变电站直流系统蓄电池组现状与维护管理方法研究

第一篇：变电站直流系统蓄电池组现状与维护管理方法研究

变电站直流系统蓄电池组现状与维护管理方法研究

杨正盛 谢建江

（1．吉林省电力公司，2．杭州高特电子设备有限公司）

摘要： 全面详细介绍目前电力变电站直流系统蓄电池组维护现状，分析常见蓄电池组故障现象和原因分析，同时进行了如何提高蓄电池组运行管理方法的研究。

关键词：变电站、直流系统、蓄电池组、开路、浓差极化、单体电压、组端电压、浮充、均衡充电、核对性放电、内阻测试概述

直流系统在变电站为控制、信号、保护、自动装置及事故照明提供可靠的直流电源，对变电站的安全运行中起着重要的作用，是变电站安全运行的保证。而蓄电池在直流系统中更为重要，在电网出现故障时，蓄电池是唯一的能源提供和保证者，因此做好蓄电池的日常维护工作，及时判别蓄电池的故障，特别是蓄电池开路故障，及时发现及时处理，对防止开关拒动及保护误动、拒动有重要作用。

随着科学技术的进步，阀控式密闭铅酸蓄电池以其重量、占地少、无酸雾污染等优点，大规模地取代了以前的防酸隔暴电池。阀控铅酸电池组在具有突出优势的同时，存在很多不足的地方，比如：容易难以测试，不能加水，对浮充电压、使用环境要求高等。因此蓄电池投入使用后，由于电池出厂前的设计、工装设备、质量控制等因素，以及浮充电压设定，使用环境温度等，会导致活性物质脱落、变坏、正极栅格腐蚀及硫化等现象，从而会使得整组电池出现容量损失，电压差不均，以及单体电池落后等情况。因此，维护规程中要求对蓄电池进行核对性容量试验和脱载试验，目的就是测知电池组的实际容量，找出落后电池，消除隐患。蓄电池运行维护现状 根据国网公司《直流电源系统技术标准》要求，220kV变电站基本配置了200～300Ah两组蓄电池组及对应的充电装置；110kV变电站基本配置了200Ah或以下的一组蓄电池组；但目前，由于缺乏必要的专业仪器仪表，对蓄电池组容量测试还停留在人工检测水平上，这是一项操作繁琐、工作量大，效率极低的工作，同时造成大部分蓄电池组均未能按照规程对蓄电池进行容量测试维护。同时随着电力电网建设，变电站数量每年以15％的速度增长，而运维人员并没有随之增加，每周对蓄电池组各单体电池进行巡视，常规电池电压、蓄电池组环境等的检查，众所周知，蓄电池组端电压与容量没有直接关系，因此虽然为之付出了大量的人工，但没能取得如期的效果；同时也普遍存在蓄电池组从工程竣工交付使用后至今没有做过一次彻底容量测试象。这几年随着对蓄电池管理维护的重视和电力电子技术的发展，智能蓄电池监测装置应运而生，部分变电站配置了充电装置集成的蓄电池在线监测设备，部分供电公司独立配置了便携式蓄电池组核对性放电设备。但是一些在线监测设备功能简单，只能监测电池电压，而且一部分精度较低，便携式的放电设备放电过程需要手工测量单体电池电压，所以已有的一些监测手段不能实现真正的自动监测、自动诊断功能。

3、蓄电池运行常见故障及原因分析 变电站蓄电池组运行过程中表现可能失效的现场浮充电压过高/过低、内阻偏大、轻度硫化、渗液爬液、壳体变形、极拄松动、失水等，而已经失效的电池经常表现为以下三种情况：

a、蓄电池组工作时容量达不到标称容量；严重的出现个别电池放电起始就达到下限；2006

年浙江一电厂因蓄电池长期浮充，没有按直规要求维护，引起单机运行的机组孤网失压，原因为检修需要倒换厂用电时直流母线电压测量时只有170V左右（其实是个虚假的数字）引起，其实类似的问题在变电站直流系统也经常发生。其实类似蓄电池组容量不足的完全可以通过容量测试或内阻和在线的综合测试方法发现并避免问题扩大。

b、长期浮充蓄电池组出现直流全停事故，个别电池出现开路状态；2006年吉林省延吉市出现一次变电站交流电源故障后，一次变直流蓄电池组失效，致使一次变站内控制直流瞬时消失，1170ms用户厂侧分相电流差动保护误动，经最后核对性放电和内阻测试综合分析，其中一节单体电池开路引起了本次事故。

c、长期浮充状态下的蓄电池出现短路现象，出现短路现象的电池往往可能会产生热失控现象。根据众多的数据和现场经验分析，引起可能失效和已经失效的原因大多是平时维护不到位造成，一些早期失效的电池完全可以避免，分析电池失效的原因主要包括以下五种情况： a、硫酸盐化

当电池长时间处于充电不足，浮充电压偏低，放电后未能及时补充电，电池长期搁置不 用等情况时，负极就会形成一种粗大坚硬的硫酸铅，它几乎不会溶解。若电池失水严重，使得硫酸浓度过高，也会促使硫酸铅的快速生成。盐化的直接后果是电池容量不足，甚至电池开路。

其实导致电池硫酸盐化的原因即为电池内热力学平衡的破坏，也表现为极化现象，主要有欧姆极化和浓差极化。充电过程中，正负离子向两极迁移。在离子迁移过程中不可避免地受到一定的阻力，称为欧姆内阻。由于硫酸盐化形成硫酸铅，而使离子移动阻力增大，即表现为欧姆极化现象。欧姆极化造成蓄电池在充电过程中的热产生。浓度极化引起的原因为电极表面的生成物和反应物的扩散速度比不上化学反应速度，从而造成极板附近电解质溶液浓度发生变化。也就是说，从电极表面到中部溶液，电解液浓度分布不均匀。严重硫酸盐化的蓄电池其浓度极化越严重，最严重时导致电极表面电解液浓度为0，即开路。b、失水 失水是导致蓄电池失效的常见故障。气体化合效率低、从电池壳体中渗出水、板栅腐蚀和自放电都会造成电池失水。若过充电电流大、浮充电压过高、环境温度过高、安全阀开阀压力低等会加速电池失水速度。当前大部分阀控式密封铅酸蓄电池组容量下降的原因，都是由电池失水造成的。通常认为当失水超过15%时，电池失效。c、板栅的腐蚀和变形 板栅腐蚀是限定电池寿命的重要因素。在铅酸蓄电池中，正极板栅比负极板栅厚，原因之一是蓄电池在充电时，特别是在过充电的状况下，正极板栅要被腐蚀，逐渐被氧化而失去板栅的作用。含量和体积不断增大，可使极板严重弯曲。d、活性物质软化

