變電站蓄電池室智能控溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鄧效榮，梁曉軍

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局，廣東東莞，523000）

變電站蓄電池室智能控溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鄧效榮，梁曉軍

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局，廣東東莞，523000）

本文提出了一種成本低廉、可操作性高的變電站智能溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)蓄電池室內(nèi)溫度的監(jiān)控和判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)的智能遠(yuǎn)程調(diào)控，既能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，又能對(duì)蓄電池室內(nèi)的蓄電池組進(jìn)行有效的保護(hù)和延壽。

智能遠(yuǎn)程調(diào)控；變電站；蓄電池；溫度

0 引言

用電負(fù)荷逐年增加，電能在能源領(lǐng)域的地位至關(guān)重要。如何更好的為逐年增多的用電客戶(hù)提供可靠、安全、優(yōu)質(zhì)的電能，成為電力企業(yè)首先要解決的問(wèn)題。智能電網(wǎng)通過(guò)使用先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、設(shè)備制造技術(shù)、傳感器技術(shù)以及專(zhuān)家控制算法等技術(shù)，使得電網(wǎng)更加可靠、更加安全、更加經(jīng)濟(jì)、更加高效以及更加綠色，但是變電站溫度控制、蓄電池保護(hù)、空調(diào)節(jié)能等智能調(diào)控方面仍處于研究、試點(diǎn)階段，并未實(shí)現(xiàn)大面積的推廣。

1 變電站溫度控制的重要性

1.1 蓄電池對(duì)溫度要求高

直流系統(tǒng)是變電站的核心之一，它為斷路器分合閘及二次回路中的儀表、繼電保護(hù)和事故照明等提供直流電源，它的重要性可想而知。蓄電池相當(dāng)于是整個(gè)直流系統(tǒng)的心臟，在故障情況下為二次系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供動(dòng)力。溫度對(duì)蓄電池的安全性、容量、壽命等方面均有重要影響。

（1）浮充電壓與溫度的關(guān)系：電池大部分時(shí)間是在浮充狀態(tài)下運(yùn)行，在25℃時(shí)電池單體的浮充電壓為2.25V，為保證電池的性能，需要隨電池溫度的變化而改變浮充電壓。電池隨溫度而改變的浮充電壓補(bǔ)償數(shù)值可按-3.5mV/度/單體進(jìn)行計(jì)算，如0℃時(shí)為2.34V；10℃時(shí)為2.31V；20℃時(shí)為2.27V，而現(xiàn)在的直流系統(tǒng)充電溫度補(bǔ)償功能大多形同虛設(shè)，溫度波動(dòng)，但浮充電不變，長(zhǎng)期處于這種狀態(tài)，對(duì)蓄電池的性能影響很大。

（2）電池設(shè)計(jì)壽命與溫度的關(guān)系：電池的設(shè)計(jì)壽命隨溫度而有所變化，溫度每升高10℃，浮充壽命減半。表1顯示了電池的設(shè)計(jì)浮充壽命，通過(guò)此表可以看出溫度對(duì)電池壽命的重大影響。

表1 蓄電池壽命、浮充電壓、溫度的關(guān)系

（3）運(yùn)行溫度對(duì)電池容量的影響：在低溫時(shí)電池的容量隨溫度的升高而提高，然而過(guò)高的溫度也會(huì)對(duì)電池產(chǎn)生不利的影響，從而導(dǎo)致電池容量的下降，壽命縮短。

表2為電池在不同溫度下的有效放電容量與電池額定容量的比率（額定容量為25 ℃時(shí)，電池放電終止電壓1.80 V的條件下電池的10小時(shí)放電容量）。

表2 運(yùn)行溫度對(duì)電池容量的影響

從上述充電電壓、溫度、壽命、容量的關(guān)系可以看出對(duì)于站內(nèi)的蓄電池而言，如果溫度過(guò)高，電池壽命將銳減；但如果環(huán)境溫度過(guò)低，不但電池容量會(huì)減小，同時(shí)還要提升浮充(均充) 電壓，浮充( 均充) 電壓過(guò)高同樣會(huì)縮短電池的使用壽命，所以運(yùn)行中蓄電池室要選擇一個(gè)適合的環(huán)境溫度。一般情況下，變電站蓄電池室對(duì)溫度的要求是：設(shè)備可在-40℃~+ 50℃的工作場(chǎng)所使用，但建議電池系統(tǒng)的環(huán)境溫度在15℃至35℃之間，蓄電池在25℃的溫度下運(yùn)行性能最佳，一般情況下建議安裝空調(diào)，以保證電池具有更優(yōu)良的性能及更長(zhǎng)的服務(wù)周期。

