高频开关通信电源对蓄电池的影响.pdf

第 17 期2023 年 9 月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.17September,2023作者简介:陈董秀(1990),女,河南驻马店人,工程师,硕士;研究方向:电力通信精益化运维。高频开关通信电源对蓄电池的影响陈董秀,赵 瑜(国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司,江苏 镇江 212001)摘要:电力通信系统的蓄电池有着多样的维护方法,但这些方法都无法判断蓄电池的运行容量变化。能够影响蓄电池运行的因素众多,开关电源是其中之一。通过应用效果可以得出对蓄电池进行智能管理能够有效提升蓄电池的性能水平,蓄电池在网络运行过程中的不同阶段,开关电源充电调整能够有效提升电池组的整体性能,有效延长蓄电池的应用年限。文章对电力通信蓄电池运维现状进行了阐述,以此为基础对开关电源充电参数设置优化进行了分析,对蓄电池的参数调整和应用效果进行了总结。关键词:电力通信蓄电池;高频开关电源;维护优化中图分类号:TN86 文献标志码:A0 引言 直流电源电力系统的重要动力,也是变电站稳定运行的基础,能够确保通信、继保、照明和控制系统的稳定运行。其中蓄电池作为直流电源的保障被广泛应用在电力系统,蓄电池对设备的稳定运行能够起到保障作用1-2。高频开关通信电源对蓄电池的维护工作至关重要3。1 电力通信蓄电池运维现状1.1 通信蓄电池的供电方式 通信设备供电方式主要包括:(1)直流分屏转换直流电给通信设备进行供电,蓄电池应用在 220 V上,-48 V 没有。这种状态下的蓄电池并不能作为通信设备的后备电源;(2)高频开关电源转化直流电,380 V 转-48 V,用熔丝连接蓄电池和直流母排。通常情况下,110 kV 以下(含 110 kV)的变电站会采用两组蓄电池的形式,220 kV 及以上的变电站与通信电源的数量增长呈正比。站内交流电失效后高频开关电源下连接的蓄电池就会成为后备电源,蓄电池的容量能够对站内的自动化、电话等业务运行情况造成直接影响,现存容量能够为抢修提供有效支援。蓄电池现存容量能够被多项因素影响,包括电压离散值、内阻、运行温度等,外部的影响因素包括放电的深度、均充和浮充的情况以及外环境的温度等。1.2 通信蓄电池的主要运维方法1.2.1 定期均充 这种方法能够有效避免蓄电池因长期处于浮充的状态而出现失活的情况,采用高频开关电源自动进行定期均充,单组的通信系统蓄电池通常为 24 节电池串联的形式,由此可以得出单组浮充电压大概在 53.5 V左右。通过在高频开关的电源上对蓄电池浮充和均充的电压和周期进行设置,确保系统的稳定运行。1.2.2 在线测量 这种测量方法主要为人工现场测量,测量蓄电池的端电压和内阻,从外观来观察蓄电池是否存在破损、漏液、肿胀。对各个蓄电池的内阻和端电压进行测量对比,能够有效检测出蓄电池的容量是否存在变化,蓄电池外观也能够反映其运行的详细情况。1.2.3 充放电试验 这种维护方法最常见,断开蓄电池与直流母线后进行放电,放电量为蓄电池总容量的 10%,放电时间可以结合实际情况来进行设置。如果是核对性的充放电,可以将放电时间控制在 1 h;如果是全容量放电,则可以将放电时间控制在 10 h。为确保放电深度不会对电池造成损伤,终止电压设置在 1.8 V,共 24节电池,因此总终止电压设置在 43.2 V,放电周期为一年一次。采用放电仪对蓄电池放电的电压、电流以及温度进行实时监测。1.2.4 蓄电池性能判断 通过实时监测系统能够对蓄电池组进行全面的维护、诊断以及功能分析;能够通过曲线、表格、柱状图等形式对电池的电流、电压、容量、温度进行显示,也能够对其功能、内阻、均差和平均电压进行显示;通过直流放电负载的串联,能够根据不同时间段的电压值和电流值变化,进行电池内阻的测试,进而判断极板是否出现断裂或者脱落的情况。采用远程形式对放电的容量和电流进行合理设置,自动调整现场的放电负载,测试蓄电池组的容量和功能。将每节蓄电池的实际内阻、浮充电压、均电压差和电压离散性参数输入计算机,通过人工神经网络算法对蓄电池容量进行估算,通过智能建模分析电池组的性能。预期分析效果如图 1 所示,通过人工智能模型对蓄电池的变化情况进行在线分析,对性能及容量进行预测,为蓄电池的检修和维护提供参考。1.3 运维方法存在的问题 实际运行过程中,蓄电池因制作工艺及运行环境存在着影响,同组蓄电池即使单体运行过程中也会有一定的差异性,高频开关电源控制自动均充只能够控制整组蓄电池,无法对单体进行有针对性的均充。在线测量可以结合蓄电池的端电压实际分布情况和内阻来预判蓄电池容量。在线测量以及巡检的方法只能够发现已经出现的问题,无法对问题进行预估,这样就存在着一定的局限性。通过蓄电池充放电试验,能够有效检测蓄电池的现容量并且活化电池,但这种形式的检测,需要专业水平较高的检修人员保持持续741第 17 期2023 年 9 月无线互联科技研究创新No.17September,2023图 1 电池性能分析观察电池,避免断电、接电时出现短路或者触电的情况。检修人员需要对放电情况进行实时观察,并且对运行过程中出现的问题进行及时处理。