随着电池循环次数的增加，晶型由α型向β型转化。β型的晶粒相对细小，结合力较差，导致活性物质的网格结构被削弱，最终活性物质软化脱落（也称为泥化），导致电池失效。e、短路 除了正极板栅腐蚀变形和工艺制造的粗糙以外，导致短路的原因还包括枝状晶体的形成。当电池处于放电状态或长期搁置，负极板上易生成可溶性铅颗粒，促进枝状结晶生成，晶枝生长可穿透隔膜，造成极间短路，使得电池彻底报废。

4、几种提高蓄电池运行维护管理水平的方法 通过对蓄电池常见故障现象和原因的分析，结合多年直流运行维护工作经验，提出几种蓄电池运维管理方法。a、定期的检查和维护 浮充运行是蓄电池的最佳运行条件，运行时电池处于满荷电状态，检查电池极柱，安全阀是否有渗液和酸雾溢出。定期检查连接部分是否有松动 b、正确设置电池的运行管理参数 蓄电池在浮充或均充情况下，其电压应根据不同厂家和环境温度作适当调整。

c、定期核对性放电试验 定期核对性放电试验分两种：一种是进行全充全放，这个工作也称为活化处理或理疗性充放电；通过放电和充电过程的循环，使活性物质得到恢复。另一种在变电站蓄电池组只有一组配置的情况下，不能退出运行，只能进行半容量的核对性试验，一般放出额定容量的50%，但有很多检修人员认为，50%容量的放电测试就是0.1C10 电流放电5 个小时，其实这是错误的。因为在放电测试结束前是不知道电池实际容量的，所以，正确的50%容量的放电测试应该通过对蓄电池组放电曲线的比较，确定每次核对性放电50％容量时的电压值，从众多的放电数据中我们认为任何电池都存在这一半容量电压点，对一特定的电池组一定的放电率而言，这一半容量电压点是一相对确定的值，一般约在1.95-2.00V 之间。我们可以利用半容量电压点来进行50%容量的核对性放电测试。具体方法如下，电池组不退出运行，把充电机电压调低到电池组半容量电压点的保护值，如108 节电池，对所举例电池10 小时放电率，则充电机电压调为： 108×1.987=214.6V 对无法调节充电机电压的蓄电池组，可采用串入大功率二极管方法进行核对性放电容量测试。如图：

在空气开关或熔断器两端并联二极管，然后将空气开关或熔断器断开，此时充电回路被切断，蓄电池组电压低于充电机电压，但通过二极管的单向连接，如果交流

失电，电池仍可无间隙供电，电池组处于热备份退出状态。这时可对蓄电池组进行核对性容量测试放电。考虑到失电和整流设备故障的可能，建议最大放电容量仍为50%，监测的保护电压如前所述。

d、智能诊断分析管理系统 蓄电池失效是一个复杂的过程，是一个从量变到质变的过程，根据多年对浮充数据的综合分析，并结合核对性放电、内阻测试、均差等数据的研究，证实蓄电池失效是有规律的，浙江电力公司已在110kV以上变电站均安装了蓄电池智能监测系统，该系统具有实时监测各单体电池电压、组端电压、电流等信息，同时具有核对性放电和直流内阻测试功能。计算机管理分析软件通过变电站蓄电池智能监测系统实时数据的网络上传，数学模型对浮充、核对性放电、内阻、均差等综合数据进行人工智能分析验证，预测蓄电池运行趋势和可能存在的问题，动态的预测电池性能的变化。通过浙江地区应用该系统对实时了解电池性能是非常有依据和帮助的。5 结束语

通过对电池失效原因的分析和多年对失效的研究，证实蓄电池失效是有规律可循的，并通过一些切实有效的管理手段，可以大大提供蓄电池运行维护水平和大幅降低蓄电池运行故障。希望本文观点对各直流系统蓄电池运行维护管理有所帮助。

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第二篇：一种基于资产生命周期的变电站蓄电池组运维策略研究

一种基于资产生命周期的变电站蓄电池组运维策略研究

摘 要：蓄电池作为变电站直流系统的后备电源，其设计寿命与实际运行寿命有较大不同，选择长寿命的同时，必须付出更多的维护成本。综合考虑采购成本、维护成本和安全因素，对变电站蓄电池组的不同管理方案通过资产全寿命周期成本分析，最终得出既能满足电网可靠性要求，又能使蓄电池组的综合投资最优化的管理策略。

关键词：蓄电池；生命周期；数学建模；管理策略

中图分类号：F273.4 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.066

目的及意义

目前，绝大部分变电站使用阀控式铅酸蓄电池（下文简称“蓄电池”）作为变电站站用直流系统的后备电源。其设计寿命一般为10～12年，但从全国各地的长期实际运行经验看，变电站蓄电池组一般的运行寿命为6～8年。图1为某局2007―2012年更换蓄电池组统计图，每组蓄电池的平均运行寿命约为7.5年。其中，使用寿命在8年及以下的占所有更换的蓄电池组的88%.使用年限的差异主要是由于蓄电池的制造材料、制造工艺、运行方式、运行环境和维护方式等几方面因素导致的。

