電力通信蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局 陳志剛 吳啟明

電力通信蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局 陳志剛 吳啟明

電力通信系統(tǒng)中的蓄電池的性能關(guān)系到了電力通信系統(tǒng)的可靠性和安全性，是直流系統(tǒng)向外供電僅有的設(shè)備。根據(jù)蓄電池充、放電的化學(xué)機(jī)理和影響蓄電池充、放電的因素，分析蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的新方法。在監(jiān)測(cè)蓄電池運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)上，用最新的微處理措施，并根據(jù)電路的設(shè)計(jì)思路，研究出一種新型的、性?xún)r(jià)比高的蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)措施。在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中就蓄電池的應(yīng)用方案，設(shè)計(jì)一個(gè)模擬蓄電池運(yùn)行狀態(tài)的模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)測(cè)出的數(shù)據(jù)作出具體的分析，看各項(xiàng)性能指標(biāo)能否達(dá)到最初的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

電力通信；蓄電池；在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1 引言

蓄電池是一種在電力通信直流系統(tǒng)向外供電必要的設(shè)備。蓄電池的性能絕大程度上關(guān)系到電力通信系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，因?yàn)楦鞣N的因素使用不合適，不能進(jìn)行預(yù)防，容易導(dǎo)致蓄電池組的蓄電池失去效果，降低了電池組放電容量，使得整個(gè)供電系統(tǒng)發(fā)生損壞。因此，應(yīng)當(dāng)建立合理的電力通信蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，保證蓄電池正常的運(yùn)行狀態(tài)。

2 關(guān)于電力通信蓄電池介紹

鉛酸蓄電池在1860年就出現(xiàn)了。在最近幾年，隨著閥控式鉛酸蓄電池的產(chǎn)生，被廣泛應(yīng)用在汽車(chē)、郵電通信系統(tǒng)等的很多領(lǐng)域，因?yàn)槠渚哂袃r(jià)格低廉、容易浮充使用、獨(dú)立性強(qiáng)和移動(dòng)方便的特點(diǎn)。蓄電池也是后備資源，是電力通信系統(tǒng)中直流系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。

2.1 電力通信系統(tǒng)中蓄電池的電池反應(yīng)原理

1882年葛拉斯頓和特瑞比提出蓄電池的電池反應(yīng)原理。

放電時(shí)，負(fù)極：

正極：

充電時(shí)則相反。

在放電的時(shí)候，正負(fù)極上都產(chǎn)生了硫酸鉛。從公式中可以明顯地看出，蓄電池負(fù)極的Pb被還原成了Pb。正極的在放電的時(shí)候發(fā)生了還原反應(yīng)產(chǎn)生，還伴有水蒸氣的產(chǎn)生。在充電的時(shí)候，還原成。電解液既可以傳導(dǎo)蓄電池中的電流，也會(huì)參加蓄電池的電池反應(yīng)，在放電的時(shí)候，硫酸的含量會(huì)減少。在給蓄電池充電的時(shí)候，有硫酸的生成，硫酸的含量會(huì)不斷地增加，電解液的濃度上升。在測(cè)量硫酸液濃度的時(shí)候，密度法是必不可少的，有利于對(duì)蓄電池的荷電狀態(tài)進(jìn)行有效地評(píng)估。閥控蓄電池和傳統(tǒng)的蓄電池有著明顯的不同，閥控蓄電池不能對(duì)硫酸液的濃度有效地測(cè)量。在測(cè)量蓄電池運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，通常不會(huì)用到密度法。

