變電站蓄電池遠程充放電控制系統(tǒng)的研究

龍波　黃杰　陳永根　陸明中　劉劍清

摘要：從變電站生產(chǎn)實際出發(fā)，結合現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)技術，從原理、方法和設計等方面，對變電站蓄電池遠程充放電系統(tǒng)進行說明。本文研制一套變電站蓄電池遠程控制系統(tǒng)，可以遠程實現(xiàn)蓄電池靜態(tài)充放電測試及內(nèi)阻測試的定期切換相關工作，減少前往變電站進行蓄電池定期切換所花費的時間，實現(xiàn)了故障、煙感及溫度的告警，充放電監(jiān)視、電壓測量、單體內(nèi)阻測量、電池性能查驗、歷史數(shù)據(jù)核對等功能。在220千伏變電站全面應用以來，在保證變電站蓄電池運行維護安全的前提下，極大地提高運檢人員的工作效率。

關鍵詞：變電站;蓄電池;遠程充放電;系統(tǒng)

0 引言

隨著電網(wǎng)的發(fā)展，蓄電池是電力電源系統(tǒng)中直流供電系統(tǒng)的重要組成部分，它作為直流供電電源，主要擔負著為電力系統(tǒng)中二次系統(tǒng)負載提供安全、穩(wěn)定、可靠的電力保障，確保繼電保護、通信設備的正常運行的角色。對所在單位進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，蓄電池在220 kV、110 kV和35 kV電壓等級變電站中已經(jīng)100%覆蓋，該類設備已經(jīng)成為變電站重要設備之一。且是直流系統(tǒng)中最為關鍵的一環(huán)，在變電站全停的情況下，直流系統(tǒng)的交流輸入消失，充電模塊停止運作，能夠為設備提供直流電源的就只有蓄電池組。當發(fā)生站用電失電時，蓄電池就為保護裝置、通信裝置、控制裝置提供電源，以保證故障發(fā)生時保護裝置能可靠切除故障。變電站內(nèi)的蓄電池是所用電的應急電源，可以說是變電站安全的最后一道防線，因此，保障蓄電池安全就關系到整個變電站的應急能力。同時，蓄電池的穩(wěn)定性和在放電過程中能提供給負載的實際容量對確保電力設備的安全運行具有十分重要的意義。在電力系統(tǒng)日常工作中，蓄電池動靜態(tài)放電標準化作業(yè)是其中非常重要的一項，是蓄電池運行和維護工作中的一個重要環(huán)節(jié)，是保證蓄電池安全運行的有效手段之一，蓄電池動靜態(tài)放電可以分析蓄電池的實際狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)其存在的一些重要缺陷等[1][2][3]。

蓄電池充放電定期切換工作已成為變電站內(nèi)的常規(guī)工作，要求220 kV變電站一個月需要進行一次動態(tài)放電、三個月一次靜態(tài)放電。但是傳統(tǒng)的充放電工作只能現(xiàn)場人工手動進行，費時費力、效率低下。并且，現(xiàn)在隨著變電站數(shù)量增多，該類工作占據(jù)了各運維班大量的工作經(jīng)歷。為進一步提升工作效率，精益化管理生產(chǎn)隊伍，計劃對蓄電池充放電工作方式進行改善。在傳統(tǒng)的蓄電池靜態(tài)放電試驗中，存在著電池動靜態(tài)放電標準化作業(yè)時間長、效率低、人力資源利用率低等問題[4]。

目前蓄電池靜態(tài)充放電測試、內(nèi)阻測試等定期切換工作需要至現(xiàn)場進行，但隨著變電站數(shù)量的增多，現(xiàn)有人力資源難以滿足，因此研制一套變電站蓄電池遠程控制系統(tǒng)，能節(jié)省工作時間，有效釋放人力從事更高效的工作。通過遠程實現(xiàn)蓄電池靜態(tài)充放電測試及內(nèi)阻測試的定期切換相關工作，減少前往變電站進行蓄電池定期切換所花費的時間，并實現(xiàn)故障、煙感及溫度的告警，充放電監(jiān)視、電壓測量、單體內(nèi)阻測量、電池性能查驗、歷史數(shù)據(jù)核對等功能。本文創(chuàng)新點為：1、研制了基于電力物聯(lián)網(wǎng)的遠程充放電系統(tǒng);自動進行蓄電池遠程放電工作。