本文着重从运行环境和维护方式两方面制订变电站蓄电池组的不同管理策略。研究方式的选择

电力设备全寿命周期成本（life cycle cost，LCC）是从设备的长期经济效益出发，全面考虑设备从论证、研制、生产、运行、维护、故障直至报废处置为止在寿命周期内所支付的所有费用的总和。当前国内外在电力系统方面进行的LCC研究，主要注重于对资产值较高高压一次设备进行研究，在低压及二次等资产值较低的一些设备，LCC研究方面则略显空白。而一些低压设备，例如变电站直流系统蓄电池组，其折算后的年使用成本也较高，管理策略不够完善，需要通过LCC研究为其制订科学的管理策略。变电站蓄电池组符合LCC研究对象的四个基本特征，即维护检修费用大、关键部位产品、具备多选方案多厂家型号、研究结果可验证。基于以上条件，本文对蓄电池组的LCC成本进行最优运维策略分析。变电站蓄电池组特性

变电站蓄电池组通过多个单体电池串联成组运行，当蓄电池组内有个体电池发生故障时，会导致整组蓄电池组性能下降甚至失效。如果新旧电池混用或不同厂家电池混用，则不同电池由于化学反应物质不同，端电压不同，内阻也不同。将它们串联使用，将造成不同蓄电池两端的电压不同，蓄电池加速损坏。在电池寿命前期和中期，整组电池的标准差σ几乎不变，当σ出现明显增大时，蓄电池的寿命就接近后期了。

根据混用的运行经验，新旧蓄电池混用是无法达到稳定运行的要求的。对于同时期投运，但运行于不同地方的同型号蓄电池混用，则劣化影响没有那么迅速。混用后，蓄电池组容量能短时达到要求，但运行一年后，蓄电池组将会有多个蓄电池

容量不符合要求，整组蓄电池将报废。即如果更换单体故障蓄电池，仅可延长蓄电池组使用寿命1年。

蓄电池组的这种相关特性，导致其无法进行修理。蓄电池管理的LCC建模

下文我们将基于设备的全寿命周期成本，寻找既能满足变电站直流电源系统的稳定运行，又能使蓄电池使用成本最低的运维策略。

下文假定所有单体蓄电池的质量、特性符合厂家的描述和规范的要求。

4.1 LCC模型

4.2 投入成本CI

蓄电池组的投入成本主要由蓄电池组购置成本、蓄电池架购置成本和安装成本构成。根据蓄电池采购和安装价格，可得蓄电池组的投入成本CI，如表1所示。

4.3 运行成本CO

蓄电池组的运行成本占蓄电池组整个生命周期成本的很大一部分，主要是由设备维护成本和环境维护成本构成。

4.3.1 设备维护成本

蓄电池组的设备维护成本主要是由蓄电池组外观检查、电压测量、内阻测量、外观清扫和核对性充放电工作费用组成。由于蓄电池组核对性充放电工作费用占维护工作费用的绝大部分，且核对性充放电的策略较为多样化，因此下文我们主要讨论蓄电池组进行核对性充放电工作的策略。

蓄电池组充放电试验，按照全容量10 h放电率，放电10 h，充电15 h左右。一次充放电时间为26 h左右（不含来回路途时间）。一组蓄电池核容工作需3人/次，最少需要2个工作日，另外需要运行人员操作两次。核容工作每次约需0.8万元。

4.3.1.1 相关规定对蓄电池组核容的要求

根据《南方电网公司变电站充电机、蓄电池运维手册》规定，110 kV变电站蓄电池组每三年进行1次全容量核对性充放电，220 kV及以上变电站蓄电池组每2年应进行1次全容量核对性充放电，运行6年以上的蓄电池组，应每年进行1次全容量核对性充放电，我们定义为核对性放电方式一。

4.3.1.2 蓄电池组厂家的核容建议

蓄电池厂家说明书均要求较为频繁地进行全容量核对性放电，以保证蓄电池组内物质的活性。我们选取三个较为常用的蓄电池生产厂家对蓄电池的运行维护要求进行数据分析：①霍克（hawker），至少每年以0.1 C容量的20%～40%浅度循环放电一两次；②埃诺斯-华达，每年以实际负荷做一次核对性放电，放出容量30%～40%，每年做一次容量试验，放出额定容量80%；③日本汤浅（Yuasa），每年应对电池进行一次核对性放电，放出额定容量的30%～40%.参考上述三种蓄电池的维护说明及相关规范要求，忽略规范对于不同容量的电池放电时间的不同，统一取次数最少的300 Ah电池的规定。同时，由于规范的要求是必须执行的，对于说明书不包含的深度放电试验，必须额外增加。综上所述可得，在蓄电池理论12年寿命周期内，按照蓄电池厂家说明书的要求，各品牌蓄电池组需要进行核对性容量试验的次数如表2所示，平均约为23次。

4.3.2 环境维护成本

蓄电池的运行环境较为苛刻，对温度非常敏感。蓄电池最佳运行温度为20～25 ℃，如果运行温度过高或过低，都将大大影响蓄电池组的使用寿命。现变电站使用的空调均为民用普通单冷空调，不间断运行下寿命短，容易出现运行中断现象，且无法制暖。如果选用工业精密机房空调，则会抬高使用成本。

根据市场价格，普通民用空调售价约为0.3万元，使用寿命约为5年，年均使用成本约0.06万元。工业精密机房空调售价约为1.5万元，使用寿命约为10年，年均使用成本约0.15万元。

4.3.3 运行成本建模

按照现有维护方式，即按照规范要求进行核对性放电，安装民用空调，承受部分时间空调停运。根据统计，在该种运维方式下，蓄电池组的使用寿命在6～8年之间，以下统计取最高使用年限8年，我们定义为运行方式一。

假设按照蓄电池组说明书的要求维护蓄电池组，可得蓄电池组理论上的使用寿命为10～12年。以下统计取理论最高使用年限12年。按照厂家的要求，在全生命周期内约做23次核对性容量试验，使用机房精密工业空调，保证运行的环境温度，我们定义为运行方式二，蓄电池组的使用寿命为12年。

上述两种运行方式的年均运行成本如下。

4.3.3.1 方式一：生命周期内运行成本

如表3所示，方式一下的生命周期内运行成本=8年生命

周期内核对性充放电次数×核对性充放电工作单价+普通空调年均使用成本×使用年限。

4.3.3.2 方式二：生命周期内运行成本

方式二下的生命周期内运行成本=12年生命周期内核对性充放电次数×核对性充放电工作单价+精密工业空调年均使用成本×使用年限）=23×0.8+0.15×12=20.2万元（注：各型号电池运行成本相同）。

