CN109245274B - 一种快速接入直流系统的变电站应急电池装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种快速接入直流系统的变电站电池装置，该装置包括：四个第一电池模块，第一电池模块输出24V直流电压；一个第二电池模块，第二电池模块输出12V直流电压；四个第一电池模块和所述第二电池模块的直流输出端串联连接后与110V直流母线连接；其中，第一电池模块包括八组磷酸铁锂电池组，八组磷酸铁锂电池组依次串联连接后与第一电池模块的输出端连接，输出24V直流电压；第二电池模块包括四组所述磷酸铁锂电池组，四组磷酸铁锂电池组依次串联连接后与第二电池模块的输出端连接，输出12V直流电压。该装置投运系统过程简易快捷，避免了传统搬运及安装模式造成的电池短路、开路风险，保障了变电站储备能源的可靠运行。
Description
技术领域
本发明涉及变电站应急供电领域，尤其涉及一种快速接入直流系统的变电站应急电池装置。
背景技术
蓄电池作为变电站唯一的储备能源，其重要性不言而喻。当变电站蓄电池组存在开路的情况时，将无法提供直流电压输出，此时需运维人员将应急蓄电池组投入以替代故障蓄电池组运行，传统方式为运维人员将应急蓄电池组搬运至变电站、串联成整组以投入运行，此方式存在以下弊端：
一方面，铅酸蓄电池单体重量25-30kg，运维人员一般需要将54只或108只蓄电池单体搬运至变电站，然后串联成整组以投入运行。此过程耗时耗力，常需6-8人完成搬运、安装、接入系统的过程以完成投运，该过程耗时1小时以上。在应急蓄电池组未完成投运的过程中，极易使变电站直流系统因未获得应急电源而陷入母线风险状态。
另一方面，搬运过程，蓄电池单体之间的接触易导致电池短路，直接导致电池火灾甚至人身烧伤等风险。
最后，在安装过程中，由于需将54或108只电池串联以投入运行，电池的连接顺序、电缆正负极的连接正确、电池连接条的安装紧固程度都对运维人员的技能熟练程度提出了一定的要求，一旦操作错误易造成电池短路、开路甚至人身烧伤的事件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种快速接入直流系统的变电站电池装置，该电池装置采用磷酸铁锂电池，可稳定输出110V直流电压，能快速接入变电站直流电源系统，方便快捷。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种快速接入直流系统的变电站电池装置，包括：
四个第一电池模块，所述第一电池模块输出24V直流电压；
一个第二电池模块，所述第二电池模块输出12V直流电压；
上述5个电池模块的直流输出端串联连接后与110V直流母线连接；其中，
第一电池模块包括八组磷酸铁锂电池组，所述八组磷酸铁锂电池组依次串联连接后与第一电池模块的直流输出端连接，输出24V直流电压；
第二电池模块包括四组所述磷酸铁锂电池组，所述四组磷酸铁锂电池组依次串联连接后与第二电池模块的直流输出端连接，输出12V直流电压。
其中，所述第一电池模块还包括第一断路器，所述八组磷酸铁锂电池组串联连接后通过所述第一断路器与所述第一电池模块的直流输出端连接。
其中，所述磷酸铁锂电池组至少包括两个相互并联连接的单体磷酸铁锂电池，所述单体磷酸铁锂电池的额定输出电压为直流3V。
其中，所述第一电池模块还包括第一DC/AC转换器、第二断路器、第三断路器、第一交流输出插座，所述第一DC/AC转换器用于将直流24V电压转换为220V交流电压；其中
所述八组磷酸铁锂电池组串联连接后的正输出端通过第二断路器与所述第一DC/AC转换器的正输入端连接，其负输出端通过第三断路器与所述第一DC/AC转换器的负输入端连接，所述第一DC/AC转换器的输出端与所述第一交流输出插座连接。
其中，所述第一电池模块还包括第一电流互感器、第一电池管理单元以及多个第四断路器、第一开关、DC/DC转换器，所述DC/DC转换器用于将24V直流电压转换为12V直流电压，