2.2 電力通信系統(tǒng)中的蓄電池放電時(shí)不需要加水

蓄電池的充電和放電通常會(huì)有水的參與，在放電的時(shí)候，由于溫度會(huì)較高，蓄電池里面的反應(yīng)會(huì)很強(qiáng)烈，反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生水，遇到高溫就會(huì)蒸發(fā)，從而產(chǎn)生了水蒸氣。蓄電池會(huì)有維護(hù)這一項(xiàng)任務(wù)，在維護(hù)開(kāi)口蓄電池的時(shí)候，通常會(huì)考慮到蒸發(fā)損失的水分，這就需要進(jìn)行水分的補(bǔ)充，正確的做法就是定期向蓄電池里面適量的水彌補(bǔ)水分的散失。這樣做就是為了防止電解液的濃度超出規(guī)定的值而使硫酸鹽結(jié)晶對(duì)蓄電池造成影響。針對(duì)閥控蓄電池本身就是密封的這一問(wèn)題，通常不會(huì)對(duì)其人工補(bǔ)水，其在設(shè)計(jì)的時(shí)候就考慮到了這一方面，有自身調(diào)節(jié)的功能。

3 電力通信系統(tǒng)中蓄電池的監(jiān)測(cè)方法

蓄電池的電化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)會(huì)受到很多方面的影響，在這些影響因素當(dāng)中，正極板柵起著重要的作用。正極板柵長(zhǎng)期使用容易發(fā)生腐蝕，影響到蓄電池的老化程度。蓄電池的負(fù)極板上附有很多硫酸的時(shí)候，蓄電池會(huì)發(fā)生失效，導(dǎo)致蓄電池不能正常工作。在電池持續(xù)放電的時(shí)候，同樣會(huì)造成蓄電池的損壞。這就需要定期對(duì)蓄電池進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，清理蓄電池上的污物，檢查蓄電池的接觸裝置是否連接無(wú)誤。在對(duì)蓄電池進(jìn)行維修的時(shí)候，通常會(huì)用到檢測(cè)儀器，合理檢測(cè)蓄電池的運(yùn)行狀況。在監(jiān)測(cè)蓄電池的時(shí)候，通常有以下的幾種方法。

3.1 電力通信蓄電池容量的監(jiān)測(cè)

首先是密度法，測(cè)量蓄電池電解液的密度值判斷蓄電池的剩余量CB，經(jīng)常用在測(cè)量開(kāi)口式鉛酸電池，但是缺點(diǎn)就是不能對(duì)密封的鉛酸蓄電池的測(cè)量。而安時(shí)計(jì)，改變了不能對(duì)密封的鉛酸蓄電池的測(cè)量的缺點(diǎn)。對(duì)于估算蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)仍然是無(wú)法解決的問(wèn)題，所以又提出了電導(dǎo)的方法法。由于蓄電池的容量和電池內(nèi)阻存在很大的聯(lián)系，有關(guān)聯(lián)性，電池容量比較大，內(nèi)阻比較小。對(duì)于蓄電池內(nèi)阻的測(cè)量，要求對(duì)蓄電池的容量進(jìn)行在線(xiàn)的評(píng)估。利用蓄電池電導(dǎo)測(cè)試儀和內(nèi)阻測(cè)試儀，用注入交流信號(hào)的方法對(duì)蓄電池進(jìn)行合理地測(cè)量。密封的鉛酸蓄電池的內(nèi)阻和蓄電池的容量有著數(shù)學(xué)關(guān)系，可以估算蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 電力通信系統(tǒng)中蓄電池的電壓進(jìn)行合理地監(jiān)測(cè)

蓄電池運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)是通過(guò)檢測(cè)蓄電池的電壓、電流和溫度。這些都是和蓄電池密切相關(guān)的參數(shù)，得出了蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)。通過(guò)分析處理蓄電池的性能，判斷蓄電池當(dāng)前的健康狀態(tài)。蓄電池的健康狀態(tài)對(duì)溫度和電流的測(cè)量就能實(shí)現(xiàn)，對(duì)于單個(gè)的電池電壓檢測(cè)比較容易，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)在一起的蓄電池組中單體電池電壓的準(zhǔn)確測(cè)量是一個(gè)難題。電壓的檢測(cè)是最常用的參數(shù)。