4.4 检修维护成本CM

4.4.1 检修维护方法

参考相关规范“经过三次全核对性放充电，蓄电池组容量均达不到其额定容量的80?G以上”，说明确认蓄电池组容量出现故障，必须通过三次全核对性放充电，即当我们第一次全容量核对性放电不合格后，需要多进行两次核对性放电。

对于使用带有硅降压的直流系统，多采用54节运行的蓄电池组，可减少至52节蓄电池运行；108节运行的蓄电池组，可减少至104节蓄电池运行，将不会影响直流母线的电压要求。

根据上述情况，当蓄电池组经三次全核对性放充电后，蓄电池容量均达不到其额定容量的80%，我们认为蓄电池出现故障，并将故障方式分为以下两类：①54节电池运行的电池组发现2节及以内故障电池；108节电池运行的电池组发现4节及以内故障电池，我们定义为轻度故障。②54节电池运行的电池组发现超过2节故障电池，108节电池运行的电池组发现超过4节故障电池，我们定义为重度故障。

根据上述故障分类法，蓄电池组的检修维护方法可分为以下三种：①更换整组电池；②退出故障电池，其他电池继续使用，该方案仅适用于轻度故障，重度故障不适合使用此方式；③将故障电池更换为容量合格的电池。

如上文所述，如果更换单体故障蓄电池，可且仅可延长蓄电池组使用寿命1年。

蓄电池组必将经过轻度故障才会继续劣化至重度故障。因此，如果在轻度故障时，就将不合格电池更换为合格的电池，则仅能延长蓄电池组1年的寿命。此时，通过维护方法二先将电池退出后，等电池组出现重度故障后再更换电池，则延长的寿命可大于1年。因此在蓄电池组轻度故障时，我们不选择更换蓄电池。

更换单体蓄电池后，需再进行一次全容量核对性放电，确保蓄电池组容量符合要求。

4.4.2 检修维护成本

根据4.4.1的叙述，我们确认蓄电池组容量不符合要求，需要多进行2次全容量核对性放电。由于减少了重复配合、重复接线的工作，多进行的2次全容量核对性放电的费用约为0.6×2=1.2万元。因此我们定义确认不合格费用为1.2万元。由于更换电池后，蓄电池组寿命增加一年，需增加一年的运行费用和第二年确认不合格费用。

根据4.4.1，蓄电池的三种检修维护方法的价格分别为：更换整组电池费用为0，退出故障电池费用为0.2万元，将故障电池更换为容量合格的电池费用为更换电池费用、一年的运行费用和第二年确认不合格费用的总和，即0.8+0.86+1.2=2.86万元。

4.5 故障成本CF

变电站直流系统的主供电源是两路分列运行的直流充电机，备用电源是两路分列运行的蓄电池组，与充电机一一对应。在蓄电池发生故障时，需同时发生以下条件，方能导致电网负荷损失或事故范围扩大，这是由于：①对应直流充电机发生故障，不能提供直流电源；②在一路直流电源发生故障，另外一路直流电源尚未投入之前，发生电网故障；③电网故障与该站有关，且相关设备保护及操作等直流电源有取自故障直流母线电源的。

该类情形发生的概率是很低的，且与本文研究的蓄电池组的运维策略关联性较少，因此，在本文研究的蓄电池运维策略LCC模型中可以不计入故障成本。

4.6 废弃成本CD

蓄电池组废弃无增加的处置成本，退运的蓄电池组可进行拍卖，拍卖底价为蓄电池组价格的5%.按此计算，各类型蓄电池废弃成本如表4所示。蓄电池管理策略数学模型

5.1 管理策略

通过4.3.3和4.4.1中对运行方式、检修维护方法和故障方式的叙述，我们通过选择相应内容从其中组合出不同的管理策略，具体如表5所示。

5.2 数学建模

我们通过建立不同策略下数学模型来计算蓄电池组年均运行成本，比较不同的管理策略，并选择最经济的蓄电池组管理策略。数学模型为：年均运行成本=LCC/运行年限=CI+CO+CM+CF+CD/运行年限=（投入成本+运行成本+检修维护成本+故障成本+废弃成本）/运行年限。

5.2.1 模型例证

以最常用的300 Ah、110 V电压等级蓄电池组为例，我们计算其策略二的年均成本。

策略二的年均成本=（投入成本+运行维护成本+检修成本+故障成本+废弃成本）/（运行年限+延长使用年限）=[（蓄电池组购买成本+蓄电池架购买成本+蓄电池安装成本）+（8年生命周期内核对性充放电次数×核对性充放电工作单价+普通空调年均使用成本×使用年限）+退出故障电池费用0.2万元+故障成本0万元-拍卖收入]/（8年+1年）=（7+3.68+1.2+0.2+0-0.35）/9=1.3万元。

通过同样的方法，我们可计算出300 Ah、110 V电压等级蓄电池组其他策略下的年均成本，具体如表6所示。

5.2.2 策略决策

通过上述策略年均成本的计算，我们可得到如下策略决策：①当蓄电池发生轻度故障时，采用策略二；②当蓄电池发生重度故障时，采用策略A。总结

6.1 运维策略的选择

总结上文对于各型号各类型的蓄电池组运维策略的分析，可得蓄电池组运维策略如下表7所示。

6.2 运行方式的选择

从上述三种容量、两种电压等级的蓄电池组运维策略可看出，不论何种电池，采用运维策略一或策略二成本均小于策略三或策略四；采用策略A或策略B成本均小于策略C或策略D。即所有的蓄电池组采用运行方式一运行，其成本小于采用运行方式二运行。

按使用最为广泛的300 Ah、110 V电压等级蓄电池组计算，运行方式一的蓄电池组寿命约为8年，全生命周期成本约为11.5万元，年均成本约为1.3万元。而采用运行方式二的蓄电池组寿命约为12年，其全生命周期成本约为28万元，年均成本约为2.34万元。