所述八组磷酸铁锂电池组串联连接后与所述第一电流互感器连接，所述第一电流互感器通过电缆将所述电池电流值传送给所述第一电池管理单元，
所述八组磷酸铁锂电池组串联连接后还通过所述第一开关与所述DC/DC转换器的输入端连接，所述DC/DC转换器的输出端与所述第一电池管理单元的直流输入端连接，
所述每一组磷酸铁锂电池还通过与之对应的第四断路器与第一电池管理单元连接。
其中，所述第一电池模块还包括第一可控开关，所述第一DC/AC转换器的输出端通过所述第一可控开关与所述第一交流插座连接，所述可控开关的控制端与所述第一电池管理单元连接。
其中，所述第二电池模块还包括第五断路器，所述四组磷酸铁锂电池组串联连接后通过所述第五断路器与所述第二电池模块的直流输出端连接。
其中，所述第二电池模块包括第二DC/AC转换器、第六断路器、第七断路器、第二交流输出插座，所述第二DC/AC转换器用于将12V直流电压转换为220V交流电压，
所述四组磷酸铁锂电池组串联连接后，其正极通过所述第六断路器与所述第二DC/AC转换器的正极输入端连接，其负极通过所述第七断路器与所述第二DC/AC转换器的负极输入端连接，所述第二DC/AC转换器的输出端与所述第二交流输出插座连接。
其中，所述第二电池模块还包括第二电流互感器、第二电池管理单元、多个第八断路器，
所述四组磷酸铁锂电池组串联连接后与所述第二电流互感器连接，所述第二电流互感器通过电缆将电池电流值传送给所述第二电池管理单元，
所述每一组磷酸铁锂电池还通过与之对应的第八断路器与第二电池管理单元连接，
所述第二DC/AC转换器的输入端通过第二开关与所述第二电池管理单元的直流输入端连接。
其中，所述第二电池模块还包括第二可控开关，所述第二DC/AC转换器的输出端通过所述第二可控开关与所述第二交流输出插座连接，所述可控开关的控制端与所述第二电池管理单元连接。
本发明实施例的快速接入直流系统的变电站电池装置，在第一电池模块和第二电池模块中均采用2个单体磷酸铁锂电池并联连接形成电池组，第一电池模块可输出24V直流电压，将4个第一电池模块和第二电池模块串联连接可输出110V直流电压，该输出电压通过大电流输出插件将直流110V输出电压接入变电站直流系统，可作为应急电源保障直流系统母线的正常稳定输出，避免变电站直流母线失压危险；此外第一电池模块和第二电池模块均可输出220V交流电压，该装置可满足绝大部分变电站直流系统的应急用电需要，本发明的装置搬运过程只需要2人，搬运或安装可避免电池短路、开路风险，5分钟内即可接入系统，故该成果投运系统过程简易快捷，克服了传统搬运及安装模式易造成的电池短路、开路风险，避免由此造成的直流系统母线失压及人身触电风险，保障了变电站储备能源的可靠运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一种快速接入直流系统的变电站电池装置的结构示意图示意图。
图2是本发明实施例一种快速接入直流系统的变电站电池装置的第一电池模块的电路示意图。
图3是本发明实施例一种快速接入直流系统的变电站电池装置的第二电池模块的电路示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
以下参照图1所示，本发明提供一种快速接入直流系统的变电站应急电池装置，包括：
四个第一电池模块1，所述第一电池模块输出24V直流电压，
一个第二电池模块2，所述第二电池模块输出12V直流电压，上述5个电
池模块的直流输出端串联连接后与110V直流母线连接；其中，
第一电池模块包括八组磷酸铁锂电池组，所述八组磷酸铁锂电池组串联连接后与第一电池模块的输出端连接，输出24V直流电压；
第二电池模块包括四组所述磷酸铁锂电池组，所述四组磷酸铁锂电池组串联连接后与所述第二电池模块的输出端连接，输出12V直流电压。