这样就导致人力成本和时间成本有较大的消耗,严重拉低其他工作效率。因电源机房的影响,蓄电池充电极容易出现析气和过充的情况,导致充电效率降低、电池容量耗损以及电池寿命缩短等。我国现阶段大部分采用恒压开关电源,确保电池充电过程中电源电压始终为恒定电压。虽然恒压的充电效率很快,但初期电流较大,会影响到蓄电池的应用年限,且极易造成极板弯曲变形的情况,影响电池的使用,甚至会导致电池报废。因此,使用恒压进行充电时,需要注意电压是否适当。电压过高,会导致电流过大,影响电池寿命;电压过低,会过早停止充电,造成充电不足的情况。2 开关电源充电参数设置优化分析2.1 浮充原理 通过蓄电池并联整流器的形式进行负载供电,正常运行时,交流电会整合负载电流进行同时供电,交流电停止运行后,蓄电池会开始运行,因此蓄电池始终处于有电的状态,蓄电池的供电公式为:Ic=UAB-E2r02=Q r%24(1)式(1)中,Ic代表蓄电池充电的电流,因蓄电池始终处于浮充的状态,则 E2和 r02基本不变;Q 代表蓄电池组额定的容量;r%代表蓄电池一昼夜内的自放电在额定容量中的占比。由此可以得出:UAB=E2+Icr02+Q r%24r02(2)通过式(2)能够得出浮充电压的大小应当结合蓄电池的现容量和放电量设定,尤其是密封性的蓄电池,通常不具备较大的放电量,浮充电压不需要很高。通常机房的负载电流控制在 40 50 A,规格为300 AH 的蓄电池通常放电时间在 24 h,因此浮充电压的设置应当按照 24 h 的自放电量和充放电效率来进行制定,如有特殊情况可以对浮充电压临时提升0.20.5 V。2.2 蓄电池与温度的关系 蓄电池受到温度的影响,电解液与内阻也会发生变化。周围环境温度如果低于 25,就会存在明显的内阻变化。应用蓄电池前,需要结合实际情况对蓄电池的内阻值进行修正,结合周边环境的温度对内阻温度进行调整,蓄电池如果经过长时间的放电,则需要进行再次充电。周围温度在 25 的条件下,蓄电池的电压值通常在 2.270.02 V 左右,充电时间持续1620 h 即可,如果并非标准温度条件,则电容量的温度计算公式为:Ce=Ct1+K(t-25)(3)式(3)中,t 代表放电时的环境温度;K 为温度系数;10 h 率容量试验时 K=0.006 9/;3 h 率容量试验时 K=0.003 9/;1 h 率容量试验时 K=0.019/;Ce代表 25 温度下电池的标称容量值。从公式中能够看出环境温度如果远远低于 25,阀控电池的浮充如果保持在 2.27 V,就会出现充电不足的情况。如果温度远远高于 25,阀控电池的浮充如果保持在 2.27 V,就会出现过充的情况。浅放电的状态下,蓄电池在 25 的条件下以 2.27 V 运行一段时间后,能够对能量进行补充。深度放电的状态下,蓄电 池 的 电 压 设 定 应 当 控 制 在 2.35 2.40 V(25),限流点的设定在 0.1 C 补充容量之后进行正常浮充运行的转入。机房通常温度处于 535,温度变化为 5,则蓄电池就会产生变化,对充电电压的调整通常为0.02 V,不同温度状态下的电池充电电压具体如表 1 所示。表 1 电池系统的浮充电压值环境温度/单体电池电压/V总电压/V352.2153.04302.2353.02252.2554202.2654.24152.2854.72102.3055.252.3255.682.3 蓄电池的参数调整 蓄电池参数调整主要包括:蓄电池厂家所提供的浮充电压值需要结合机房的实际情况进行调整设定,将浮充电压总值提升到 54.254.5 V;浅放电的状态下蓄电池处于 25 状态下的浮充电压值通常为54.48 V,深度放电的状态下电池充电的电压可以设置在 56.457.6 V(25),限流点设为 0.1 C,容量补充一段时间后再转入正常浮充即可。蓄电池初期841第 17 期2023 年 9 月无线互联科技研究创新No.17September,2023极易出现容量亏损的情况,这时就要提升浮充的电压和限流值,采用大电流来活化硫化的极板。因电池系统的浮充电压值受到温度的影响,需要结合电池使用的温度环境来对充电的电压值进行及时的修正,通常每年可以调整 24 次。3 应用效果分析 某供电公司通信分公司通过高频开关通信系统进行蓄电池管理,具体内容为:通过信息技术监管蓄电池的各项数据,将相关参数和监测数据与通信调度工作进行合并,对蓄电池的各项指标和参数进行密切监控,对蓄电池容量的变化进行有效预测,结合实际运行情况,采用高频开关通信系统对蓄电池进行自动充电调整。采用高频开关通信系统进行蓄电池的自动化充电和维护,在线监控运行中的各种问题及时提出警报,对蓄电池的性能数据进行运行日志的系统备份,提升监测和预警的整体水平,为蓄电池的维修和管理打下良好的基础。结合各项指标对电源进行监测,整合检修人员团队,抽调更加熟悉工作现场和具有优良专业素质的员工组成专题小组。在完成日常检修的同时也要对各类数据进行汇总,制定年度检修计划,分别进行在线检修和离线检修的充分分析和研究,对蓄电池的各项试验结果相关数据进行汇总,对蓄电池容量进行有效校核,对整体工作进行智能化管理。