按此计算，方式一比方式二每组蓄电池每年可省下成本约1万元，如果按每局400组蓄电池计算，每年可省成本约400万元。因此，虽然采用运行方式一的蓄电池组寿命较短，但其运行成本大大低于采用运行方式二运行的蓄电池组。因此，考虑经济问题，我们采用方式一对所有蓄电池进行运维，而不采用方式二。结论

7.1 采用方式一对所有蓄电池进行运维

按照规范要求进行核对性放电，安装民用空调，承受部分时间空调停运，此运行方式最为经济。该种运行方式下蓄电池组使用寿命约为8年。如果为了达到蓄电池组12年的设计寿命，每局每年约需多支付400万元的维护成本。

7.2 对不同的蓄电池组需采用不同的运维策略

由于蓄电池组容量、电压等级、重要性均不相同，只有选用不同的运维策略，才能在保证安全性的同时，达到最佳的经济效益。

参考文献

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Abstract： The battery as a backup power supply of substation DC system，it is different to its design life and the actual operation life，choose long life at the same time，must pay the maintenance costs more.Considering the purchase cost，maintenance cost and safety factors，different management scheme of substation battery through the asset life cycle cost analysis，finally draw the conclusion that both can satisfy the reliability of the network，but also can make the comprehensive investment optimization of battery group management strategy.Key words： battery； life cycle； mathematical modeling； management strategy

第三篇：变电站直流系统断路器和熔断器级差配合的试验研究

变电站直流系统断路器和熔断器级差配合的试验研

究

2006-12-19 17:11:00 来源：中国自动化网 网友评论 0条 点击查看

摘 要：对新颁直流设计规程中保护元件的多级配合问题进行了探讨，对直流系统熔断器、直流断路器配置选择提出了建议，并给出了直流系统典型级差配置的现场试验结果。

关键词：直流系统；级差配合；保护；试验

Experimental Research on Stage Difference Coordinaion of Breakers and Fuses in DC Systemof Substations

Abstract：This paper discusses the multi－stage coordination ofprotective elementsin the newly issued“Design Regulations onDCSystems”．The authors propose some suggestions on stagecoordination of circuit breakers and fuses in DCsystem，andpresent the results offield－testsfortypicalstage difference co－ordination configuration of DCsystem． Keywords：DCsystem；stage difference coordination；protection； test 0 前言

随着我国电力工业的不断进步，电力系统向超高压、大容量方向发展，为这些大容量电力设备提供控制、保护、信号、操作电源，直流系统的安全、可靠、经济运行就必须提到一个新的高度。

正常运行时，直流系统为断路器提供合闸电源，为继电保护及自动装置、通讯等提供直流电源；故障时，特别是交流电源中断情况下，直流系统为继电保护及自动装置、断路器合跳闸、事故照明提供安全可靠的直流电源，是电力系统继电保护、自动装置和断路器正确动作的基本保证。在直流回路中，熔断器、断路器是直流系统各出线过流和短路故障主要的保护元件，可作为馈线回路供电网络断开和隔离之用，其选型和动作值整定是否适当以及上下级之间是否具有保护的选择性配合，直接关系到能否把系统的故障限制在最小范围内，这对防止系统破坏、事故扩大和主设备严重损坏至关重要。因此，加强熔断器、断路器选择及配置的准确性，对提高电力系统运行的安全可靠性具有重要意义。1 级差配合存在的主要问题

由于变电站直流系统供电内容多，回路分布广，在一个直流网络中往往有许多支路需要设置断路器或熔断器进行保护，并往往分成三级或四级串联，这就存在着正确选择保护方案和保护上下级之间的配合问题。1．1 交直流断路器混用

由于交、直流的燃弧及熄弧过程不同，额定值相同的交直流断路器开断直流电源的能力并不完全一样，用交流断路器代替直流断路器或交、直流断路器混用是保护越级误动的主要原因之一。

断路器瞬时动作采用磁脱扣原理，判据为通过的电流峰值，断路器标定的额定值为有效值，而交流电的峰值高于有效值，在相同定值下，在直流回路中交流断路器实际额定值高于直流断路器。另外，因交流断路器与直流断路器灭弧原理不同，交流断路器用于直流回路不能有效、可靠地熄灭直流电弧，容易造成上级越级动作。1．2 熔断器质量及参数问题

各生产厂家提供的熔断器技术数据是在产品型式试验时得到的，且校验熔断器的分断能力是在交流电源周期分量有效值下做的，熔体动作选择配合特性曲线也是交流安秒特性曲线。这与变电站直流系统发生短路故障时的实际情况有一定差距。

各熔断器厂家及设计手册提供的级差配合是按同一型号、同熔体材料确定上、下级差，从而保证满足选择性的，当回路中有不同类型的熔断器时，熔断器之间的级差配合更应引起高度重视。同时，由于目前低压电器生产厂家较多，不能完全保证产品质量，所以即使同一厂家、同一型号的熔体，其参数也有一定的分散性。1．3 上、下级间的额定值级差选择不当

熔断器采用热效应原理，而断路器是磁效应与热效应相结合，安秒特性曲线不同，配合级差也不同。对于断路器之间、断路器与熔断器之间的级差配合不应照搬熔断器间的配合规定。熔断器、直流断路器级差配置现场试验

为了适应新颁DL/T5044－2003《电力工程直流设计技术规程》(以下简称设计规程)有关规定，验证变电站直流系统中断路器和熔断器几种典型的级差配置方案是否满足选择性保护的要求，探索直流断路器之间的级差配合、直流断路器与熔断器的配合及其上下级之间的选择配置，选择了石家庄供电公司所辖变电站直流系统中部分直流断路器、熔断器的典型保护级差配合方案进行了现场试验，并对具备延时功能的三段式直流断路器也进行了试验验证，确认了实现选择性保护的配合条件。2．1 短路电流的选取