具体地，磷酸铁锂电池与传统的铅酸蓄电池相比，能量比为铅酸蓄电池的4-5倍，具有体积小、重量轻的优点，适合大电流充放电。
具体地，第一电池模块与第一电池模块以及第一电池模块和第二电池模块的直流输出端均通过75mm2软电缆串联，然后引接至大电流输入插件，此插件可满足大电流（0-250A）输入为所有电池组充电。
具体地，为了提高电池组的可靠性，每一组磷酸铁锂电池组包括两个相互并联连接的单体磷酸铁锂电池，单体磷酸铁锂电池的额定容量为250Ah，单体电池额定电压为DC3V，如图2所示，八组磷酸铁锂电池分别为单体电池01和11并联连接形成的第一组磷酸铁锂电池，单体电池02和12形成的第二组磷酸铁锂电池，以及单体磷酸铁锂电池03和13，04和14，05和15，06和16，07和17，08和18并联连接形成的第三至八组磷酸铁锂电池组。
其中，为了对磷酸铁锂电池组进行保护，八组磷酸铁锂电池组串联连接后还通过第一断路器RD与第一电池模块的输出端连接。
其中，为了使得第一电池模块可以输出220V交流电压，第一电池模块1还包括第一DC/AC转换器102、第二断路器RD22和第三断路器RD21、第一交流输出插座104，其中，第一DC/AC转换器102为DC24V/AC220V转换器，用于将直流24V转换为220V交流电压，八组磷酸铁锂电池组串联连接后，其正极输出端通过第二断路器RD22与第一DC/AC转换器102的正输入端连接，其负极输出端通过第三断路器RD21与第一DC/AC转换器102的负输入端连接，该第一DC/AC转换器102的输出端与第一交流输出插座104连接，用于输出220V交流电压，该220V交流电压可用于变电站施工装置的交流电压输入。
为了实现对第一电池模块的管理，该第一电池模块还包括第一电池管理单元107、第一电流互感器103、DC/DC转换器101、第一开关105以及多个第四断路器，其中，八组磷酸铁锂电池串联连接后的正极与第一电流互感器103连接，第一电流互感器103通过电缆C2-1、C2-2、C2-3、C2-4上传至第一电池管理单元107，可通过9寸数显屏幕显示磷酸铁锂电池组的电流。单体电池01-08与11-18分别并联连接后，还分别通过断路器RD1、RD2、RD3、RD4、RD5、RD6、RD7、RD8、RD9连接至电池管理单元端口C10至C18，即可通过数显屏幕显示单体磷酸铁锂电池的单体电压值。串联连接后的八组磷酸铁锂电池的正负极分别通过断路器RD22、RD21与第一DC/AC转换器的正、负两端连接，该第一DC/AC转换器102的输入端通过第一开关105与DC/DC转换器101的输入端连接， DC/DC转换器101的输入端与第一电池管理单元107的C31和C32端连接，用于为电池管理单元提供直流输入电压。
具体地，为了实现对220V交流电压的输出控制，该第一电池模块还包括第一可控开关106，该第一DC/AC转换器102的输出端通过第一可控开关106与第一交流输出插座104连接，该第一可控开关106的控制端与第一电池管理单元107的C34端连接。
该第一电池模块通过将八组磷酸铁锂电池串联连接后，串联电路的输出为第一电池模块的输出，由于单体电池的额定电压为3V，因而第一电池模块的直流输出电压为24V，又因为将串联电路的输出端与第一DC/AC转换器的输出端连接，因而能将24V的直流电压转换为220V的交流电压，可满足变电站的检修施工用电需要。
如图3所示，第二电池模块包括四组串联连接的磷酸铁锂电池组，该四组磷酸铁锂电池串联连接后与第二电池模块的输出端连接。
为了提高磷酸铁锂电池组的可靠性，每一组磷酸铁锂电池组包括两个并联连接的单体的磷酸铁锂电池，每一个单体磷酸铁锂电池的额定容量为250Ah，单体电池额定电压为DC3V。具体地，第一组磷酸铁锂电池由单体电池21和31并联连接而成，第二组磷酸铁锂电池组由单体电池22和23并联连接而成，第三组磷酸铁锂电池由单体电池23和33并联连接而成，第四组磷酸铁锂电池由单体电池24和34并联连接而成。
