有恒流充电（主充）、恒压充电（均充）、浮充电三种工作方式。

5、性能分析

根据现场运行状态监视，总的来说基本实现了对蓄电池的动态管理，满足了蓄电池对充电系统的要求，但是，有时也会出现一些不理想的状态：

5.1浮充电压、电流波动较大 浮充电压、电流应保持相对恒定，但有时浮充电压、电流波动比较大，造成蓄电池反复充放电，这样对蓄电池的使用寿命造成一定的影响，为了解决这一问题，我们做了试验，在外接纯电阻负载时，监测系

统比较稳定，而在外接电视性负载时，易波动，经过分析研究，是由于高频开关模块反馈调节环节比较不好造成的。

5.2花屏、死机现象无法解决 对于单片机控制系统来说，不应该像计算机一样由于病毒侵入等原因出现死机现象，就实时监控系统来说，更不应该出现死机，否则系统失去控制，对蓄电池的性能、寿命、供电可靠性将造成很大危害。就这一问题，我们观察了相当长的时间，有时运行很长时间都很正常，有时运行几天就死机，经过分析，可能是由于电压、电流波动太大，造成系统频繁调整反馈系统，造成系统判断困难，导致死机，需要断电重新启动系统。

5.3高频开关电源模块易故障损坏 在安装运行6个月时间内，三个电源模块更换两个，电源模块由于过热等原因造成损坏，设备应有的保护无法启动，无形中增加了设备的投入资本。经过分析，这是由于环境温度相对较高，风扇冷却效果不良，造成设备长期过热而损坏。因此，我们按时点检风扇是否正常启动，并打开柜门通风冷却，问题得以解决。

6、结束语

通过对该蓄电池充电系统的观察和分析，就整套系统来说，运行起来比较方便可靠，维护量小，满足了蓄电池对充电系统的要求，延长了设备的使用寿命，提高了高压保护系统动作的灵敏性和可靠性。