按照直流断路器及熔断器安装现场可能出现的最大短路电流，将试验元件串联安装进行短路试验。为保证试验电流高于现场可能出现的最大短路电流，增加了适当裕度，短路电流选取结果为：

a．300 Ah及200 Ah蓄电池组，对于合闸馈出线电缆短路故障，短路电流选2 000 A。

b．100 Ah蓄电池组，对于合闸馈出线电缆短路故障，短路电流选1000 A。

c．控制、保护回路末端熔断器或直流断路器出口短路，短路电流选200 A。2．2 试验方案及结果

经对变电站直流系统安装使用的保护电器进行调查，按照设计规程有关规定，确定出熔断器—熔断器、断路器—熔断器、熔断器—断路器、断路器—断路器4类12项试验方案。试验结果见表1。

2．3 结果分析

2．3．1 熔断器—熔断器

设计规程要求：如果装设熔断器的型号和各熔件材料相同，为保证选择性，必须使电路中相邻两级熔断器熔件的额定电流的级差至少相差两级。

本次试验的前提是选取了同厂、同型号、同批次的产品。因其具有相同的安秒特性，两级级差的配合，在短路电流达到上级的10～30倍范围内，均正 确动作，表现出良好的配合特性。石家庄供电公司曾对变电站直流回路的熔断器进行了统一更换，具备此项试验的现场条件。2．3．2 断路器—熔断器

设计规程要求：断路器下一级可装设熔断器作为保护电器，断路器的额定电流应大于熔断器的额定电流4倍及以上。此项试验结果与设计规程相吻合。

但此项试验的前提是短路电流为上级额定电流的8～9倍，刚进入上级断路器的速断区，如果短路电流增大到一定值时，按照参考文献［2］中的试验结果，上、下级会同时动作，造成越级。因此，在工程应用中，除断路器的额定电流应大于熔断器的额定电流4倍及以上外，还应核定最大短路电流不应超过上级断路器额定电流的10倍。

2．3．3 熔断器—断路器

此项试验条件严于设计规范，熔断器的额定电流大于断路器额定电流的1．6倍。试验结果与设计规范相吻合。

但此项试验的短路电流是上级熔断器额定电流的12～13倍，因此：

a．蓄电池出口熔断器因按照蓄电池1 h放电容量并加大一级选择，其最大短路电流在此范围内，能够与下一级断路器配合，不必核定最大短路电流。

b．如用于回路下级，因熔断器的熔断速度随短路电流增加而加快，而断路器的脱扣速度基本不变，在短路电流大到一定程度时，二者动作接近而造成越级。参考文献［2］的试验结果也证实了此点。

因此，在工程应用中，除断路器的额定电流应大于熔断器的额定电流4倍及以上外，还应核定最大短路电流不超过上级断路器额定电流的10～12倍。2．3．4 直流断路器—直流断路器 2．3．4．1 两段式直流断路器

两段式直流断路器在短路电流是上级开关额定电流的8～10倍范围、4～5级级差配合下，正确动作，配合良好。

但如果短路电流达到或超过上级断路器额定电流的10倍时，上下级断路器均进入速动区，同时动作，造成越级跳闸。

另外，因塑壳式直流断路器的固有动作时间高于微型断路器，因此上级配塑壳断路器、下级配微型断路器的配合，其具备选择性的短路电流值要高于同型配合，据国内有关试验，其选择性极限电流延伸到约为20倍左右的上级额定电流。2．3．4．2 三段式直流断路器

三段式直流断路器，上级为三段式，下级为两段式或三段式直流断路器时，级差为2级，在短路电流为上级断路器额定电流的25～40倍范围均正确动作。

设计规程对三段式直流断路器的级差配合未做规定。从试验结果看，由于上级断路器短延时时间大于下级断路器全分断时间，上级短延时能够返回，因此可以实现小级差配合，而且不须考虑短路电流的影响，能够适应设计规程关于直流分电屏设计方案中多级配合的要求。3 直流系统保护方案选择建议 3．1 熔断器—熔断器配合

应选用正规生产厂家同厂、同型号的产品，可方便地用于对变电站原有熔断器的统一更换工作。但对于新建站，由于熔断器均为设备自带，难以保证同厂、同型号，特别是难以保证设计规范要求的“各熔件材料相同”的要求，因此，不同厂家、型号的熔断器配合，应加大级差。

3．2 熔断器与断路器(两段式)间及同型两段式断路器间的配合

除应按设计规程执行外，还应核定最大短路电流不应超过上级元件额定电流的8～10倍。

3．3 不同型号断路器的配合

应考虑断路器的固有动作时间，必须保证上级断路器固有动作时间不小于下级固有动作时间。推荐采用上级塑壳式断路器、下级微型断路器的配合。3．4 三段式断路器

采用三段式断路器可以实现小级差配合，而且不必考虑短路电流的影响，能够适应设计规程关于直流分电屏设计方案中多级配合的要求。

第四篇：银行计算机管理系统维护现状与对策研究(7.12)（模版）

银行计算机管理系统维护现状与对策研究

[摘要]：随着计算机在银行应用范围的不断扩大和应用深度的不断拓展，传统手工业务处理逐步转变为计算机处理。与此同时，银行电子化的发展也给经营管理工作提出了新的要求。文章对银行计算机管理系统维护的现状进行了分析，并针对银行计算机安全管理的特点提出银行计算机管理系统安全管理的方法，这对于有效地保障银行电子化业务的正常运行，防止突发事故以及经济案件的发生十分必要。

[关键词]：银行系统，金融系统，系统维护，银行网络

[Abstract]：Expands and the application depth unceasing development unceasingly along with the computer in the bank application scope, the tradition manual handling of traffic transforms gradually into computer processing.Meanwhile, the bank computerization's development also gave the management and operation work to set the new request.The article has carried on the analysis to the bank computer management system maintenance's present situation, and aims at the bank computer security management the characteristic to propose that the bank computer management system safety management's method, this regarding safeguards the bank computerization service effectively the normal operation, prevents to arise suddenly the accident as well as economic cases' occurrence is very essential.[Key words]：Banking system, financial system, system maintenance, bank network