3.2.1 電阻分壓法

用精密的電阻作為分壓器，測(cè)得蓄電池的電壓，用繼電器切換蓄電池組中的電池，具有精度差、體積大、成本高和壽命短等的缺點(diǎn)，其電壓值計(jì)算起來(lái)很麻煩。

3.2.2 大電解電容器和光電隔離器件法

在線(xiàn)測(cè)量的單體電池電壓要用大電解電容器和光電隔離器件構(gòu)成，要保持電路測(cè)蓄電池組的單體電池電壓。在A(yíng)/D轉(zhuǎn)換的過(guò)程當(dāng)中，電容上的電壓會(huì)發(fā)生變化，電容的充放電的時(shí)間及晶體管和隔離芯片等的器件動(dòng)作延遲等原因，決定了采樣的時(shí)間長(zhǎng)短。例如在監(jiān)控信息設(shè)備當(dāng)中A/D轉(zhuǎn)換器和蓄電池顯得尤為重要。

4 電力通信蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

對(duì)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的時(shí)候，選擇性能良好的配件，確保能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)的性能，考慮采取模塊化的設(shè)計(jì)手段。MCU技術(shù)是利用微控制芯片對(duì)電力通信蓄電池進(jìn)行整體的設(shè)計(jì)，在微控制芯片的內(nèi)部有模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)和記錄。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要在芯片內(nèi)部設(shè)置FLASH程序存儲(chǔ)器設(shè)備，避免數(shù)據(jù)的丟失和遺漏。整個(gè)系統(tǒng)的原理簡(jiǎn)單又容易操作，利用這個(gè)系統(tǒng)就能夠采集到每一個(gè)電池的電壓數(shù)值。

4.2 充、放電狀態(tài)模擬監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析

對(duì)蓄電池充、放電運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行模擬監(jiān)測(cè)的時(shí)候，通常要驗(yàn)證蓄電池在運(yùn)行過(guò)程中的浮充狀態(tài)，確保模擬試驗(yàn)可以充分反映蓄電池的充、放電過(guò)程。在可以確認(rèn)浮充狀態(tài)正常的蓄電池，就能夠保證蓄電池的放電過(guò)程。在蓄電池的模擬監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，主要是把電壓從33.86V降低至28.6V，測(cè)量模擬試驗(yàn)的支路電壓達(dá)到蓄電池終止電壓1.80V。在這一過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確記錄好模擬試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)值。在充電之前，若存在失效的蓄電池組，那么它的電池容量會(huì)較小，充電時(shí)間很短，端電壓上升速度明顯較快。整個(gè)蓄電池組的均勻性在進(jìn)行充電前后存在很大的差異。

5 結(jié)束語(yǔ)

在電力通信系統(tǒng)中，蓄電池發(fā)揮著不可替代的作用，它的性能直接關(guān)系到了電力通信系統(tǒng)的可靠性和安全性。在解決監(jiān)測(cè)蓄電池運(yùn)行狀態(tài)的問(wèn)題上，提出運(yùn)用新微處理技術(shù)的方案，設(shè)計(jì)出一套完整的模擬電池實(shí)際工作情況的模擬試驗(yàn)。通過(guò)提出解決監(jiān)測(cè)蓄電池充、放電動(dòng)態(tài)過(guò)程模擬的方案，根據(jù)模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)，能夠看出每一項(xiàng)性能是否達(dá)到預(yù)定的要求。利用這種方式，保證了用電設(shè)備在交流電源中斷的情形下，仍能夠正常穩(wěn)定于運(yùn)行，使得蓄電池的使用效率提高，使用時(shí)間延長(zhǎng)。

[1]尉廣軍,陳小于.多型號(hào)蓄電池的綜合維護(hù)與檢測(cè)方案研究[J]自動(dòng)化與儀表,2002,17(2):43-45．

[2]畢宏彥,楊杰.蓄電池組的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[J].自動(dòng)化與儀表,2003(18):58-66．

[3]桂長(zhǎng)清.閥控鉛酸蓄電池組的均勻性[J].通訊電源技術(shù),2001:1-4．