1.2 變電站溫度控制存在的其他問(wèn)題

變電站溫度控制還存在以下問(wèn)題：（1）隨著設(shè)備集成化、智能化程度的提高，自動(dòng)化通信設(shè)備中半導(dǎo)體元器件工作時(shí)會(huì)大量散熱，若降溫不及時(shí)，循環(huán)積累的熱量會(huì)加速設(shè)備老化，出現(xiàn)板卡、元件故障。（變電站內(nèi)使用的柜式、懸掛式空調(diào)24小時(shí)不間斷運(yùn)行，空調(diào)易死機(jī)。（2）運(yùn)行人員在變電站內(nèi)進(jìn)行倒低壓工作后，需對(duì)站內(nèi)所有低壓空開(kāi)電源進(jìn)行合閘，每臺(tái)空調(diào)需手動(dòng)重新開(kāi)機(jī)，并重新調(diào)整為制冷狀態(tài)，若遺漏此步驟，空調(diào)將無(wú)法正常工作。（3）變電站分布較廣，在巡視周期外，對(duì)于機(jī)房運(yùn)行溫度運(yùn)維人員無(wú)法實(shí)時(shí)掌握。溫度越限時(shí)，更無(wú)法遠(yuǎn)程控制空調(diào)及時(shí)降溫，造成設(shè)備故障或處理故障時(shí)間延長(zhǎng)，影響電力系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行。

因此盡快研制出低成本、高可靠性的變電站智能控溫系統(tǒng)并進(jìn)行大面積推廣具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 變電站智能控溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 變電站蓄電池室智能溫控系統(tǒng)運(yùn)行原理

變電站蓄電池室智能溫控系統(tǒng)，主要是通過(guò)溫度傳感器監(jiān)測(cè)蓄電池室內(nèi)環(huán)境溫度，根據(jù)環(huán)境溫度，采用紅外信號(hào)發(fā)射對(duì)空調(diào)的運(yùn)行模式和參數(shù)進(jìn)行切換和控制。根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)及變量附值情況，空調(diào)自動(dòng)控制節(jié)能裝置設(shè)置了5 種不同的運(yùn)行模式。

（1）待機(jī)模式：變電站內(nèi)溫度適宜設(shè)備工作，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)不運(yùn)行。

（2）制熱模式：變電站內(nèi)溫度過(guò)低，對(duì)站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行有不利影響時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行于制熱工況。工作人員也可根據(jù)具體情況自行調(diào)節(jié)。

（3）排風(fēng)模式：變電站外溫度較低，站內(nèi)外溫度差值大, 通過(guò)換氣實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)溫度調(diào)節(jié)。

（4）制冷模式：變電站外溫度過(guò)高，無(wú)法通過(guò)換氣將站內(nèi)溫度降低到合理程度時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行于制冷工況。工作人員也可根據(jù)具體情況自行調(diào)節(jié)。

（5）除濕模式：利用空調(diào)本身的除濕功能，保證變電站室內(nèi)設(shè)備對(duì)濕度的要求。

當(dāng)環(huán)境溫度落在設(shè)定溫度范圍（比如25℃±2℃）以?xún)?nèi)，空調(diào)正常運(yùn)行，如監(jiān)測(cè)溫度高于設(shè)定范圍，將發(fā)出聲光報(bào)警，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、短信的形式通知工作人員。此時(shí)室內(nèi)環(huán)境溫度較高的原因主要有兩種：（1）空調(diào)故障/人為失誤，導(dǎo)致空調(diào)沒(méi)有運(yùn)行；（2）環(huán)境原因?qū)е驴照{(diào)制冷效果達(dá)不到預(yù)期。通過(guò)報(bào)警方式，可以提醒工作人員及時(shí)了掌握蓄電池室內(nèi)溫度情況，空調(diào)運(yùn)行狀況，并迅速作出反應(yīng)，避免不必要的損失。當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，空調(diào)運(yùn)行自動(dòng)停止，僅進(jìn)行排風(fēng)，避免了不必要的制冷帶來(lái)的能源浪費(fèi)。當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定的預(yù)警低溫時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、短信的形式通知工作人員。此時(shí)蓄電池室內(nèi)由于氣候的原因，比如冬天氣溫過(guò)低，將影響蓄電池的容量，也就是供電能力，因此工作人員可以根據(jù)軟件控制平臺(tái)反饋的信息，重啟空調(diào)，進(jìn)行制暖操作。