具体地，为了实现对磷酸铁锂电池组的保护，该第二电池模块还包括第五断路器RD30，四组磷酸铁锂电池组串联连接后的输出端通过第五断路器RD30与第二电池模块的输出端连接。更具体地，四组磷酸铁锂电池组串联连接后的负极输出端通过第五断路器RD30与第二电池模块的负极输出端连接。
具体地，为了使得第二电池模块可以输出220V交流电压，该第二电池模块包括第二DC/AC转换器112、第六断路器RD32、第七断路器RD31和第二交流输出插座109，其中，第二DC/AC转换器112为DC12V/AC220V转换器，第二交流插座109为220V交流输出插座。四组磷酸铁锂电池组串联连接后，其正极通过第六断路器RD32与第二DC/AC转换器112的正极输入端连接，其负极通过第七断路器RD31与第二DC/AC转换器112的负极输入端连接，第二DC/AC转换器112的输出端与第二交流输出插座109连接。
具体地，为了实现对磷酸铁锂电池组的管理，该第二电池模块还包括第二电池管理单元113，第二电流互感器108、多个第八断路器、第二开关110，该四组磷酸铁锂电池组分别通过断路器RD11、RD12、RD13、RD14、RD15与电池管理单元的端口C10、C11、C12、C13、C18连接，第二电池管理单元可通过9寸数显屏幕显示磷酸铁锂电池组的单体电压值，该四组磷酸铁锂电池组串联连接后，其正极还与第二电流互感器108连接，第二电流互感器108将感应的电流值通过电缆C2-1至C2-4上传给第二电池管理单元113，第二电池管理单元113可通过9寸数显屏幕显示电池组的电流值。该第二DC/AC转换器112的输入端通过第二开关110与第二电池管理单元113的端口C31、C32连接，利用四组串联连接的磷酸铁锂电池组的直流输出为第二电池管理单元113提供直流电压输入。
其中，为了实现对第二电池模块交流输出电压的控制，该第二电池模块还包括第二可控开关111，该第二DC/AC转换器112的输出端通过第二可控开关111与第二交流插座109的输入端连接，该第二可控开关111的控制端与第二电池管理单元113连接。
该第二电池模块通过将四组磷酸铁锂电池串联连接后，串联电路的输出通过第二断路器与第二电池模块的输出端连接，由于单体电池的额定电压为3V，因而第一电池模块的直流输出电压为12V，又因为将串联电路的输出端与第二DC/AC转换器的输出端连接，因而能将12V的直流电压转换为220V的交流电压，可满足变电站的检修施工用电需要。
具体地，在实际的使用过程中，可将图1中的输出端经塑壳开关DC440V/240A直流塑壳开关引接至大电流输出插件，在开关闭合的情况下，此插件可通过大电流为外接直流负载供电，当通过大电流输出插件将DC110V输出电压接入变电站直流系统，则可作为应急电源保障直流系统母线的正常稳定输出，避免变电站直流母线失压风险。
本发明实施例的快速接入直流系统的变电站电池装置，在第一电池模块和第二电池模块中均采用2个单体磷酸铁锂电池并联连接形成，第一电池模块可输出24V直流电压，将4个第一电池模块和第二电池模块串联连接可输出110V直流电压，该输出电压通过大电流输出插件将直流110V输出电压接入变电站直流系统，可作为应急电源保障直流系统母线的正常稳定输出，避免变电站直流母线失压危险；此外第一电池模块和第二电池模块均可输出220V交流电压，该装置可满足绝大部分变电站直流系统的应急用电需要，本发明的装置搬运过程只需要2人，搬运或安装可避免电池短路、开路风险，5分钟内即可接入系统，故该成果投运系统过程简易快捷，克服了传统搬运及安装模式易造成的电池短路、开路风险，避免由此造成的直流系统母线失压及人身触电风险，保障了变电站储备能源的可靠运行。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (4)