一、前言

金融电子化的蓬勃发展使金融业务走进了一个崭新的时代。这个时代不仅要求金融从业人员做好电子化业务的开发工作，更需要我们改革管理方式，做好计算机系统的维护，加强计算机系统的管理，促进业务的高效发展。只有这样才能建设出一个现代化的银行。目前暴露在我们面前的问题是:科技工作与业务工作之间协调环节多，业务管理人员对上机后的业务管理不能完全承担，业务操作人员操作水平低导致设备故障多，对计算机系统管理与安全运行的维护与管理水平较低，缺乏一个系统的完善的工作思路，以致科技人员在日常工作中忙于应付层出不穷的应急服务，影响了科技人员的工作积极性和创造性的发挥，从而影响了计算机系统应用效益的发挥。

二、银行计算机管理信息系统维护的现状分析

目前国内大多数的银行工作中，无论是业务应用系统还是内部管理系统，其基本结构大体都是以网络为核心的基本结构分布形式。这样的结构分布方式以其高度的分散性、灵活性和协作性而受到普遍欢迎和充分应用，特别是对于银行基

本业务和服务系统来讲，这种方式更适合不断增加的自助网点以及不断推出的新业务、新产品的大范围、不间断的连续使用。但是，由于缺乏统一的系统应用规范和管理标准，软件和硬件更新速度过快，专业软件欠缺或研发滞后，维护人员数量少、水平不高、工作量大等原因，致使银行业计算机及网络故障率及维护不及时等问题层出不穷，已成为先行有效实施分布式维护管理方案的主要障碍，并逐渐成为影响竞争优势的重要问题。

1、系统维护的概念

系统维护的主要工作是对应用程序的维护，在系统已正式交付给用户并已投入运行之后，为了纠正系统的错误或满足新的需求而对应用系统进行的修改、扩充和保养。由于对程序维护的原因、要求和性质不同，维护工作分为四种，即纠错性维护、预防性维护、完善性维护和适应性维护。

(1)纠错性维护

系统测试不可能发现系统中存在的所有问题，所以，在系统投入使用后的实际运行过程中，系统内隐藏的错误就有可能暴露出来，诊断并修正这些错误，就是纠错性维护的主要工作内容。系统故障主要有以下几种情况有几种情况：

①编程错误：主要是程序的逻辑错误，一般反映在运行程序的中断或帐目出现问题的时候。

②需求错误：是业务人员制定业务需求时经验不足，考虑问题不够全面，或采用的数据没有完全的代表性等，一般反映在程序运行的控制条件不完全或帐目出现偏差。

③操作错误：这表现在业务人员超常规操作造成数据误损。这些错误必须纠正过来，保证正常运行。

(2)预防性维护

指为进一步改进容错性、可靠性，或为提供一种更好的基础而进行的维护工作。系统维护的工作不可能总是被动地等待用户提出什么要求才进行什么，应该主动的做出预防性维护，即选择那些还有较长使用寿命、目前尚能正常运行、但可能要发生变化或需要调整的系统进行维护，目的是通过预防性维护为未来的修改与调整奠定更好的基础。根据业务发展的趋势，预见一些将可能出现的问题，预先对系统做些改善性工作，可减少或避免未来维护的工作量。

(3)完善性维护

指系统投入使用以后，为了满足用户提出的修改要求和一些功能增强等建议所进行的应用程序的维护。在使用系统的过程中，用户往往要求扩充原有系统的功能，提高其性能，如增加数据输出的图形方式、增加在线帮助功能、调整用户界面等等。

(4)适应性维护

指系统在运行期间为适应制度变革、操作系统变更、设备更新等新环境，对系统进行的维护工作。由于，计算机科学技术的迅速发展，必然要求管理信息系统能够适应新的软硬件环境，以提高系统的性能和运行效率。另一方面，管理信

息系统的应用对象 也在不断发生变化，机构的调整、管理体制的改变、数据与信息需求的变更，这也要求管理信息系统去适应各方面的变化，以满足用户的实际需求。也就是说，在新的环境下，要经过部分调整、重新编译、调试及测试等过程，从而达到应用系统本身的版本升级。

2、银行系统维护的现状及存在的问题分析

(1)软件文档工作不健全

在软件开发过程中往往没有考虑到日后的维护而严格按照软件工程的要求提供一套完整、规范、详细的文档资料，致使原程序难于理解，软件维护工作非常困难。

(2)应用人员素质偏低

应用人员素质偏低，增大了软件维护工作的负担。银行系统计算机应用扩展很快，覆盖面很广，但应用人员的计算机知识培训没有相应跟上，应用计算机处理业务时不规范、误操作、人为因素造成的系统故障偏多，给维护工作增加了许多额外的负担。

(3)软件设计缺乏统一的标准

软件设计没有统一的标准、规范和有关制度，因而设计出来的软件各异，可读性极差，增加了维护工作的难度，这种谁设计谁维护的模式不利于软件的正常维护工作。

(4)软件维护工作不规范

没有具体的维护方案，没有专门的维护小组，维护之后，没有形成软件维护修改报告，使其他维护人员不能及时掌握变化情况，给以后的维护带来新的困难。

三、银行计算机管理信息系统的安全性管理

1、应用系统的安全性管理

计算机信息技术的发展对银行计算机管理信息系统的安全性提出了更高的要求，尽管综合柜员系统升级后，计算机安全性管理已在操作软件上得到了较大程度的强化，但由于前台人员对此套系统了解不够透彻，在应用操作中仍存在一些问题，检查中主要应注意以下几个问题：

（1）登录系统的操作员密码是系统计算机识别操作者身份的唯一标志，一个柜员只允许拥有一个操作员号。禁止存在一人多码或同时拥有多个须相互牵制的权限的情况。

（2）柜员权限设置要严格按照岗位分工进行科学分配。部分支行将营业机构主任级、系统管理员权限上收支行，指定专人负责，实行了统一管理，但在营业机构的对公储蓄及综合操作员中仍为本机构负责人、系统管理员姓名，造成实际操作员号使用者与操作员姓名不符的情况。

（3）柜员名称要使用真实姓名。避免作为上机处理综合柜员业务操作密码的个人登录密码呈现并公开状态。

（4）柜员工作调离后，其帐号要及时进行注销，以防止内部作案。同时，要在对公、储蓄、信用卡、中间业务系统中进行相应的操作，保持内外操作员文

件的一致。

2、数据库的安全性管理

数据库是信息系统的灵魂与核心，数据库直接影响到银行业务的正常开展，银行每天都有巨额资金在周转、流通，如果数据库出现故障而维护工作跟不上，则会导致大量的资金流失。数据库日常维护工作是系统管理员的重要职责。

