變電站目前普遍使用的閥控式鉛酸（valve- regulated lead acid, VRLA）免維護蓄電池，具有許多優良特性，如工作可靠、基本無污染、安裝方便、易維護，適合在變電站中為各種電路系統提供可靠的直流電源。然而由于電池本身的設計、生產工藝及使用維護等原因，電池失效現象常有發生，其使用壽命遠遠短于預期壽命，嚴重影響了直流系統的安全運行。

鉛酸蓄電池經過一段時間使用以后，隨著極板腐蝕、有效活性物質脫落、失水以及硫酸鹽化（sulfuration）等原因的影響，其容量不可避免地逐漸降低，稍不注意就可能導致單個電池失效、整組電池開路。并且蓄電池失效帶有一定的隱蔽性，電池組絕大部分時間會處于備用的浮充狀態下，需要通過監測蓄電池一些技術指標來考量蓄電池的品質與狀態。

但是，有些蓄電池的負面狀態不能被直接檢測出來，例如負極匯流排的腐蝕。在浮充狀態下，因充電電流很小，匯流排保持連接，浮充電壓基本能保持正常值，一旦交流電失電需要大電流放電時，已嚴重腐蝕的負極匯流排會被燒斷，進而引起蓄電池組開路，防不勝防。

針對上述存在的問題，本文分析目前國內外常見的開路續流應對方法及其不足，提出一種變電站蓄電池組開路續流應對的新思路，保障直流供電系統的安全性和可靠性。

1 現有蓄電池開路續流應對方式

目前國內變電站蓄電池開路續流的應對方式是在單節蓄電池正負極極柱上安裝跨接模塊，當交流失電、蓄電池組對外供電時，若電池失效，可通過大電流跨接模塊確保電池組能夠對外持續供電，提升直流電源系統的安全可靠性。

1.1 續流二極管跨接模式

變電站蓄電池組開路保護續流方法使用最廣泛的是通過在單節蓄電池正負極極柱上并聯續流二極管，以達到單節蓄電池開路后保證整組蓄電池的持續供電能力，主回路接線圖如圖1所示。

在正常的情況下，充電機保持對蓄電池組充電，電流方向如i1所示，當充電電流流經蓄電池正極柱時，因蓄電池正極柱連接的是續流二極管的負極，按照二極管的單向導通特性，此時并聯的續流二極管回路處于高電阻阻斷模式，因此，蓄電池組正常充電且不會受到續流二極管回路的干擾。

圖1

當交流電失電，電池組對負載供電時，回路電流方向如i2所示，這時回路電流由電池負極柱流入、正極柱流出。在單節電池健康的情況下，由于電池正極柱電勢比負極柱高，續流二極管負極電勢高于正極，此時二極管依舊處于阻斷模式，電池組保持正常放電；電池組放電期間，假設單節電池Bi開路，電池Bi◆1負極與Bi+1正極之間就相當于只串聯了一只續流二極管VDi，如圖2所示，此時VDi因兩側正壓而導通，使電池組保持對負載的供電。

圖2

并聯續流二極管應對蓄電池組開路續流隱患的響應時間一般為微秒級，能成功實現單節蓄電池開路時蓄電池組放電的不間斷，但同時存在局限性：

• ①因未擰緊連接線的螺絲或連接條腐蝕后電阻增大被燒壞而造成的開路，并聯續流二極管無法改變電池組的開路狀態；
• ②電池組開路后，二極管導通方向與電池充電電流反向，電池組無法充電，在電池本身自放電或容量低的情況下存在極大的隱患；
• ③當二極管承擔開路續流的重任時，會在二極管兩側形成固定壓差◆V，◆V為充電機充電電壓V1與電池組開路電壓V2的差值，迫使電池組監測裝置的設計耐壓值大幅度提升，極大地增加了整體設備的成本。

1.2 MOS管跨接模式

目前還有一種針對蓄電池開路的續流方法是在單節蓄電池正負極柱上并聯背靠背的兩個N型MOS管，結合控制模塊及蓄電池監測模塊，進行遠程主動跨接，同時屏蔽劣化蓄電池，完成開路續流操作，基本原理圖如圖3所示。