1.一种快速接入直流系统的变电站电池装置，其特征在于，包括：
四个第一电池模块，所述第一电池模块输出24V直流电压；
一个第二电池模块，所述第二电池模块输出12V直流电压；
所述四个第一电池模块和一个第二电池模块的直流输出端
串联连接后与110V直流母线连接；其中，
第一电池模块包括八组磷酸铁锂电池组，所述八组磷酸铁锂电池组依次串联连接后与第一电池模块的直流输出端连接，输出24V直流电压；
第二电池模块包括四组所述磷酸铁锂电池组，所述四组磷酸铁锂电池组依次串联连接后与第二电池模块的直流输出端连接，输出12V直流电压；
所述第一电池模块还包括第一断路器，所述八组磷酸铁锂电池组串联连接后通过所述第一断路器与所述第一电池模块的直流输出端连接；所述第一电池模块还包括第一DC/AC转换器、第二断路器、第三断路器、第一交流输出插座，所述第一DC/AC转换器用于将直流24V电压转换为220V交流电压；其中，所述八组磷酸铁锂电池组串联连接后的正输出端通过第二断路器与所述第一DC/AC转换器的正输入端连接，其负输出端通过第三断路器与所述第一DC/AC转换器的负输入端连接，所述第一DC/AC转换器的输出端与所述第一交流输出插座连接；
所述第二电池模块还包括第五断路器，所述四组磷酸铁锂电池组串联连接后通过所述第五断路器与所述第二电池模块的直流输出端连接；所述第二电池模块包括第二DC/AC转换器、第六断路器、第七断路器、第二交流输出插座，所述第二DC/AC转换器用于将12V直流电压转换为220V交流电压，所述四组磷酸铁锂电池组串联连接后，其正极通过所述第六断路器与所述第二DC/AC转换器的正极输入端连接，其负极通过所述第七断路器与所述第二DC/AC转换器的负极输入端连接，所述第二DC/AC转换器的输出端与所述第二交流输出插座连接；
所述第一电池模块还包括第一电流互感器、第一电池管理单元以及多个第四断路器、第一开关、DC/DC转换器，所述DC/DC转换器用于将24V直流电压转换为12V直流电压；所述八组磷酸铁锂电池组串联连接后与所述第一电流互感器连接，所述第一电流互感器通过电缆将所述第一电池模块的电池电流值传送给所述第一电池管理单元；所述八组磷酸铁锂电池组串联连接后还通过所述第一开关与所述DC/DC转换器的输入端连接，所述DC/DC转换器的输出端与所述第一电池管理单元的直流输入端连接；所述八组磷酸铁锂电池组的每一组磷酸铁锂电池还通过与之对应的第四断路器与第一电池管理单元连接；
所述第二电池模块还包括第二电流互感器、第二电池管理单元、多个第八断路器；所述四组磷酸铁锂电池组串联连接后与所述第二电流互感器连接，所述第二电流互感器通过电缆将所述第二电池模块的电池电流值传送给所述第二电池管理单元；所述四组磷酸铁锂电池组的每一组磷酸铁锂电池还通过与之对应的第八断路器与第二电池管理单元连接；所述第二DC/AC转换器的输入端还通过第二开关与所述第二电池管理单元的直流输入端连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述磷酸铁锂电池组至少包括两个相互并联连接的单体磷酸铁锂电池，所述单体磷酸铁锂电池的额定输出电压为直流3V。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：
所述第一电池模块还包括第一可控开关，所述第一DC/AC转换器的输出端通过所述第一可控开关与所述第一交流输出插座连接，所述可控开关的控制端与所述第一电池管理单元连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：
所述第二电池模块还包括第二可控开关，所述第二DC/AC转换器的输出端通过所述第二可控开关与所述第二交流输出插座连接，所述可控开关的控制端与所述第二电池管理单元连接。
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