（1）备份系统数据

数据库系统的备份与恢复机制保证了在系统失败时重新获取数据的可能性。有计划、有系统的对数据库文件进行备份是系统灾难复原强有力的保证，定期备份事务日志和数据库是一项十分重要的日常维护工作。备份的方式主要有以下几种：

1）定时自动备份。通过定时的备份操作和磁带库的自动更换磁带功能，将医院信息系统管理员从繁重、单调的备份操作中解脱出来，从事更有价值的工作，从而也避免人为的误操作而导致的备份数据丢失；

2）通过数据库的代理程序，实现对数据库的在线备份；

3）通过客户端的代理程序，能将其他平台上的数据拉到备份服务器上，实现跨平台的数据备份，所支持的平台包括了目前所有的驻留操作系统。

（2）银行数据仓库建设

通过建设数据仓库，可以共享业务数据，对业务数据进行分析和二次加工，为经营和管理提供决策依据，利用数据仓库可以集中提供各类报表，既可以降低基层工作人员的工作量，又可以统一报表口径，同时为将来增加报表和开发基于数据分析的业务提供基础。

（3）数据的分隔存储

对于灵活性要求特别高的报表系统，通常的解决办法是将数据按单元格存储，并且统一以字符串类型存储，再定义一个字段来标识数据在应用中的数据类型，再定义其行号和列号来确定其位置，这类似于一个系统表，变相的定义了一个结构化的数据，但它与结构数据相比具有无限大的扩展性。但同时也带来一个问题，就是数据表中的记录数变得相当庞大，会给维护和查询带来很大问题，为此可以根据业务范围将数据分布在多个相同结构的表中。通过分隔记录和分隔表的办法达到扩展性与效率的平衡，以满足应用对数据库的要求。

（4）数据的结构化合成由于存储时是以单元格的形式保存的，但实际使用数据时又往往是结构化的，因此需要对数据进行重构，我们可以根据保存在数据表中的数据类型及列号来创建表或生成有格式的数据文件，简单的做到数据的结构化合成，如果想进一步准确的合成数据，可再创建一个表来定义一些类型、长度、主键等结构信息，这与数据库中的保存表的信息的系统表很相似，但是可供开发者来定制和控制，达到灵活效果。

3、网络业务及其维护

网上银行在为客户提供更快捷、更方便的超越时空、全天候的3A（anyone、anytime、anywhere）式金融服务的同时，其计算机信息系统也受到了前所未有的安全威胁与攻击。银行网络拓扑图如下图所示：

随着全国性金融计算机网络的基本形成，金融业对网络的依赖性不断增强。电子转帐业务的迅速发展，使计算机网络将成为非法人侵者的主要攻击目标，特别是联机柜台业务、清算、电子联行资金转帐系统。计算机网络系统通过分布任务负荷提高了工作效率，并且使系统具备了灵活性、可扩充性，但同时也增加了网络系统的脆弱性和复杂性，罪犯可能会通过截取传输过程中的资金帐务信息达到其攻击目的。目前，银行网络系统潜在的安全隐患主要来自以下三个方面：网络协议分析软件的流行、计算机病毒和各种黑客资料的泛滥。对于银行的网络系统来说，网络安全控制的一项基本要求是保证银行数据在网络传输过程中不被修改，而修改网络传输中银行数据的最有效办法是使用网络协议分析软件；同时，网上银行的开放使网络系统更加直接面对银行内部或银行外部各种电脑黑客的威胁，而且计算机病毒技术开始朝着智能化、网络化方向发展。应当意识到，电子化建设是金融产品创新、服务功能完善的基础性工作，电子化手段是当今金融业竞争中一条最根本的竞争生命线。规范现代银行业务，保证电子商务的交易安全和业务的稳健发展，计算机安全问题是当务之急。现阶段银行网络安全的维护主要应注意以下几个方面:

（1）是否制定并实施充分的物理安全措施，有效防范外部或内部非授权人员对关键设备的非法接触，在银行的网络中心或关键之处是否建立专用的防火墙，有效地防止非法IP地址的计算机进人其业务网络系统。

（2）存贮密钥或对数字签名数据在传输过程中是否应用可靠的技术进行加密或解密，以确认网上银行业务用户身份和授权，保证通过网络传输信息的保密

性、真实性、完整性和交易的不可否认性。

（3）是否完善安全监控制度，加强网络管理和安全监控，对系统中自动记录的非法操作和银行网络系统在运行过程中出现的各种问题，是否及时进行检查、分析，保证银行网络系统安全运行。

（4）应通过计算机安全检查，进一步完善营业机构的计算机安全运行制度和技术防范措施，检查系统给出的风险预警，及时控制安全风险，避免和减少损失。

（5）计算机中心必须构造银行信息管理的双机容错系统。为了保证网络系统连续运行，必须采用数据库服务器双机热备容错技术，以缓解硬件可能出现的故障。从物理上保证银行信息管理系统所需的运行环境。其次，计算机中心应该根据实际情况设计出备份方案。

（6）建立计算机病毒防治系统。建立基于网络的全方位、跨平台、多层次的计算机病毒立体防护快速反应系统，建成以分行、营业管理部等的中心支行为主的覆盖银行所有分支机构的计算机病毒防治系统。制定计算机病毒防治工作规范，对计算机病毒防治进行统一管理，紧急处理计算机病毒破坏事件。

四、结束语

安全管理问题是一个系统工程，需要决策层、管理层、技术层通力配合。从安全制度建设和技术手段方面着手，加强信息安全意识的教育和培训，增强自我保护意识，采取综合的防范措施，并不断改进和完善安全管理措施。银行系统推广和普及计算机已是时代的必然，银行计算机应用系统必须把安全性、可靠性放在首位，防止受到人为或自然因素的危害而使数据和信息丢失、泄漏和破坏。

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