蓄电池组基本参数及应用

一、蓄电池组

蓄电池是直流系统的重要组成部分，是保证在电力事故状态下电站的各种保护和自动化装置可靠工作和动作的“最后一道供电电源”。根据蓄电池电极或电解液所用物质的不同，蓄电池一般分为铅酸电池和碱性电池两种。阀控式铅酸蓄电池（VRLAB）因采用了阴极吸收技术，电池可以密封，在运行中无需加水维护，以其全密封、免维护、不污染环境、可靠性较高、安装方便等一系列的优点被广泛应用于抽水蓄能电站。其主要技术参数如表17-2-1所示。

表17-2-1　蓄电池基本参数

1.蓄电池的容量

蓄电池的容量是蓄电池电能的主要指标，单位用“Ah（安时）”来表示。容量的安时数是蓄电池在以恒定电流放电到某一最低允许电压的过程中放电电流的安培数与放电时间的乘积，即

Q＝I·t

式中：Q——蓄电池容量，Ah；I——恒定放电电流，A；t——放电时间，h。

蓄电池容量与极板表面情况、电解液密度、放电电流、充电程度、环境温度等都有关系。制造厂家所规定的额定容量是指蓄电池在充满电时以10h放电率放出的电量。

蓄电池容量尤其与放电电流关系极大。因为大电流放电时端电压很快就会下降到最低允许值，所以在日常维护中，绝对不要用很大的电流进行放电。因为，放电电流大时，极板表面的有效物质很快地形成了硫酸铅，使之堵塞了极板细孔，因而极板深处的有效物质就不能与电解液起化学反应，蓄电池内阻很快增加，使蓄电池端电压也很快下降。用小电流放电时，端电压下降就比较慢。这是因为，用小电流放电时，由于化学反应缓慢，使极板深处的有效物质都能参加反应。

蓄电池以大电流放电时，端电压下降到最低允许电压时间短；以小电流放电时，端电压下降到最低允许电压时间长。放电至最低允许电压的快慢，就叫放电率，通常放电率都用时间来表示。例如：600Ah容量的蓄电池，以恒定电流60A电流来放电，10h后降到最低允许电压，则为10h放电率。这60A也就是10h放电率的电流。10h放电率是蓄电池最正常的放电率。铅酸蓄电池的容量也就是以10h放电率为依据的。

蓄电池不容许用过大的电流放电，但是它可以在几秒钟的短时间内负担比长期放电允许值大得多的电流放电，即冲击电流。因此，它可以作为电磁式操动机构的合闸电源。这种冲击电流次数不能过多，且应有一定时间的间隔，以使突然猛降的电压得到恢复。每一种蓄电池都有其容许最大放电电流值，其允许放电时间不得大于5s。

2.蓄电池的串、并联

（1）蓄电池串联

图17-2-1所示为蓄电池的串联接线图。在电路中，流过每只电池的电流等于外电路中的总电流。根据容量的概念，可知：蓄电池串联使用时，总容量等于单个电池的容量。总电压等于各个电压之和，即

U＝U₁＋U₂＋U₃＋…

图17-2-1　蓄电池的串联接线图

（2）蓄电池并联

图17-2-2所示为蓄电池的并联接线图，从电工基础知识的“基尔霍夫第一定律”可知：流进a点的电流等于流出a点电流之和，即

I＝I₁＋I₂＋I₃＋I₄

又从蓄电池容量的定义来分析，不难知道，蓄电池并联时，总容量等于单个电池的容量之和；总电压等于单个电池的电压。

图17-2-2　蓄电池的并联接线图

3.蓄电池组容量的选择

蓄电池组容量必须满足下列条件：

（1）满足抽水蓄能电站事故全厂失电时所有直流负荷工作的放电容量。（2）满足本直流系统供电范围内的最大冲击电流。

（3）应以最严重的事故放电阶段计算直流母线电压水平。

4.蓄电池组个数的选择

直流系统的电压水平是衡量直流供电质量的重要指标。直流系统的电压水平取决于直流系统的接线方式、单个蓄电池的放电电压和蓄电池组的电池个数。

直流系统蓄电池的接线方式可以分为不带端电池和带端电池两种（早期直流系统蓄电池分为两组，一组为基本级，供正常负荷时用；另一组为端电池，供事故时调节直流母线电压用）。这两种接线所要求的蓄电池放电电压和蓄电池组的电池个数完全不同。抽水蓄能电站一般多采用不带端电池的直流电源系统。

（1）不带端电池的直流系统

1）蓄电池个数的选择(www.xing528.com)

浮充电运行时，按直流母线电压为1.05U_n来确定电池个数，即

式中：U_n——直流系统额定电压（V）；U_f——单个电池的浮充电压（V）。

按均衡充电运行的直流母线电压来校验蓄电池组的电池个数。

对于动力专用蓄电池组，直流母线电压不宜高于1.115U_n，则充电电压应满足

nU_c≤1.115U_n　　　　　　　　　　（17-2-2）

式中：U_c——蓄电池均衡充电时单个电池的电压（V）。

对于控制专用蓄电池组，直流母线电压不宜高于1.10U_n，则充电电压应满足

如果不满足式（17-2-2）和式（17-2-3）的要求，应适当降低U_n或U_c值。

2）蓄电池放电终止电压的校验

根据直流母线允许的最低电压，并计及蓄电池至直流母线间的电压降来校验蓄电池的放电终止电压U_d。

对动力专用蓄电池组，应满足

对控制专用蓄电池组，应满足

式中：U_d——蓄电池的允许放电终止电压（V）。

（2）带端电池的直流系统

1）带端电池的直流系统接线方式

带端电池的直流系统接线方式为蓄电池组由n＋m个电池组成，分为n个基本电池和m个端电池两部分。

2）蓄电池个数选择

带端电池的直流系统蓄电池个数的确定方法如下：

a）电池总个数

事故放电末期，全部电池均接入直流母线，故电池总个数为

式中：U_fi——事故放电末期每个电池的电压。对容量由持续负荷决定的蓄电池组，取U_fi等于与放电率相对应的放电终止电压。例如：以1h放电率放电1h，铅酸蓄电池取U_fi＝1.75V；中倍率镉镍蓄电池，取U_fi＝1.07V；对持续放电负荷较小，容量由冲击负荷决定的蓄电池组，U_fi等于相应放电末期电压，由放电曲线查出。

b）基本电池

充电末期，接入直流母线的电池称为基本电池。其个数为

式中：U_fc——蓄电池充电末期每个电池的电压，铅酸蓄电池为2.70V。

c）端电池

充电末期不接入直流母线的蓄电池称为端电池。其个数为按式（17-2-6）计算的值减去基本电池的个数。

d）浮充电池个数

浮充电池个数仍按式（17-2-1）确定。