1 現(xiàn)狀分析

本文分析蓄電池靜態(tài)放電的工作流程如下圖所示。

2019年1月1日至1月31日，對班組所轄范圍內(nèi)的蓄電池靜態(tài)放電工作耗時情況進行統(tǒng)計。變電站蓄電池靜態(tài)放電工作試驗工作流程分為乘車出發(fā)、安全交底、準備與檢查工作、試驗過程、記錄工作、返回路程、工作終結這幾個環(huán)節(jié)，不同環(huán)節(jié)工作時長不同，對各工作環(huán)節(jié)的工作時間也進行了統(tǒng)計。運用分層法，對表3-1中的平均工作時間148.17分鐘進行不同環(huán)節(jié)工作流程分析，如下表所示。從表中科技發(fā)現(xiàn)路程耗時較長，嚴重影響了人力物力資源，要想提高運檢人員遠程充放電工作的工作效率，必須解決這個問題。

2 制定方案

本文通過制作基于電力物聯(lián)網(wǎng)的遠程充放電系統(tǒng)，實現(xiàn)自動進行蓄電池遠程充放電工作此套方案利用物聯(lián)網(wǎng)的前端感知技術，遠程控制實現(xiàn)蓄電池靜態(tài)放電工作，完全免去路程時間，優(yōu)點如下：1、節(jié)省人、車資源;2、免去車程;3、使用現(xiàn)有電力物聯(lián)網(wǎng)。但也存在一些缺點：1、電力物聯(lián)網(wǎng)技術與安全規(guī)定還不成熟;2、需要一定資金成本。

通過制作基于電力物聯(lián)網(wǎng)的遠程充放電系統(tǒng)，設置蓄電池靜態(tài)放電自行工作，并生產(chǎn)數(shù)據(jù)，能夠定期自動進行充放電工作，減少人力、物力，自動形成報告，多站同時充放電，多線程工作，提升工作效率。

3 方案實施

本系統(tǒng)采用分布式結構，主要由蓄電池遠程監(jiān)控系統(tǒng)、蓄電池本地管理軟件、現(xiàn)場電池管理單元BMU、數(shù)字采控終端MRTU、集成電源PSU、電池監(jiān)護單元BIM、電流傳感器、遠程放電控制器DCU、放電負載DLU及電池開路保護器（需另配）等組成。典型的系統(tǒng)結構如下圖所示。

按照技術構成來分，本系統(tǒng)核心可分為三部分。

1）測量部分

單體電池運行性能參數(shù)主要由BIM單元（每節(jié)電池配1個BIM）進行分布式測量，包括電池電壓、溫度、內(nèi)阻、動態(tài)負載電壓、放電能力系數(shù)、動態(tài)放電電流等。整組電池電流參數(shù)主要由互感器測量。環(huán)境參數(shù)主要由各傳感器測量，例如溫濕度傳感器、煙感等。

2）電池維護部分

A）電壓平衡維護：由BIM單元中的補償充電電路實現(xiàn)。

B）遠程動、靜態(tài)放電：由BIM單元中的動態(tài)放電電路和直流遠程放電控制器DCU實現(xiàn)。

3）電池開路保護部分（需另配電池開路保護器）

由獨立配置的電池開路保護器實現(xiàn)。

4）遠程監(jiān)視與維護部分

由變電站本地配置的電池數(shù)據(jù)采控單元、監(jiān)測BMU單元和監(jiān)控軟件系組成。

軟件部分如下圖所示。

4 效果檢查

1）在安全方面。為保證成果安全、可靠投入使用，對各裝置的各項數(shù)據(jù)進行檢測，各項數(shù)據(jù)合格100%。本成果在多處現(xiàn)場實踐應用的過程中，效果良好，經(jīng)公司相關部門認證，本成果設備在安全、質(zhì)量、管理、成本等方面均無負面影響。

