[发明专利]蓄电池及直流供电系统的监控仪

说明书

本发明一般地涉及蓄电池的电流、电压、容量等参数的测量装置，特别适用于以蓄电池作为后备电源的直流供电系统的监测与控制。

以蓄电池作为后备电源的直流供电系统广泛应用于各种不允许供电瞬间中断的重要场所，如电站、石油化工厂、大型钢铁厂、电信局机房、大型铁路枢纽、机场控制塔台等的中央控制室，计算机房的ups电源、大型高级宾馆的保安电源，潜水艇的直流动力电源系统等等。所配用的蓄电池，是这些直流系统中投资比例最大，运行维护管理最复杂的部件。其中，在线了解备用蓄电池的电流、电压、容量等参数，以便使其始终处于正确的充放电状态，是提高蓄电池使用寿命和保证系统正常运行的前提。许多现场运行的经验和教训证实，过大或过小的浮充电流表明，不是蓄电池本身存在问题就是系统存在问题，如不及时解决，就会缩短电池寿命或威胁主系统的安全可靠性。

截止目前为止，对这类直流供电系统的设计与运行管理中，尚有以下四个问题无简单可靠的方法解决：

一、浮充电流的测量

这类似蓄电池为备用电源的直流电系统，蓄电池的充放电电流的值相距很大。举例来说，1000Ah的铅蓄电池，其正常浮充电流约0.3～1.5A，补充充电电流一般100～200A，当发生交流电源中断事故时，蓄电池的放电电流却可达500A，数值相差竟达四个数量级以上，动态变化范围如此宽广，仅用一个传感器和一套测量装置来完成，在测量上有相当的难度。

在公知技术中，采用了如图1、图2所示的方案来测量其充放电电流。

（一）接触器式浮充电流测量装置

见图1，用一只小量程的电流表A1与一只大量程电流表A2同时串接在蓄电池回路，分别进行测量。这种办法从建国以来沿用至今，还在继续被使用。为避免大电流损坏小电流表A1，一般情况下用一只大容量的直流接触器的常闭主触点将A1短接，当需要测量浮充电流时，人工操作按钮AN，直流接触器ZJ动作，其常闭主触点ZJ打开，使A1串入主回路进行测量。

这一方案存在以下四个缺陷：

1、原理性缺陷

当正在进行浮充电流测量时，若负载放电电流突然增大（例如，电站中的油开关合闸，其合闸电流达80～250A），则浮充电流表必然损坏，且造成蓄电池回路中断的严重事故。

2、监测不连续

显然，这种方案不能连续监测蓄电池的浮充电流，以便对不正常的浮充电流及时报警，提醒运行人员及早消除缺陷。连续监测正是该系统所希望的。

3、体积大、安装不便

直流接触器ZJ体积大，造成直流屏结构上设计与安装的困难，同时也造成了维修的困难。

4、对大容量蓄电池系统，无相应规格的直流接触器供货，此方案实施困难。如，我国目前和今后相当一段时期的主力火电机组-300MW大型机组，电力设计规范要求1400Ah以上的蓄电池，其配套用的直流接触器至少要达700A，而且前配套用CZ型直流接触器最大容量仅600A。

（二）二极管式浮充电流测量方案，见图2

这种方法系70年代中后期，才开始在国内应用，但并不很普遍。

正常运行时，整流器Z的输出电压经切换开关K的3-1接点接入母线向负载供电，二极管D截止。浮充电流由B→A，全部通过小量程的浮充电流表A1直接测量。当负载电流突然增大时，二极管D导通蓄电池放电电流经D流向负载。由于，U_AB≤1^V，恰当选择A1参数和R的数值，使A1的指针仅指示在最大值附近，不致损坏。当蓄电池需充电时，切换开关3-2接通，整流器Z经K的3-2向蓄电池充电。

此方案的缺点在于：

1、切换开关K的体积也很不小，仍存在结构上的困难，而且使系统的主接线复杂，运行不便降低了可靠性。

2、旁路二极管在事故放电时要流过很大的电流，大容量的二极管且需水冷或风冷，又增加了结构上的复杂和困难，且又降低了系统的可靠性。

3、也不能对不正常的浮充电流报警。

所以，此方案一般仅用在小容量系统。

（三）不测浮充电流的直流系统

鉴于以上方案存在的缺陷，为了保证系统的可靠性，干脆取消上述不可靠的浮充电流测量装置。这是原电力部审定通过的大型发电厂、大型变电站典型直流系统设计方案中优先推荐的方案，也是八十年代中后期，许多电站直流系统实际采用的方案，见图3，并已正式编入电力设计手册。

不过要指出，这实在是一种没有办法的办法，是很不合理的一种回避矛盾的方案。编入电力设计手册的该典型设计方案也没有指出浮充电流无测量必要性的理由。

浮充电流测量的重要性在于：