2.2 變電站蓄電池室智能溫控系統(tǒng)的構(gòu)成

變電站蓄電池室智能溫控系統(tǒng)的硬件模塊包括：MCU 模塊、液晶觸摸屏、模擬量輸入模塊、繼電器輸出模塊、報(bào)警蜂鳴器與指示燈、空調(diào)接口、若干溫度傳感器、紅外發(fā)射管等。

2.3 變電站蓄電池室智能溫控系統(tǒng)的功能

變電站蓄電池室智能溫控系統(tǒng)既可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作，也可以通過(guò)遠(yuǎn)程客戶(hù)端進(jìn)行操控。具有聲光報(bào)警功能，有利于現(xiàn)場(chǎng)工作人員進(jìn)行故障解決，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)/GPRS短信的形式發(fā)送到遠(yuǎn)程客戶(hù)端，方便工作人員遠(yuǎn)程操控，節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員成本，有利于大規(guī)模的集成處理，提高工作效率。

采用多個(gè)高精度溫度傳感器，檢測(cè)精度為0.1℃，多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，避免了一個(gè)傳感器故障影響系統(tǒng)運(yùn)行的可能。采用遙控器的紅外遙控碼的學(xué)習(xí)功能，可學(xué)習(xí)任何空調(diào)設(shè)備的紅外遙控器遙控碼，并儲(chǔ)存到本地的非易失性存儲(chǔ)器中，下次開(kāi)機(jī)信息不丟失。

采用高可靠MCU微處理器控制溫度采集和紅外發(fā)射，實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)設(shè)備的智能控制，可自動(dòng)發(fā)出啟動(dòng)、停機(jī)、加溫、降溫等紅外遙控碼。紅外信號(hào)的發(fā)射功能，控制空調(diào)有效半徑范圍為5米。

在控制主機(jī)端安裝遠(yuǎn)程控制軟件，主要實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)顯示、溫度設(shè)定越限告警、空調(diào)遠(yuǎn)程控制人機(jī)交互、控制指令發(fā)送反饋、運(yùn)行日志及操作記錄等多個(gè)功能。在對(duì)空調(diào)進(jìn)行控制時(shí)，可以設(shè)定開(kāi)關(guān)機(jī)、運(yùn)行模式、風(fēng)速等，并通過(guò)溫度檢測(cè)窗口查看運(yùn)行環(huán)境實(shí)時(shí)溫度，以便檢查空調(diào)調(diào)整后的溫度變化情況。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)變電站蓄電池智能控溫系統(tǒng)一方面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)運(yùn)行的智能控制，避免了空調(diào)粗放式管理帶來(lái)的能源浪費(fèi)，另一方面對(duì)直流系統(tǒng)中的蓄電池實(shí)現(xiàn)了有效保護(hù)，提高了蓄電池的性能和壽命，對(duì)提高直流系統(tǒng)的安全性起到促進(jìn)作用，進(jìn)一步的，智能控溫系統(tǒng)連接阿里云服務(wù)器，可以對(duì)管轄區(qū)域的所有變電站進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制，可以節(jié)約大量的現(xiàn)場(chǎng)人工維護(hù)成本和時(shí)間，有效提高工作效率和質(zhì)量，值得推廣。

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The design of intelligent temperature control system in substation battery room

Deng Xiaorong ,Liang Xiaojun

(Guangdong power grid co., LTD. Dongguan power supply bureau, Dongguan Guangdong, 523000)

This paper presents a low cost, high maneuverability of substation intelligent temperature control system design, through to the battery of indoor temperature monitoring and judgment, realize the station air-conditioning running status of intelligent remote control, can not only realize energy conservation and emissions reduction, and battery to the battery interior for effective protection and prolong life.

intelligent remote control; Substation; Storage battery; temperature

本方案為廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局職工創(chuàng)新項(xiàng)目成果（變電站蓄電池室溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程調(diào)控，項(xiàng)目編號(hào)：031900KK52170057）。