2）在經(jīng)濟方面。成果從2019年8月1日投入使用，截止至2019年8月31日一個月內(nèi)，直接降成本46.2萬元。一方面解放了人力勞動，使廣大工人們從前往變電站較遠的車程解脫出來，另一方面，降低了等待時間，減少了人力成本于車輛根本，帶來的經(jīng)濟效益不可估量。傳統(tǒng)靜態(tài)放電工作路程遠且流程復雜，會造成施工進度緩慢，遠方進行靜態(tài)放電工作，保證了運維人員工作中設備及人員的安全性，節(jié)省了車輛、人員時間，提質(zhì)增效，一個月內(nèi)共節(jié)省了人員時間約141.33*196/60=461.68小時，大大提高了工作效率，帶來的間接經(jīng)濟效益和社會效益不可估量。

3）推廣性方面。因為基于物聯(lián)網(wǎng)的蓄電池遠程充放電系統(tǒng)在蓄電池靜態(tài)放電工作上的提升，以及施工現(xiàn)場安裝的便利性，可以在較大范圍內(nèi)代替?zhèn)鞣椒ā６一谖锫?lián)網(wǎng)的蓄電池遠程充放電系統(tǒng)可以實現(xiàn)前端感知，不僅僅可以實現(xiàn)靜態(tài)放電工作這一個功能，且小巧方便，可以安裝至各類變電站。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)的蓄電池遠程充放電系統(tǒng)能夠適應更多變電站建設工程的需要，應用范圍非常廣泛。

4）在功能性方面。及時掌握各變電站蓄電池的實時運行狀況及其性能變化趨勢，快速、準確、有效地檢測蓄電池的性能并實時掌握蓄電池的運行情況，使其運行在良好狀態(tài)，使蓄電池得到及時的維護和處理。既減輕了運行維護人員的勞動強度，又提高了對蓄電池性能判斷的準確性，確保了系統(tǒng)的安全性和可靠性。運行維護人員可以通過本系統(tǒng)實時管控直流系統(tǒng)各設備運行情況，及時得到設備報警信息，確保了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

5 結論

本文研制了一套變電站蓄電池遠程控制系統(tǒng)，可以遠程實現(xiàn)蓄電池靜態(tài)充放電測試及內(nèi)阻測試的定期切換相關工作，減少前往變電站進行蓄電池定期切換所花費的時間，節(jié)省了人力資源，提高了工作效率，同時此系統(tǒng)可以實現(xiàn)故障、煙感及溫度的告警，充放電監(jiān)視、實時電壓測量、單體內(nèi)阻測量、電池性能查驗、歷史數(shù)據(jù)核對等功能。通過采用蓄電池遠程靜態(tài)放電工作的方式，省去前往變電站較遠路程的時間，并在準備、檢查時間與靜態(tài)放電工作自動進行上也節(jié)省了大量的時間。通過智慧運維技術手段，切實提高生產(chǎn)工作的效率和效益。

通過編寫《基于電力物聯(lián)網(wǎng)的蓄電池遠程充放電系統(tǒng)說明書>、《蓄電池自動充放電作業(yè)指導書>、圖紙歸檔、裝置培訓對運檢工作人員開展專項培訓等方法進行成果鞏固。并通過培訓使得運維人員熟悉操作頁面，提升工作效率。

本文以減少蓄電池靜態(tài)放電工作時間、提高工作效率、提高供電服務質(zhì)量為目的，通過調(diào)查研究，對數(shù)據(jù)進行整理、分類、統(tǒng)計。成功設計并研制出了物聯(lián)網(wǎng)的遠程充放電系統(tǒng)等提高工作效率、降低車程、減少人力物力財力，減少了蓄電池靜態(tài)放電工作時間，進一步提高了變電站蓄電池的可靠性。

參考文獻

[1]劉珊，周哲，區(qū)偉明，基于網(wǎng)絡監(jiān)測的變電站直流系統(tǒng)蓄電池遠程充放電控制策略[J]自動化與儀器儀表，2019（10）：230-233.

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[3]梁棟，電力系統(tǒng)蓄電池遠程在線監(jiān)控系統(tǒng)的應用研究[D].山東大學2018.

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作者簡介：龍波（1982-），江蘇蘇州人，工程師，從事變電運檢工作。