圖3

在正常情況下，監測模塊實時監測蓄電池電氣參數，控制模塊接收監測模塊的數據并判定蓄電池正常后選擇不動作，背靠背的兩個N型MOS管均呈現高阻態，從而阻隔蓄電池兩側的電流，使蓄電池組正常充電及放電。當控制模塊接收監測信息判定蓄電池i劣化嚴重或開路時，給N型MOS管VDi◆1與VDi◆2同時施加相同的開啟信號，兩個MOS管同時導通，Bi被短路，相當于蓄電池組中屏蔽了Bi，其余的單體蓄電池沒有變化，可以繼續對整組電池進行充電和放電。

并聯MOS管相比續流二極管，可以設定蓄電池劣化或開路后即進行跨接續流，具有更大的靈活性，但也存在一些隱患：

• ①對于電池之間連接線或連接條造成的開路，同樣無法保證電池組的開路續流；
• ②當蓄電池開路時，需要經過采集、判斷、控制、動作等一系列流程后方可完成蓄電池組的續流，響應時間較長，很難做到使蓄電池組不間斷對負載放電；
• ③蓄電池具備電化學特點，通過在線參數監測即判定蓄電池的好壞，既不科學，又存在誤判的概率，將導致健康電池被短接的情況發生；
• ④開路電池被旁路時，如果未能及時調整充電電壓，則使整組電池處于過充狀態而加速劣化；
• ⑤整套設備組成復雜、數量龐大，自身故障的可能性也很大。

2 蓄電池開路續流應對的新思路

針對變電站蓄電池開路故障的危害性及傳統應對方式的局限性，本文提出一種變電站蓄電池組開路續流應對的新思路，原理圖如圖4所示。在變電站兩個獨立的直流系統母線之間接入新蓄電池開路續流裝置，當一側直流系統出現蓄電池開路且交流電失電時，由另一端直流系統無縫供電，達到蓄電池組開路續流的效果。

圖4

2.1 新思路的實現原理

目前變電站中大多有兩個相互隔離的直流系統，在母聯刀閘未連接的時候，兩個直流系統相互獨立運行。將本文中的新蓄電池開路續流裝置兩側各自接入變電站兩個直流系統母線，一旦某側母線失壓，則DC/DC模塊自動起動，由另一端直流系統提供備用供電，維持故障側負載的供電。

若新開路續流裝置檢測到故障側母線失壓時伴隨著大電流沖擊，則判斷該直流系統發生短路故障，并通過調節模塊停止通過DC/DC模塊進行備用供電，防止事故擴大。

由于新開路續流裝置的接入，相當于在兩個直流系統之間架起了一座可以調節高度的直通橋梁，能夠快速響應并向對端直流系統輸出緊急備用直流電，達到無縫供電的目的。再者，裝置實現物理隔離式雙向DC/DC輸入輸出，可以保證直流系統之間的獨立性，以免產生環流現象，大大提高了整個變電站直流系統的安全性和穩定性。并且因為設備可以安裝在19in標準機架內，不占用多余的空間，也不影響蓄電池組的固有接線方式。

2.2 不間斷續流測試驗證

為驗證新蓄電池開路續流裝置在變電站直流系統之間可以進行無縫供電，在實驗室搭建兩個各自獨立的直流系統，命名為直流系統A、直流系統B，兩個直流系統均包含充電機、蓄電池組及負載。

模擬演示之前，直流系統A母線電壓為235V，負載電流為18.5A，蓄電池開路續流裝置設置直流系統B對直流系統A的續流輸出電壓為204V。隨后，先斷開直流系統A中充電機與蓄電池組的連接開關，接著斷開直流系統A中交流輸入開關，用示波器觀察直流系統A母線上的電壓變化，如圖5所示，最大壓降小于5V，能夠滿足對直流負載的不間斷供電需求。

圖5

通過上述實驗模擬一側直流母線失壓、對端母線啟動備用供電時，失電側母線電壓的變化情況，為直流系統之間無縫備電可行性提供了充分的證明材料，也驗證了該新思路能夠完美應對變電站蓄電池組開路及直流系統交流輸入失電的雙重故障。

3 結論

針對變電站蓄電池存在的開路問題，本文提出一種新的蓄電池開路續流應對思路，使兩段直流母線之間相互備用，提高變電站蓄電池以及整個直流系統的安全性，降低因變電站的直流系統蓄電池開路導致的失電風險，比現有技術具有較大的優勢。