做好以上的工作后,对电源进行精细化管控,项目相关人员应当及时与电源运维专题小组和通信调度小组进行沟通和信息共享,项目管理人员应当定期下发电源管理要求,并对专题小组的蓄电池运行状态报告进行接收和分析研究,通过报告提供的数据,进一步改进电源技术以及促进检修项目的立项储备和落地,进行科学完善方案的制定,同时也要处理好老旧电池报废的工作,真正实现直流电源的智能化管理,进一步提升蓄电池检修维护的有效性和针对性,结合系统的容量预测进行有针对性的放电。同时也可以实现远程蓄电池充放电自动控制,减少检修人员的工作难度和安全风险系数,最大限度节约人工与时间的成本,提升整体工作效率。另外,某公司通过高频开关通信系统,结合现有的电池运维资料,对蓄电池性能进行了提升,连同相关的站点进行了共同的对比和分析。针对 A、B、C 3个变电站现阶段采用的通信蓄电池,进行充电控制情况的对比以及研究,对优化管理有效性进行验证。这3 个站点的蓄电池位于具有独立性的机房当中,运行的环境温度始终处于 25。其中,A 站和 B 站采用了相同型号的蓄电池,A 站安装了在线监控系统,投运的时间和蓄电池容量也主要以 A 站为准。C 站为使用时间较长的蓄电池,容量方面与 A 站和 B 站有一定的差异性。将这 3 个站点的蓄电池放电过程中的内阻值和整组电压进行对比分析,能够得出高频开关通信系统能够有效提升蓄电池的性能。通过内阻值和电压的对比能够看出,在容量均能够满足运行要求的情况下,A 站的蓄电池电压高于 B 站的蓄电池电压,C 站的蓄电池电压始终处于较低的状态。3 个站点的内阻值进行对比,能够看出 A 站的蓄电池无论整体还是单节都小于其他站点。因内阻值和电压能够共同对电池容量进行影响,因此可以得出,采用高频开关通信系统能够提升蓄电池的活性。4 结语 本文从实验开始对电源的参数进行了科学的调整,对蓄电池进行了有效的在线修复,通过一段时间的参数调整和修复,极大程度延长了蓄电池的放电时间。由此可以证明,蓄电池采用高频开关通信系统能够有效提升自身性能和运行稳定性。对开关电源的充电参数进行调整,能够有效恢复蓄电池的电容量,基本满足蓄电池的放电需求,有效延长蓄电池的使用年限。这项技术可以广泛应用在通信设备蓄电池方面,促进我国供电行业的可持续发展。参考文献1刘亨杰,白文斌,石靖.高原低温环境对电站蓄电池的性能影响及对策研究J.移动电源与车辆,2021(3):40-42,4.2孙活,杨伦军.高压直流通信电源中高频开关整流模块的研究J.电子测试,2021(1):83-84.3刘志刚.高频开关通信电源系统的组成及维护分析J.科学大众,2021(6):109-110.(编辑 沈 强)Influence of high frequency switching communication power supply on batteryChen Dongxiu Zhao Yu Zhenjiang Power Supply Branch of State Grid Jiangsu Electric Power Co.Ltd.Zhenjiang 212001 China Abstract There are various maintenance methods for batteries in power communication systems but none of these methods can determine the operating capacity changes of batteries.There are many factors that can affect the operation of batteries and switching power supply is one of them.Through the application effect it can be concluded that intelligent management of batteries can effectively improve the performance level of batteries.The adjustment of switching power supply charging at different stages of network operation can effectively improve the overall performance of battery packs and extend the application life of batteries.This article elaborates on the current status of power communication battery operation and maintenance analyzes the optimization of switching power supply charging parameters and summarizes the parameter adjustment and application effects of the battery.Key words power communication battery high frequency switching power supply maintenance optimization941